Ядерное общество Южной Кореи провело весеннюю сессию в мае 2025 года. В одном из представленных докладов была рассмотрена ядерная батарейка, основанная на подкритическом реакторе с теплоносителем свинец-висмут.
Название доклада - Conceptual Design of LBE-Cooled Subcritical Reactor-Based Nuclear Battery. Авторы - Sungbeen Park, Eunsung Kim, Miras Kairolla, Jeehyun Seong. Часть авторов из института передовых технологий KAIST, часть из университета Кёнки.
Авторы отмечают, что для дальних космических полётов в качестве источника энергии в настоящее время преимущественно используются радиационные источники тепла (РИТ) и РИТЭГи. Однако возрастающая сложность космических полётов требует более высоких уровней мощности, которые невозможно получить с помощью изотопных источников.
Выйти на новые уровни энергообеспеченности космических миссий могут помочь ядерные реакторы. Авторы полагают, что слабым местом реакторов за пределами Земли станет необходимость разработки сложных систем управления и защиты, а также возможные проблемы при чрезвычайных ситуациях.
С точки зрения южнокорейских реакторов на следующем шаге освоения космоса целесообразнее использовать подкритические реакторы с внешними источниками нейтронов.
На Земле подкритические реакторы принято рассматривать в составе ADS-систем, то есть систем, в которых цепную реакцию поддерживает ускоритель. В космосе представить себе такую систему пока сложно, поэтому авторы предлагают применить в качестве источника радиоизотопы.
Концепция ядерной батарейки, предложенная авторским коллективом, выглядит следующим образом. В качестве источника нейтронов выбран источник 232U-Be. Имеет цилиндрическую форму, диаметр и высота равны 14 см. Выбор типа источника обусловлен относительно большим периодом полураспада урана-232 (68,9 лет) при относительно высоком выходе нейтронов (3,1×108 нейтронов с грамма за секунду).
Топливом в подкритическом реакторе выступает нитрид урана UN, обогащение - 19,75%. В качестве замедлителя выбран гидрид циркония ZrH2. С торцов реактор прикрыт отражателями из оксида бериллия толщиной по 20 см каждый.
Отвод тепла осуществляется жидкой эвтектикой свинец-висмут, обтекающей активную зону с источником. Одновременно теплоноситель играет роль биологической защиты при использовании батарейки в местах присутствия человека.
Циркуляция теплоносителя естественная, тепло он передаёт термоэлектрическому генератору, у которого, в свою очередь, предусмотрена структура для охлаждения (cooling fin на рисунке ниже).
Вопрос о применимости предлагаемой концепции для энергообеспечения космических кораблей остался в докладе нераскрытым.
Также авторы не стали определяться с тепловой мощностью батарейки, отметив, что она будет зависеть от толщины слоя теплоносителя. В поисковых расчётах тепловая мощность получалась от 566 Вт(т) до 1,227 кВт(т).
В заключительной части доклада авторы привели результаты нейтронно-физических и теплофизических расчётов ядерной батарейки и отметили, что предлагаемая система сможет оставаться работоспособной на заданных уровнях мощности на протяжении примерно 10 лет.
