Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?0

Предыдущие статьи на тему радиоизотопных атомных установок вызвали интерес. Ссылки на них укажу в конце статьи. И т.к. разработок в этой области много, поэтому предлагаю посмотреть очередную перспективную установку: проект РИТЭГа из США под названием KiloPower.

Это проект NASA для энергообеспечения межпланетных космических аппаратов, марсоходов и в перспективе – баз на Марсе и Луне. Мощность генератора – от 1 до 10 кВт в электрической мощности (в зависимости от мощности ядра и количества рабочих цилиндров двигателя Стирлинга).

Такие показатели KiloPower возможны благодаря применению не термоэлектрических преобразователей «тепло-электричество», работающих за счет разницы температур, а благодаря применению двигателя Стирлинга. Это позволило поднять КПД преобразования тепла в электричество до 25-30%. В установке есть еще и тепловая мощность. Она в 4 раза выше электрической. В теории можно ее использовать для других нужд. А после отладки технологии КПД может быть еще выше (допустим, при дополнительной установке на радиаторы элементов Пельтье).

Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?1Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?2

Вырабатывает тепло компактный атомный реактор. Представляет из себя цилиндр из сплава: 7% молибдена, а остальное — уран-235. Внутри расположен канал со стержнем из карбида бора. Это поглотитель нейтронов цепной реакции. Пока он внутри – реакция не идет. При запуске реактора он выезжает из рабочей зоны и тот начинает разогреваться. Но не до критических температур – взрывоопасность отсутствует по причине расчетной концентрации урана в сплаве.

Для отражения нейтронов и для уменьшения массы урана, реактор окружен оксидом бериллия. В нем вставлены тепловые трубки с натрием. Трубки с теплоносителем нагревают поршни двигателя Стирлинга. Вокруг поршней установлены катушки генератора. Внутри поршня – магнит. Т.е. генерация происходит от возвратно-поступательного движения магнита в катушке. Поршней восемь. Каждый вырабатывает по 125 Вт электроэнергии.

  • Как устроен простой двигатель Стирлинга – статья здесь

Плутоний-238 не стали применять в реакторе по причине его дороговизны. Он в 100 раз дороже урана-235 (35 кг – 500 тыс.$). Размер цилиндра реактора из сплава урана: диаметр от 11 до 15 см и длине от 25 до 30 см. Вес 28-35 кг. Все зависит от получаемой мощности. Плюс бериллиевая оболочка. Для космических аппаратов вес РИТЭГа KiloPower составляет 300 кг.

Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?3

Схема и испытания реактора KiloPower путем нагрева трубок ТЭНами в 2016 г. Позже, в 2018 г. установку испытывали в пустыне Невада на полигоне. Она проработала 20 часов на полной мощности. Даже умышленные поломки не приводили к критическому перегреву реактора.

Для космических аппаратов радиационная защита установлена только в сторону двигателя и электроники. А вот для установок на Марсе – нужна круговая защита реактора. На Марсе эти РИТЭГи будут выглядеть по представлениям специалистов NASA вот так:

Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?4Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?5

Зонтик – это радиатор для охлаждения холодных зон на цилиндрах двигателя Стирлинга. Срок работы – 10 лет. Это срок работы самого двигателя Стирлинга, а не реактора. Реактор за это время выработает и 0,1% своей активной массы. Период полураспада урана-235 – 710 млн. лет.

Т.е. целесообразно сделать двигатель Стирлинга сменным. Замена по истечению механической надежности или при поломке.

Мини-атомный реактор с генератором на 10 кВт. Установка для электроснабжения домов будущего?6

Над реактором можно увидеть три сегмента радиационной защиты. При использовании рядом с биологическими объектами – защита должна быть круговой. Это увеличивает массу установки в разы. В неактивном состоянии реактор практически не радиоактивен – фон меньше 1 Кюри. Реакция начинается после выдвижения стержня, как сказано выше. Поэтому неудачные пуски ракет не загрязнят океан или землю.

Ролик про реактор KiloPower:

Можно ли использовать эту технологию и реактор для земных нужд? Теоретически да. Например, в Арктике, в горах на отдаленных базах или в подземных или подводных автономных объектах. Имея в запасе до 5 сменных двигателей Стирлинга – можно увеличить срок работы установки до 50 лет. Но вот стоимость ее пока велика. Стоимость урана-235 для реактора – 500 тыс.$. А на разработку и создание опытной установки KiloPower NASAпотратили 20 млн.$.

Поэтому, применение таких установок на Земле будет связано с особо важными объектами. Для частных лиц это слишком дорого и из-за угрозы использования не по назначению их вряд ли когда-то будут производить на потоке. Либо эта технология отдаленного будущего.

Предыдущие статьи:

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Почему они никогда не будут доступны для частного использования

Компактные атомные электростанции для энергоснабжения поселков

***

Подписывайтесь на канал, добавляйте его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Like
Love
Haha
Wow
Sad
Angry

Вам может понравиться

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.