Американские инженеры объявили о создании ядерного реактора мощностью в 333 киловатта и размером с пианино, приспособленного для работы в условиях Марса и способного обеспечивать базу средних размеров энергией и теплом на протяжении 15 лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Annals of Nuclear Energy.
В последние годы ученые и инженеры НАСА и других космических агентств мира активно обсуждают планы по постройке постоянных обитаемых баз на поверхности Луны и Марса. Главным ключом к обеспечению их автономности и удешевлению постройки специалисты НАСА считают технологии трехмерной печати, позволяющие использовать воду и местные ресурсы – почву, горные породы и газы из атмосферы – для постройки зданий базы прямо на месте.
Подобные принтеры, как показывают опыты на борту МКС и на Земле, позволяют напечатать почти все необходимое для жизни колонистов на Марсе, за исключением одной самой главной вещи на базе – источника питания, чья мощность была бы достаточной для обеспечения работы самого 3D-принтера, а также питания и обогрева всей базы.
Аканша Кумар (Akansha Kumar) с коллегами из Национальной лаборатории Айдахо (INL) в Айдахо-Фоллс (США) уже более пяти лет работают над созданием компактных ядерных реакторов, которые можно было бы отправить на орбиту и посадить на поверхность Луны или Марса. К примеру, в 2011 году ученые из этой лаборатории рассказали о создании своеобразного "ядерного чемодана", компактного реактора мощностью в 40 киловатт, чья длина составляет всего 30 сантиметров, а ширина – около 15 сантиметров.
В своей новой работе Кумар и его коллеги повысили мощность реактора на порядок, заметно поменяв его конструкцию и приспособив для работы на поверхности Марса. В качестве ядерного топлива применяется специальный сплав низкообогащенного урана и керамики, содержащий 15% урана-235, упакованного особым образом в специальную оболочку из карбида циркония и вольфрама.
В качестве охлаждающей жидкости используется необычный для Земли материал – сверхохлажденный углекислый газ, который можно напрямую добывать из атмосферы Марса, состоящей на 99% из этого вещества. Так как температуры воздуха на Марсе очень низки по сравнению с Землей, подобная процедура не потребует много энергии.
Новый реактор, по словам ученых, будет вырабатывать примерно 1,6 мегаватт тепловой энергии, около 20% которой будет конвертироваться в электричество, а остальное выделяться в окружающее пространство.
Для того, чтобы реактор беспрерывно работал на протяжении 15 лет, инженеры INL вставили между слоями ядерного топлива специальные "матрасы" из диоксида урана-238. Он облучается нейтронами, возникающими в ходе распада урана-235, и превращается в плутоний-239. Этот плутоний взаимодействует с нейтронами и постепенно распадается, поддерживая мощность реактора на номинальном уровне по мере выгорания урана-235.
Как и предыдущий "ядерный чемодан" INL, новый реактор будет обладать весьма скромными габаритами: размеры его активной зоны составляют всего 80 на 134 сантиметра, что позволит уместить все устройство в корпус размером с пианино или даже в меньшие габариты.
Ученые предлагают компактные ядерные реакторы для баз на Луне и Марсе
Безопасность работы этого "ядерного пианино" обеспечивается тем, что его ключевая часть – гидрид циркония, замедлитель нейтронов, позволяющий атомам урана-235 взаимодействовать с ним – не выдерживает нагрева до высоких температур. Соответственно, если реактор выйдет из строя, гидрид циркония раскалится до критической отметки, распадется на цирконий и водород, после чего распад урана естественным образом прекратится.
Авторы статьи полагают, что их ядерный реактор может стать одним из самых дешевых и универсальных источников питания, способных обеспечить энергией марсианские базы и космические корабли на протяжении десятилетий без замены топлива, и на протяжении еще большего времени — при его обновлении.