킬로파워

Kilopower
킬로파워 원자로
Kilopower experiment.jpg
NASA 1kW Kilopower 원자로 시제품(우주 및 행성 표면에서 사용)
시대실험적인
원자로 개념스털링 엔진
상황개발 중
원자로 노심의 주요 파라미터
연료(분열성 물질)HEU: 235U
연료 상태솔리드(주조 실린더)
일차 제어 방식탄화붕소 제어봉
중성자 반사체산화 베릴륨 방사 반사경
1차 냉각수나트륨 히트 파이프
원자로 사용 현황
주요 용도장기간의 우주 임무
전력(열)4.3~43.3kWth
전원(전기)1~10kW
웹 사이트www.nasa.gov/directorates/spacetech/kilopower

킬로파워는 우주 [1][2]여행을 위한 새로운 원자로를 생산하기 위한 실험 프로젝트이다.이 프로젝트는 NASA와 국방부의 국가원자력보안국에 [3]의해 2015년 10월에 시작되었다.2017년 현재, 킬로파워 원자로는 12년에서 15년 [4][5]동안 1에서 10 킬로와트의 전력(1-10e kW)을 연속적으로 생산할 수 있는 4가지 크기로 출시될 예정이었다.핵분열로는 우라늄-235를 사용하여 수동형 나트륨 히트파이프를 [6]통해 스털링 변환기로 전달되는 열을 발생시킨다.2018년에는 스털링 기술을 이용한 킬로파워 원자로(KRUSTY) 실증 원자로에 대한 양성 테스트 결과가 [2]발표되었습니다.

잠재적 응용 분야에는 원자력 추진과 특히 햇빛이 제한되거나 이용할 수 없는 많은 전력을 필요로 하는 승무원 또는 로봇 우주 임무용 안정적인 전기 공급이 포함된다.NASA는 또한 승무원 화성 임무를 위한 전력 공급 장치로서 킬로파워 원자로를 연구해왔다.이러한 임무 동안, 원자로는 화성 대기에서 산소를 분리해 저온 저장하기 위해 필요한 기계에 동력을 공급하는 역할을 담당하게 될 것이다.인간이 도착하면 원자로는 생명 유지 시스템과 다른 요구 사항에 동력을 공급할 것이다.NASA의 연구는 40kWe 원자로가 4명에서 6명 사이의 우주 비행사를 [1]지원하기에 충분하다는 것을 보여주었다.

묘사

원자로는 93%의 우라늄-235와 7%의 몰리브덴 [7][8]합금으로 연료를 공급받는다.원자로 노심은 산화베릴륨 반사체로 둘러싸인 고체 주물 합금 구조로 중성자가 원자로 노심을 빠져나가는 것을 막고 연쇄반응을 지속할 수 있도록 한다.또한 반사기는 탑재 전자장치를 [9]손상시킬 수 있는 감마선의 방출을 감소시킨다.우라늄 코어는 RTG에 [10]사용되는 플루토늄과 같은 다른 방사성 동위원소 공급의 불확실성을 피할 수 있는 장점이 있다.우라늄-235는 반감기가 7억 년 이상인 반면 RTG에 사용되는 플루토늄의 반감기는 87.7 년이라는 분명한 단점이 있다.

시제품인 KRUSTYe 1kW 킬로파워 원자로의 무게는 134kg, U는
28kg이다. 화성용 우주정격 10kWe 킬로파워는 총 1500kg(코어 226kg), [5][11]U는
43.7kg으로 예상된다.

핵반응 제어는 중성자 흡수체인 탄화붕소 단일 막대에 의해 제공됩니다.원자로는 저온에서 가동되어 고방사능 핵분열 생성물의 형성을 막도록 설계되어 있다.원자로가 목적지에 도달하면 중성자 흡수 붕소봉이 제거되어 핵 연쇄 반응이 시작된다.[7]일단 반응이 시작되면 일련의 핵분열 생성물의 붕괴는 완전히 멈출 수 없다.그러나 제어봉 삽입 깊이는 열 출력이 부하와 일치할 수 있도록 우라늄 분리의 속도를 조정하는 메커니즘을 제공한다.

