طبق قرارداد آژانس فضایی بریتانیا، دانشگاه بنگور در ولز در حال توسعه سوخت هستهای جدید برای رآکتورهای هسته ای کوچک رولزرویس است که تا سال 2030 انرژی پایگاه های دارای خدمه ماه را تامین خواهد کرد.
به گزارش تکناک، یک مسابقه فضایی جدید در جریان است و دوازده کشور و ائتلاف در حال رقابت هستند تا نسل جدیدی از فرودگرها و مریخ نوردها را در ماه قرار دهند. در عین حال ناسا تلاش می کند تا به وعده خود مبنی بر ایجاد حضور دائمی انسان در سطح ماه عمل کند.
یکی از موانع اصلی ماموریت های طولانی مدت یا پایگاه های دائمی در ماه، شب 14 روزه قمری است که در آن دمای روز از 250 درجه فارنهایت (120 درجه سانتیگراد) به 208- درجه فارنهایت (130- درجه سانتیگراد) کاهش می یابد. این ترکیب سرمای یخبندان و تاریکی به این معنی است که برای بقای ماشینها و پایگاهها باید به سیستمهای انرژی هستهای تکیه کرد. در مورد هر چیزی که نیاز به انجام کار واقعی دارد، این به معنای رآکتورهای هسته ای است تا ژنراتورهای رادیویی حرارتی.
این رآکتورهای هسته ای مانند راکتورهای معمولی بزرگی که روی زمین استفاده میشوند و به میلههای سوخت متکی هستند، نخواهند بود. در عوض، اینها راکتورهای بسیار کوچک و کارخانه ای هستند که از سوخت ذرات ایزوتروپیک ساختاری (TRISO) استفاده می کنند.
سوخت TRISO نوعی سوخت راکتور بستر سنگریزه ای است که میله ها را با گوی های سوختی به اندازه توپ بیلیارد جایگزین می کند. تفاوت سوخت TRISO که دانشگاه بنگور می سازد در این است که گوی ها به اندازه توپ های پینگ پنگ کوچک می شوند. این ذرات سوخت که توسط پرینت سه بعدی ایجاد شده اند، از اورانیوم، کربن و اکسیژن غنی شده ساخته شده اند و یک هسته اورانیوم در داخل لایه های کربن و سرامیک مهر و موم شده قرار می گیرد.
برخلاف میله های سوخت، این ذرات بسیار قوی هستند و دماهای بسیار بالایی را تحمل می کنند، همچنین در برابر آسیب ناشی از تابش نوترون، خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند.
این پروژه زیر نظر پروفسور مواد هستهای و مدیر مشترک موسسه آیندههای هستهای در دانشگاه بنگور، سیمون میدلبورگ، اداره می شود و هدف آن توسعه سوخت TRISO است که برای رآکتورهای ماه در حال توسعه توسط رولز رویس و دیگران مناسب باشد.
نکته مهم در مورد یک راکتور با سوخت TRISO این است که طراحی نسبتاً ساده ای دارد و با نگه داشتن آن در سایه چتری از رادیاتورهای متصل به سیستم خنک کننده می توان آن را با گاز خنک کرد. با کارکرد در دماهای بالاتر، این راکتورها نسبت به راکتورهای آب تحت فشار معمولی کارآمدتر هستند.
در حین کار، ذرات سوخت به بالای راکتور وارد می شوند. همانطور که سوخت مصرف می شود، آنها به پایین مهاجرت می کنند، جایی که سوخت مصرف شده حذف می شود. از آنجایی که راکتور در دمای بالاتری قرار دارد، اگر واکنش بیش از حد قوی شود، افزایش گرما واکنش را کاهش می دهد و باعث می شود راکتور به سطوح ایمن بازگردد.
میدلبورگ گفت: این پروژه از تخصص در زمینه سوختهای هستهای که در مؤسسه آیندههای هستهای داریم استفاده میکند و آن را در یکی از هیجانانگیزترین کاربردهای ممکن، یعنی اکتشاف فضا، به کار میگیرد.
در ماه و اجسام سیارهای که روز و شب دارند، دیگر نمیتوانیم برای انرژی به خورشید تکیه کنیم و بنابراین باید سیستمهایی مانند میکرو راکتور کوچک برای حفظ حیات طراحی کنیم.
انرژی هستهای تنها راهی است که ما در حال حاضر برای تامین انرژی آن طول سفر فضایی داریم. سوخت باید بسیار قوی باشد و در برابر نیروهای پرتاب دوام بیاورد و سپس برای سالهای متمادی قابل اعتماد باشد.
این چالش توسط دانشمندان و مهندسان عالی در موسسه آینده نگر هسته ای مورد بررسی قرار گرفته است اما در طول سالهای آینده به موارد بیشتری نیاز خواهد بود و ما امیدواریم که برنامه مهندسی جدید در دانشگاه فرصتهای هیجانانگیزی را برای دانشجویانی که میخواهند خود را در این زمینههای هیجانانگیز تحقیق و توسعه به کار گیرند، فراهم کند.
