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月の原子炉を構築するための競争は熱くなります

中国、ロシア、米国は、月に原子力発電所を置くために競っています。 5月の中国とロシアは、2036年までに月の原子炉を完成させるために協力することに同意しました。これに応じて、NASAの暫定首長ショーンダフィーは、8月に米国が2030年までに月の原子力発電プログラムを迅速に追跡することを発表しました。しかし、この突然の狂乱はいくつかの質問を提起します。そもそも月に原子炉が欲しいのはなぜですか？そして、彼らはどのように働きますか？ 調べるには、 IEEEスペクトル 話しました 原子力エンジニアであり、イリノイ大学アーバナシャンペーン校のAdvanced Reactor Fuel Cycles LaboratoryのディレクターであるKaty Huff。ハフは以前、米国エネルギー省（DOE）で原子力エネルギー補佐官を務めていました。なぜ世界最大の宇宙組織が月に原子炉を望んでいるのか、そして彼らは何を動かしますか？ケイティ・ハフ：科学的発見のために月に人間のより持続的な存在を持つことに関心が高まっています。融合燃料として機能するヘリウム-3のようなリソースは、アピールの一部である可能性があります。 NASAは、Artemisプログラムを通じてこの種の月面探査ベースを建設することを計画しており、中国とロシアは協力して国際月光研究所と呼ばれるものを建設しています。そのような月の基盤は、絶対に原子力を必要とします。再生可能エネルギーだけでは、月の生命のエネルギーニーズを満たすには断続的すぎます。さらに、物事を質量で宇宙スケールに入れるコストがかかるため、ウラン核分裂の比類のないエネルギー密度が私たちの最大の機会です。なぜそれは突然レースなのですか？緊急性は何ですか？ハフ： 勢いは、数年前に40キロワットの月のマイクロリアクターの設計を求めたNASAの核分裂表面電力プロジェクトから始まりました。 3つのデザインが選択され、それぞれ500万米ドルが授与されました。それ以来、中国とロシアは、2030年代半ばに打ち上げターゲットで独自の月のマイクロリアクターを設計するための共同の努力を少なくとも3回発表しました。これに応じて、NASAは2030年までの米国の原子炉のタイムラインを加速し、目標容量を100 kWに増やしています。ショーン・ダフィーは、中国とロシアが月の発電所の主張を最初に賭けた場合、事実上のキープアウトゾーンを宣言し、米国の選択肢をその基地への配置に制限することができると公に述べています。したがって、米国は、中国とロシアの前にそこにたどり着くことを目指しており、宇宙飛行士の生命維持を支援する水氷を利用できる地域を主張しています。月の原子炉の設計月の原子炉を設計するための考慮事項は何ですか？ ハフ：非常に低い重力では、流体は地球上で行うように正確に動作しません。したがって、反応器の流体クーラントの循環パターンを再計算する必要があります。そして、月の大きな温度が揺れ、昼から夜まで数百度変動するため、原子炉に それらのスイングからより孤立したシステムを使用します。 地球上では、利用可能な水域のような熱的に安定したヒートシンクがあるため、廃熱を簡単に排出します。 NASAがどのようなリアクターを選択すると思いますか？ ケイティ・ハフは、以前は米国エネルギー省（DOE）で原子力エネルギー補佐官を務めていました。ケイティ・ハフハフ：NASAがゼロから始めるのではなく、核分裂表面電力プログラムのために以前に選択された3つのデザインのいずれかを選択した場合、それは理にかなっています。しかし、40 kWから100 kWのターゲット容量の過度のダウブにより、ノブを上げるだけではないため、少し再設計が必要になります。 3つの賞は、ロッキードマーティン/BWXT、ウェスティングハウス/エアロジェットロッケトディネ、X-Energy/Boeingに送られました。それらのいくつかは、トリストラクチュラル等方性に基づいたマイクロリアクターを開発しています [TRISO] 燃料は、非常に堅牢なウラン燃料の一種であるため、月の反応器がそれを使用して設計されると予想されます。