액체 나트륨으로 채워진 수동형 히트 파이프는 하나 이상의 자유 피스톤 스털링 엔진으로 원자로 노심 열을 전달하고, 스털링 엔진은 선형 [12]발전기를 구동하기 위한 왕복 운동을 생성합니다.나트륨의 용해점은 98°C(208°F)입니다. 즉, 액체 나트륨은 약 400~700°C(750~1,300°F)의 고온에서 자유롭게 흐를 수 있습니다.핵분열 노심은 일반적으로 약 600°C(1,100°F)에서 작동한다.

원자로 본질적으로 환경과 시나리오의 넓은 범위의 안전하도록 디자인된 것이다.여러 피드백 메커니즘은 노심 용해를 완화하기 위해 고용되어 있다.는 냉각재 순환하는 기계적인 메커니즘을 필요로 한다 그 1차적인 방법은 수동적 냉각화,.그 원자로 설계는 부정적인 온도 반응도 계수를 만듭니다 디자인 기하학을 통해 자체적으로 규제하는 있다.[13]효과에서, 이것은 전기가 수요 원자로의 온도를 증가시킨다는 것을 의미한다.이것이 줄어들 것이고 이와 권력이 수요를 충족으로 증가할 산출량을 늘리기 반응성을 유발하는지를 유출할 경우에 중성자 예방을 일으킨다.이것은 또한 반대로 낮은 전력 수요의 시기에서 일한다.[11]

Flattop Fractions를 사용한 데모

Kilopower의 개발 9월 2012년에 있는 핵의 열원에는 기존의 스포츠 머리 어셈블리를 사용하여 시험 실험 DUFF 또는 실증을 이용한 스포츠 머리 Fissions 호출이 시작되었다.언제 DUFF 장치 국회 시설은 네바다 핵 시험장에서 시험했다, 최초의 스털링 엔진 핵 분열 에너지와 히트 파이프의 첫번째 사용 원자로에서 동력 변환 계통에 열을 수송하는 데로 작동됩니다.[14]데이비드 포스턴, 그 협정이 여전히 핵 분열 원자로 설계 팀의 지도자, 그리고 패트릭 맥 클러가 작은 원자로 프로젝트를 위해 로스 알라모스 국립 Laboratory,[1]에서 매니저에 따르면 DUFF 실험은 "저 출력 원자로 시스템에 핵 실험 합리적인 비용과 일정에 기존 infrastr 내에서 이루어질 수 있는 것으로 나타났다.ucTure 및 규제 environment".[14]

KRUSTY 시험 및 1차 핵분열

그 열화 우라늄 실험 모형 중심 Y-12에서 KRUSTY 실험을 위해 제조되었다.
KRUSTY의electrical-heating 시험 동안에 열은 파이프.

2017년에서, KRUSTY 시험 원자로 완성되었다.KRUSTY 전력의 최대 1킬로와트의 생산과 약 6.5피트(1.9미터의)키가 클 수 있도록 설계되어 있다.[15]시험 원자로의 목표는 밀접하게 나사 깊은 우주 임무를 수행할 때 필요한 운항 요인들과 일치시키는 것이다.[16]첫번째 시험은 열화 우라늄 핵심 Y-12 국가 안전 보장 단지의 테네시 주에서에 의해 제작된 사용했다.열화우라늄 노심은 우라늄 [1]농축 수준만 다를 뿐 일반 고농축우라늄 노심과 정확히 같은 물질이다.

시제품인 킬로파워는 종이 타월 롤 크기의 고체 주조 우라늄-235 원자로 노심을 사용한다.원자로 열은 수동형 나트륨 히트 파이프를 통해 전달되며, 열은 스털링 엔진에 의해 전기로 변환됩니다.TRL(Technology Readiness Level) 5 획득을 위한 테스트는 2017년 11월에 시작되어 [4]2018년까지 계속되었습니다.KRUSTY 테스트는 1965년 [1]SNAP-10A 실험용 원자로가 시험되고 최종 비행된 이후 미국이 우주용 원자로에 대한 지상 시험을 실시한 첫 사례다.

2017년 11월부터 2018년 3월까지 KRUSTY 테스트는 Nevada National Security Site에서 수행되었습니다.이 테스트에는 열, 재료 및 성분 검증이 포함되었으며, 최대 출력에서 핵분열 실험에 성공했습니다.원자로가 [2]안전하게 대응할 수 있도록 하기 위해 지원 장비의 다양한 고장을 시뮬레이션했다.

