Мы думаем о Настоящем, Прошлом и Будущем
Список форумов Форум АЭС специалистов с  осколков СССР

Форум АЭС специалистов с осколков СССР

АЭС проблемы из первых рук Операторы. Техники. Исследователи О радиации. Надёжности. Прошлом и Будущем
 
 FAQFAQ   ПоискПоиск   ПользователиПользователи   ГруппыГруппы   РегистрацияРегистрация 
 ПрофильПрофиль   Войти и проверить личные сообщенияВойти и проверить личные сообщения   ВходВход 

Прикованный к атомной галере имеет право знать правду о пробоинах в Корабле Предупредить, когда увидел рифы, почувствовал приближение бури
Проект "простого" космического ядерного реактора.

 
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Форум АЭС специалистов с осколков СССР -> 0804 Мирный Атом в 3-х средах не опасен?
Предыдущая тема :: Следующая тема  
Автор Сообщение
NPP
Site Admin

   

Зарегистрирован: 17.10.2012
Сообщения: 381

СообщениеДобавлено: Ср Май 17, 2017 7:31 pm    Заголовок сообщения: Проект "простого" космического ядерного реактора. Ответить с цитатой



Космический реактор Kilopower - Ядерная энергия
http://tnenergy.livejournal.com/106157.html

URL: https://aftershock.news/?q=node/521652

Проект "простого" космического ядерного реактора. "Kilopower"

Это максимально легкий и простой вариант ядерного реактора, призванный заменить
плутониевые РИТЭГи

в дальних космических миссиях и энергоснабжении небольших баз астронавтов,
во всяком случае по замыслу создателей.


Проект интересен тем, что здесь отброшены многие условности в облике, которые
довлеют в разных бумажных реакторах,


а невысокий уровень сложности позволяет сделать конструкцию такой же простой, как у РИТЭГов,
что, на самом деле сможет привести этот проект к успеху.

Простая конструкция и правильная идеология позволяют проходить стадии разработки с очень высокой скоростью,

не характерной для ковыряющихся десятилетиями проектов космических ядерных реакторов.



Концептуальный облик Kilopower,



слева на право
- радиаторы-холодильники,
2 сборки генераторов стирлинга,
радиационная защита и тепловые трубки,
отражатель реактора из оксида бериллия (реактор внутри него).


Мощность Kilopower должна составлять от 1 до 10 кВт
электрических
(и в 4 раза выше - тепловая,

что дает кпд в 25%),
и настраиваться под конкретную миссию.

Что интересно, насколько я понял, от мощности будет меняться только тепло-электрическая часть,
а ядерная, фактически оставаться примерно одинаковой для всех вариантов.

Реактор, прорабатываемый в американской лаборатории LANL, представляется собой

цилиндр из сплава
7% молибдена и высокообогащенного урана 235,
чего (ВОУ),

почему-то разработчики космических реакторов боятся, хотя вроде никаких террористов и диктаторов за орбитой Юпитера пока не нашли.

Диаметр цилиндра ~11 см,
длина 25 см,
вес ~35 кг,

внутри расположен канал в 3.7 см диаметром, где расположен единственный стержень из карбида бора.


LAL

Молибден в сплаве с ураном нужен тут для придания механической прочности и устойчивости урана
к фазовым переходам при нагреве,

а стержнем-поглотителем нейтронов из карбида бора регулируется реактивность
- во вставленном состоянии реактор подкритичен даже при попадании в воду,
в изъятом (раз и навсегда)

- выходит на закритику и набирает тепловую мощность.

Мощность регулируется геометрией реактора и отражателя, которая подобрана так, что при нагреве до 1200 К тепловое расширение уранового сплава реактора снизит Кэфф строго до 1,

и дальше он больше 10 лет будет греться идущей цепной реакцией.


Табличка с расчетными Кэфф реактора:






1) холодный реактор с изъятым стержнем,
2) холодный реактор с вставленным стержнем,
3) нагретый реактор с изъятым стержнем в начале работы
4) нагретый реактор с изъятым стержнем после 10 лет выгорания.

Реактор окружен отражателем нейтронов (для снижения критмассы) из оксида бериллия,
в который вставлены тепловые трубы - и это абсолютно вся конструкция собственно реактора.

Между блоком преобразователей энергии и активной зоны стоит сегментная (теневая, защищающая только в одну сторону) радиационная защита
из слоев гидрида лития и вольфрама.

Самое потрясающее на мой взгляд - это отсутствие оболочки у урановой активной зоны
- в космосе она не нужна, на земле этот реактор не запускается никогда.

Остается только позавидовать незашоренному мышлению и отсутвию атомнадзоров на орбите Нептуна.




Активная зона реактора
и два варианта закрепления тепловых труб на ней.

Между прочим крепление тепловых труб к реактору - одна из сложнейших проблем в этой разработке.

Тепло, отводимое от активной зоны и отражателя тепловыми трубами подается на горячие концы генераторов Стирлинга


http://zaryad.com/2011/11/25/mnogolikiy-dvigatel-stirlinga/




NASA отказалось от проекта радиоизотопного генератора Стирлинга:

https://lenta.ru/news/2013/11/18/asrg/

(в разных проработках реактора их разное количество и мощность, но видимо что-то около 4-16 штук),

а холодные их концы подключены к холодильникам-излучателям.

Здесь тоже наблюдается здравая простота в конструкции
- тепловые трубы широко применяются в космических аппаратах, а генераторы Стирлинга для космоса NASA
тестирует уже второе десятилетие.

