Ученые создают крошечное ядерное топливо для будущих лунных баз

Бангорский университет в Уэльсе разрабатывает новое ядерное топливо для микрореакторов Rolls-Royce, которые будут питать будущие обитаемые лунные аванпосты к 2030 году.

По всей видимости, началась новая космическая гонка, в которой полдюжины стран и альянсов требуют признания в качестве крупнейших космических держав XXI века, спеша отправить на Луну новое поколение посадочных модулей и вездеходов.

Основным препятствием для долгосрочных миссий или постоянных аванпостов на Луне является 14-дневная лунная ночь, когда дневная температура падает со 120 °C до -150 °C.

Такое сочетание леденящего холода и темноты означает, что для выживания машин и аванпостов, не говоря уже о функционировании, им необходимо полагаться на ядерные энергетические системы. В случае чего-либо, что должно выполнять реальную работу, это означает использование ядерных реакторов, а не радиотепловых генераторов.

Эти реакторы не будут похожи на большие традиционные реакторы, используемые на Земле и основанные на топливных стержнях. Вместо этого это будут очень маленькие реакторы заводского изготовления, в которых будет использоваться так называемое TRi-структурное изотропное (TRISO) топливо из частиц.

Топливо TRISO — это вариант реакторного топлива с галечным слоем, в котором стержни заменены топливными сферами размером с бильярдный шар. Топливо Bangor TRISO отличается тем, что шарики сжимаются до размеров маковых семян. Эти частицы топлива, созданные с помощью 3D-печати, состоят из обогащенного урана, углерода и кислорода, а урановое ядро ​​запечатано внутри слоев углерода и керамики.

В отличие от топливных стержней, эти частицы чрезвычайно прочны и выдерживают очень высокие температуры, а также устойчивы к повреждениям от нейтронного облучения, коррозии и окисления.

Под руководством профессора ядерных материалов и содиректора Института ядерного будущего Бангорского университета Саймона Миддлбурга ученые разрабатывают топливо TRISO, которое подойдет для лунных реакторов, разрабатываемых компанией Rolls-Royce и другими. Его можно будет использовать не только для энергетических реакторов, но и для будущих ядерных двигательных систем.

Важная особенность реактора, работающего на топливе TRISO, заключается в том, что это относительно простая конструкция, которую можно охлаждать газом, размещая его в тени зонтика радиаторов, прикрепленных к системе теплоносителя. Работая при более высоких температурах, они более эффективны, чем обычные реакторы.

В процессе работы частицы топлива подаются в верхнюю часть реактора. По мере израсходования топлива они мигрируют на дно, откуда отработанное топливо удаляется.

Поскольку реактор имеет более высокую температуру, если реакция становится слишком сильной, повышение температуры замедляет реакцию, заставляя реактор вернуться к безопасному уровню.

«Этот проект будет использовать опыт в области ядерного топлива, которым мы обладаем в Институте ядерного будущего, чтобы применить его к одному из самых интересных возможных применений: исследованию космоса», — сказал Саймон Миддлбург.

«На Луне и на планетарных телах, где есть день и ночь, мы больше не можем полагаться на Солнце в получении энергии и поэтому должны разрабатывать такие системы, как небольшой микрореактор, для поддержания жизни. Ядерная энергетика – единственный способ, которым мы в настоящее время располагаем. Топливо должно быть чрезвычайно прочным и выдерживать нагрузки при запуске, а затем быть надежным в течение многих лет».