KRUSTY 원자로는 2018년 3월 20일 28kg의 우라늄-235 노심을 사용하여 28시간 동안 시험 가동되었다.850°C(1,560°F)의 온도를 달성하여 약 5.5kW의 핵분열 전력을 생성하였다.이 테스트에서는 스털링 엔진 셧다운, 제어봉 조정, 열 사이클 및 열 제거 시스템 비활성화 등의 고장 시나리오를 평가했습니다.스크램 테스트로 실험이 종료되었습니다.그 테스트는 매우 성공적인 [17]시연으로 간주되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e Gibson, Marc; Oleson, Steven; Poston, David; McClure, Patrick (March 4, 2017). NASA's Kilopower Reactor Development and the Path to Higher Power Missions (PDF). NASA (Report). Archived (PDF) from the original on January 23, 2022. Retrieved March 25, 2018.
  2. ^ a b c Jan Wittry, Gina Anderson (May 2, 2018). "Demonstration Proves Nuclear Fission System Can Provide Space Exploration Power" (Press release). NASA. 18-031. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved May 2, 2018.
  3. ^ "Kilopower Small Fission Technology (KP)". TechPort.nasa.gov. NASA. August 9, 2011. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved May 16, 2018.
  4. ^ a b Hall, Loura (November 13, 2017). "Powering Up NASA's Human Reach for the Red Planet". Space Tech. NASA. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved November 15, 2017.
  5. ^ a b McClure, Patrick Ray (March 6, 2017). "Space Nuclear Reactor Development". Nuclear Engineering Capability Review. LA-UR-17-21904: 16. Retrieved May 16, 2018.
  6. ^ "Kilopower Project media slides" (PDF). NASA.GOV. NASA and Los Alamos. Archived from the original (PDF) on November 18, 2021. Retrieved January 26, 2018.
  7. ^ a b Gibson, Marc A.; Mason, Lee; Bowman, Cheryl; et al. (June 1, 2015). "Development of NASA's Small Fission Power System for Science and Human Exploration" (PDF). 50th Joint Propulsion Conference. NASA/TM-2015-218460: 4. Archived (PDF) from the original on April 18, 2022. Retrieved May 16, 2018.
  8. ^ Whittington, Mark R. (May 10, 2019). "NASA's Kilopower nuclear reactor would be a space exploration game changer". The Hill. Archived from the original on April 18, 2022.
  9. ^ Szondy, David (May 2, 2018). "NASA successfully tests next-generation space reactor". New Atlas. GIZMAG PTY LTD. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved June 12, 2018.
  10. ^ Foust, Jeff (October 10, 2017). "Plutonium supply for NASA missions faces long-term challenges - SpaceNews.com". SpaceNews.com. Retrieved May 16, 2018.
  11. ^ a b McClure, Patrick Ray (July 8, 2019). "A small fission reactor for planetary surface and deep space power". Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved July 16, 2019.
  12. ^ Patrascu, Daniel (May 3, 2018). "NASA KRUSTY Nuclear Reactor Could Power Outposts on Mars for Years". autoevolution. SoftNews NET. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved June 12, 2018.
  13. ^ "KRUSTY: First of a New Breed of Reactors, Kilopower Part II". Beyond NERVA. beyondnerva. November 19, 2017. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved May 16, 2018.
  14. ^ a b Poston, David; McClure, Patrick (January 2013). "The DUFF experiment - What was learned?". Nuclear and Emerging Technologies for Space.
  15. ^ Irene Klotz (June 29, 2017). "NASA to Test Fission Power for Future Mars Colony". Space.com. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved November 15, 2017.
  16. ^ Sanchez, Rene (March 2017). "Kilowatt Reactor Using Stirling TechnologY (KRUSTY) Experiment Update Marcy 2017" (PDF). National Criticality Experiments Research Center. Archived (PDF) from the original on April 18, 2022. Retrieved April 25, 2018.
  17. ^ "KRUSTY: We Have Fission! Kilopower part III". Beyond NERVA. beyondnerva. May 2, 2018. Archived from the original on April 18, 2022. Retrieved May 16, 2018.

외부 링크