クーラントの場合、水の熱特性は効果的に冷却できる温度の範囲を制限し、反応器の効率を制限するため、水を選択することは期待していません。また、液体塩も腐食性がある可能性があるため、液体塩であるとは思いません。この月の原子炉は、介入なしで10年間動作する必要があります。だから私は彼らがヘリウムなどのガスを選ぶと思う。そして、パワー変換のために、NASAの指令は、閉鎖されたブレイトンサイクルが明示的に言った 要件になります。トランスポートとスタートアップはどのように見えますか？ハフ：原子炉は地球上で完全に構築され、燃料を所定の位置に置いて準備ができています。私の期待は、輸送中に連鎖反応が始まるのを防ぐために、コントロール要素が反応器に完全に挿入された状態で輸送されることです。月になると、スタートアップシーケンスがリモートまたは宇宙飛行士によって開始されます。その後、コントロールロッドは反応器から撤退し、Californium-252のような小さな中性子源が反応を開始します。2030年の締め切りは、米国が原子炉の最終設計も月の基地の計画も持っていないことを考えると、かなり急いでいると感じています。ハフ： 右。そのタイムラインは野心的に見えます。今後4年半で、このスケールの原子炉を地上で展開するのに十分な時間があります。それまでに1つの打ち上げ対応を手に入れることは、最終的にそのタイムラインに会わなかった理由を説明しなければならないレシピです。 そして、それは、人々がNASAを愛しているため、宇宙探査よりも原子力エネルギーにとっては、評判に問題になる可能性があります。リトルキッズと大人は、NASA Tシャツを着ています。誰もDoe Tシャツを着ていません。月の原子炉の打ち上げのリスク打ち上げに問題が発生した場合のリスクは何ですか？ハフ：十分に美しく、新鮮なウラン燃料は、使用されたウランがそうするように放射線学的な危険をもたらさない。それが核分裂生成物になった後にのみ、それは大幅に放射性です。したがって、反応器が発射前に動作しない限り、ハザードは非常に低くなります。たとえ燃料が地球上に分散されていたとしても、周囲の人々に大きな危険をもたらすことはありません。私は文字通り、机のそばに座っているウランのサンプルを持っています。それに加えて、放射線学的オブジェクトに対してすでに確立された堅牢な発射安全プロトコルがあります。 NASAは、以前のミッションのために、核バッテリーのようなプルトニウム熱電発電機を送信することで、これについて多くの経験を持っています。以前に宇宙に打ち上げられた核分裂反応器のいくつかで事態は問題になっています。それらはどうなりましたか？ハフ：誰もが宇宙に打ち上げた最大の核分裂反応器は、ソビエトプログラムの一部である5 kWの電気Topaz-I反応器でした。そのうちの1人は深刻な事件があり、壊れました。ナトリウムクーラントの一部を含む、断片的に高い軌道に乗っています。しかし、地球から信じられないほどの距離にある少数の放射線源材料であるため、それは地球に影響を与えません。より不幸な事件は、ソビエトのコスモス954リアクターで起こりました。これは、軌道上で操作した後、600キロメートルのカナダ領土で制御されない再突入を経験し、崩壊しました。小惑星が月にぶつかったり、月の原子炉に直接衝突した場合はどうなりますか？ハフ：直接ストライキは、反応器を損傷し、燃料の局所分散を引き起こす可能性があります。これは、Triso Fuelを使用する動機かもしれません。燃料と核分裂製品は、炭化シリコンでコーティングされた数千の球状のチアシードサイズの粒子に収容されているため、非常に堅牢です。溶岩の温度を超えて、信じられないほどの影響と熱に耐えることができます。テストでは、1,700°Cの熱を300時間抑制したとしても、Trisoは故障のない核分裂製品を保持することが示されています。したがって、原子炉部位に大きな小惑星とのデッドオンの衝突があるというありそうもないイベントでは、反応器の破片は月のほこりに分布する可能性がありますが、それらの小さなトリソ粒子はすべて無傷のままです。サイトの記事からウェブ上の関連記事 #月の原子炉を構築するための競争は熱くなります