При этом, считается, что замкнутая газовая конструкция Стирлингов лучше,
чем разветвленная и требующая множество оборудования конструкция турбоэлектрических преобразователей
(на цикле Брайтона, модно называемых в западных статьях
rotating Brayton units).






Готовящаяся к испытаним в центре Гленна сборка из имитатора реактора
(из сплава обедленного урана, нагреваемая ТЭНами) и 8 генераторов стирлинга собранных попарно в 4 сборки.

Стенд для испытаний работы системы в вакууме.

От конкурирующей конструкции РИТЭГов с Pu238 Kilopower отличает заметно бОльшая дешевизна (35 кг высокообогащенного урана стоит около 0,5 млн долларов, против примерно 50 млн долларов за 45 кг Pu238, необходимых для киловаттного РИТЭГ), и сильно меньшие проблемы с обращением при подготовке космического аппарата и его запуске, однако сегодня разработчики из LANL говорят о десятилетнем сроке работы реактора, в то время, как РИТЭГи Вояджеров работают уже 40 лет - где-то это может быть важным обстоятельством.


Испытательная площадка в Неваде, где пройдут тесты реактора и генератор Стирлинга, оставшийся у НАСА после программы создания РИТЭГов с Стирлингами.

Десятилетний срок работы, по видимому, в основном ограничен механической частью реактора (генераторами Стирлинга). Во всяком случае урановое ядро за 10 лет работы на мощности 4 киловатта (тепловых) успеет выгореть меньше, чем на 0,1%, и распухание и повреждение материала составят примерно 1/10 теплового расширения, снижение мощности из-за отравления тоже признано незначительным.



Видео от LANL, рассказывающее про проект (на английском).

Важным обстоятельством для космоса является масса реактора. NASA собирает свои РИТЭГи их кубиков, с минимальным вариантом в виде MMRTG массой 45 кг и мощностью 125 ватт, так же имеется GPHS-RTG весом около 60 кг и мощностью в 300 электрических ватт, в то время, как минимальная версия Kilopower мощностью в 1 кВт весит около 300 кг, из которых реактор и радиационная защита весят около 230 кг. К сожалению, далеко не каждый аппарат NASA, отправляемый в дальний космос, имеет запас массы в 100-250 кг, даже за счет экономии 50 млн долларов на плутонии 238.


Разные варианты энергоисточников, которые можно создать на базе Kilopower.

В принципе, разработчики Kilopower точно оказались бы на коне, если бы DOE не так давно не возобновило программу производства Pu238 - ведь в 2011 году, когда, фактически стартовал проект этого космического реактора, возможность варианта восстановления производства Pu238 была все еще гипотетической, что подогревало интерес к альтернативам.



Еще немного железа - испытания тепловых труб и тепловой модели "реактор-трубы" в вакуумном стенде

В ходе разработки, специалисты LANL предложили и просчитали конструкцию киловаттного уранового реактора, и более - провело маленький эксперимент на своей критсборке Flattop, представляющей собой шар из обогащенного урана, окруженного бериллиевым отражателем. Эксперимент заключался в установке микростирлинга и тепловой трубы в критсборку, что позволило получать от тепла цепной реакции какое-то время 25 ватт электрических, так сказать proof of concept.


Критсборка Flattop и сдвигаемый бериллиевый отражатель, в правой врезке - установка тепловой трубы и генератора стирлинга к ней.

После удачной демонстрации проект Kilopower получил финансирование сразу от NASA и NNSA (это агенство, занимающееся хранением, производством и оборотом ядерных материалов в США) на 16,17 и 18 годы, предусматривающее создание прототипа киловаттного генератора с настоящим ядерным реактором (!) и испытание его в 2018 году Неваде. Производством реактора займется завод Y-12 (обычно занимающийся производством ядерного оружия), отражатель изготовит LANL, тепловую часть реактора, вакуумный стенд и биозащиту для испытаний сделает центр Маршала NASA, испытания модуля с иммитатором реактора (с ядром из обедненного урана, нагреваемого электрически) проведут в 2017 году в центре Гленна NASA.



Планы по проекту Kilopower. ISRU - получение ракетного топлива на месте (на Марсе), GRC - центр Гленна NASA, что такое SBIR - не знаю (видимо, конкретный радиатор-холодильник)

На фоне проектов "больших" реакторов, которые проходят все круги разработки, строительства стендов, испытания на стендов, одобрения регулятором обоснований безопасности стендов и т.п. десятилетиями, проект такой длительности, простоты и с хорошей вероятностью полететь в космос не может не радовать. Еще больше он начнет радовать, если будет отобран в качестве источника энергии в одну из дальних миссий, собирающихся в космос в следующем десятилетии.

P.S. Интересная презентация NASA по аспектам использования ядерной энергии в миссии посещения Марса
P.P.S. Слегка невнятное (объяснения начинаются с середины) , но довольно уникальное видео по разработке конца 80-х, начала 90х - высокотемпературному космическому реактору SP-100, планировавшегося в основном на военное применение, до сих пор частично засекреченному.

Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Показать сообщения:   
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Форум АЭС специалистов с осколков СССР -> 0804 Мирный Атом в 3-х средах не опасен? Часовой пояс: GMT + 3
Страница 1 из 1

 
Перейти:  
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Знать. Уметь. Предвидеть. Работать с Атомом без права на риск.


Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Вы можете бесплатно создать форум на MyBB2.ru, RSS