Mini-reactor nuclear con generador de 10 kW. Instalación para suministro de energía de bases en Marte y hogares del futuro.
Han suscitado interés artículos anteriores sobre instalaciones nucleares de radioisótopos. Indicaré enlaces a ellos al final del artículo. Y desde Hay muchos desarrollos en esta área, por lo que propongo mirar otra instalación prometedora: el proyecto RTG de EE. UU. Llamado KiloPower.
Este es un proyecto de la NASA para el suministro de energía de naves espaciales interplanetarias, rovers y, en el futuro, bases en Marte y la Luna. Potencia del generador - de 1 a 10 kW en energía eléctrica (dependiendo de la potencia del núcleo y el número de cilindros de trabajo del motor Stirling).
Tales indicadores KiloPower son posibles debido al uso de convertidores no termoeléctricos "calor-electricidad" que funcionan debido a la diferencia de temperatura, sino debido al uso del motor Stirling. Esto hizo posible aumentar la eficiencia de convertir el calor en electricidad. hasta un 25-30%. La instalación también tiene salida de calor. Ella 4 veces más alto que eléctrico. En teoría, puede usarlo para otras necesidades. Y después de depurar la tecnología, la eficiencia puede ser aún mayor (por ejemplo, con la instalación adicional de elementos Peltier en los radiadores).
El reactor nuclear compacto genera calor. Es un cilindro de aleación: 7% de molibdeno, y el resto es uranio-235. En el interior hay un canal con una varilla de carburo de boro. Es un absorbedor de neutrones de reacción en cadena. Mientras esté dentro, no hay reacción. Cuando el reactor se pone en marcha, sale del área de trabajo y comienza a calentarse. Pero no a temperaturas críticas: no hay peligro de explosión debido a la concentración calculada de uranio en la aleación.
Para reflejar los neutrones y reducir la masa de uranio, el reactor está rodeado de óxido de berilio. Contiene tubos de calor con sodio. Los tubos de refrigerante calientan los pistones de un motor Stirling. Las bobinas del generador se instalan alrededor de los pistones. Hay un imán dentro del pistón. Aquellos. La generación proviene del movimiento alternativo del imán en la bobina. Ocho pistones. Cada uno produce 125 vatios electricidad.
- Cómo funciona un motor Stirling simple - artículo aquí
El plutonio-238 no se utilizó en el reactor debido a su alto costo. Es 100 veces más caro que el uranio-235 (35 kg - $ 500 mil). El tamaño del cilindro del reactor de aleación de uranio: diámetro de 11 a 15 cm y longitud de 25 a 30 cm. Peso 28-35 kg. Todo depende de la potencia recibida. Además de una cáscara de berilio. Para naves espaciales, el peso del KiloPower RTG es 300 kilos
Esquema y prueba del reactor KiloPower calentando los tubos con elementos calefactores en 2016 Más tarde, en 2018. la instalación fue probada en el desierto de Nevada en el sitio de prueba. Trabajó durante 20 horas a plena potencia. Incluso las averías deliberadas no provocaron un sobrecalentamiento crítico del reactor.
Para las naves espaciales, el blindaje contra la radiación se instala solo hacia el motor y la electrónica. Pero para las instalaciones en Marte, se necesita una protección total del reactor. En Marte, estos RTG se verán así según los especialistas de la NASA:
El paraguas es un radiador para enfriar áreas frías en los cilindros de un motor Stirling. La duración del trabajo es de 10 años. Esta es la vida del motor Stirling en sí, no el reactor. Durante este tiempo, el reactor desarrollará el 0,1% de su masa activa. La vida media del uranio-235 es 710 millones años.
Aquellos. Es aconsejable hacer que el motor Stirling sea reemplazable. Reemplazo después de falla o confiabilidad mecánica.
Se pueden ver tres segmentos de protección radiológica por encima del reactor. Cuando se usa cerca de objetos biológicos, la protección debe ser completa. Esto aumenta en ocasiones la masa de la instalación. En un estado inactivo, el reactor prácticamente no es radiactivo; el fondo es menos 1 Curie. La reacción comienza después de que se extiende la varilla como se describe anteriormente. Por lo tanto, los lanzamientos fallidos de misiles no contaminarán el océano ni la tierra.
Video del reactor KiloPower:
¿Se pueden utilizar esta tecnología y este reactor para necesidades terrenales? En teoría, sí. Por ejemplo, en el Ártico, en las montañas en bases remotas o en objetos autónomos subterráneos o submarinos. Con hasta 5 motores Stirling reemplazables en stock, la vida útil de la unidad se puede aumentar a 50 años. Pero su costo sigue siendo elevado. El costo del uranio-235 para el reactor - 500 mil $. Y la NASA gastó en el desarrollo y creación de una planta piloto KiloPower $ 20 millones.
Por lo tanto, el uso de tales instalaciones en la Tierra estará asociado con objetos particularmente importantes. Para las personas, esto es demasiado caro y, debido a la amenaza de uso indebido, es poco probable que se produzcan en línea. O esta tecnología del futuro lejano.
Articulos anteriores:
Generadores termoeléctricos de radioisótopos. Por qué nunca estarán disponibles para uso privado
Centrales nucleares compactas para el suministro eléctrico de pueblos
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