Китайские инженеры-ядерщики из Китайской национальной ядерной корпорации (CNNC) якобы обнаружили серьезный недостаток в конструкции лунного ядерного реактора НАСА Fission Surface Power (FSP). Согласно отчетам, незначительные изменения могут радикально повысить эффективность этой системы на 75 %, увеличить выходную мощность и долговечность.
Хотя инженеры признали, что реактор FSP НАСА является основополагающим, они подчеркнули, что существуют очевидные улучшения. По мнению инженеров, эти усовершенствования могут вывести Китай вперед в гонке за создание устойчивых лунных баз.
Планируемый НАСА реактор FSP был предложен в рамках лунных инициатив первой администрации Трампа и основан на спектре быстрых нейтронов без замедлителей. В то время НАСА запросило предложение по системе, которая могла бы работать автономно с палубы лунного корабля или ровера.
В первоначальном предложении также указывалось, что НАСА планирует испытать реакторы деления на Луне, поскольку они надежны и могут работать в любом месте, включая лунные ночи, которые длятся неделями. НАСА также хотело, чтобы FSP обеспечивал около 40 киловатт мощности, что достаточно для питания 30 домов в течение десятилетия на Земле.
Китайские инженеры нашли недостатки в проекте FSP НАСА
Несмотря на компактность, предлагаемые планы реакторов предполагают использование цилиндрических урановых топливных стержней, которые требуют высокого уровня обогащения и толстой бериллиевой защиты, чтобы справиться с интенсивным потоком нейтронов.
Из-за ограничений, накладываемых распуханием топлива, срок службы реактора ограничен восемью годами. Речь идет о физическом расширении ядерного топлива (увеличении его объема) во время работы реактора, особенно при длительном радиационном воздействии.
В планах NASA для FSP также используются барабаны с односторонним управлением для регулировки реактивности и отсутствуют гарантии двойного отключения, недавно предложенные китайской командой. «Наша цель — конкурировать с FSP», — пишут Чжао Шоучжи, главный конструктор реактора CNNC, и его коллеги.
Интересно, добавляют ученые, что новый китайский лунный реактор также позаимствовал некоторые идеи у реактора TOPAZ-II, разработанного в бывшем Советском Союзе. Как говорится в рецензируемой статье, опубликованной в китайском журнале Atomic Energy Science and TechnologyКитайский лунный реактор может вырабатывать 40 киловатт электроэнергии в течение более чем десяти лет.
В отличие от проекта НАСА, он использует преимущества кольцевых топливных стержней и иттрий-гидридных замедлителей, чтобы преодолеть ограничения, характерные для традиционных конструкций. По словам Чжао и его коллег, двусторонний кольцевой топливный стержень заключает таблетки диоксида урана в оболочку из нержавеющей стали, что одновременно обеспечивает замедление нейтронов и рассеивание тепла на внутренней и внешней поверхностях.
Команда отмечает, что крупные атомные компании, включая американскую Westinghouse, могут быстро изготовить эти стержни. Стабильный при экстремальных температурах иттрий-гидридный замедлитель сводит к минимуму риск утечки водорода, который дестабилизировал предыдущие цирконий-гидридные системы.
Небольшие усовершенствования могут обогнать Китай
Это означает, что китайскому реактору потребуется лишь тонкий слой бериллиевых отражателей для улавливания вылетающих нейтронов, что повысит его эффективность. По словам команды, двойные каналы охлаждения позволяют жидкому металлу NaK-78 протекать через внутренние и внешние топливные зазоры, поддерживая температуру активной зоны ниже 1112 градусов по Фаренгейту (600 градусов по Цельсию).
Три предохранительных стержня из карбида бора и восемь вращающихся барабанов управления обеспечивают резервные механизмы отключения. Китайский дизайн может достичь устойчивых цепных реакций всего с 18,5 кг урана-235 за счет преобразования быстрых нейтронов в тепловые нейтроны через гидрид иттрия.
Это четверть от 70 кг, необходимых для быстрого реактора FSP НАСА. Достижения Китая могут ускорить его лунные амбиции и вывести его на передовые позиции в создании устойчивых лунных операций.
Тем временем НАСА сталкивается с сокращением бюджета и персонала, что замедляет реализацию лунных инициатив (например, программы Artemis).