ماه؛ صحنه جدید رقابت هسته‌ای قدرت‌ها
به گزارش صنایع نو، چین، روسیه و ایالات متحده در حال رقابت برای استقرار نیروگاه‌های هسته‌ای روی ماه هستند. چین و روسیه در ماه مه توافق کردند تا با همکاری یکدیگر، یک رآکتور هسته‌ای ماه را تا سال ۲۰۳۶ تکمیل کنند. در پاسخ، «شان دافی» رئیس موقت ناسا، در ماه اوت اعلام کرد که ایالات متحده برنامه انرژی هسته‌ای ماه خود را تسریع خواهد کرد تا تا سال ۲۰۳۰ یک رآکتور آماده داشته باشد.
اما این شتاب ناگهانی سوالاتی را برمی‌انگیزد – مثلاً اینکه اصلاً چرا ما رآکتورهای هسته‌ای روی ماه می‌خواهیم؟ و چگونه کار خواهند کرد؟ برای فهمیدن این موضوع، IEEE Spectrum با «کیتی هاف»، مهندس هسته‌ای و مدیر آزمایشگاه چرخه سوخت رآکتورهای پیشرفته در دانشگاه ایلینوی در اربانا-شمپین گفتگو کرد. هاف پیش از این به عنوان معاون دستیار وزیر برای انرژی هسته‌ای در وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) خدمت کرده است.
چرا بزرگترین سازمان‌های فضایی جهان رآکتورهای هسته‌ای روی ماه می‌خواهند و این رآکتورها چه چیزی را نیرودهی می‌کنند؟
کیتی هاف: علاقه به حضور پایدارتر انسان‌ها روی ماه برای کشف علمی در حال افزایش است. منابعی مانند هلیوم-۳ که می‌تواند به عنوان سوخت همجوشی باشد، ممکن است بخشی از این جذابیت باشد. ناسا از طریق برنامه «آرتمیس» خود در حال برنامه‌ریزی برای ساخت چنین پایگاه اکتشافی روی ماه است، و چین و روسیه نیز در حال همکاری برای ساخت پایگاهی به نام «ایستگاه تحقیقات بین‌المللی ماه» هستند. هرگونه پایگاه ماه‌گردی قطعاً به انرژی هسته‌ای نیاز خواهد داشت. انرژی‌های تجدیدپذیر به تنهایی بسیار متناوب و intermittent هستند تا بتوانند نیازهای انرژی زندگی روی ماه را برآورده کنند. علاوه بر این، هزینه ارسال وسایل به فضا با جرم آن‌ها مقیاس می‌گیرد، بنابراین چگالی انرژی بی‌نظیر شکافت اورانیوم، بزرگترین فرصت ما است.
چرا ناگهان به یک رقابت تبدیل شده؟ فوریت کار چیست؟
هاف: این حرکت با پروژه «قدرت سطحی شکافت» (fission surface power) در ناسا آغاز شد که چند سال پیش طرح‌هایی برای رآکتورهای کوچک ۴۰ کیلوواتی ماه درخواست کرد. سه طرح انتخاب و هر کدام ۵ میلیون دلار آمریکا جایزه دریافت کردند. از آن زمان، چین و روسیه حداقل در سه مورد اعلام کرده‌اند که برای طراحی رآکتور کوچک خود با هدف پرتاب در اواسط دهه ۲۰۳۰ همکاری می‌کنند. در پاسخ، ناسا در حال تسریع زمان‌بندی خود برای رآکتور آمریکایی به سال ۲۰۳۰ و افزایش ظرفیت هدف توان به ۱۰۰ کیلووات است. شان دافی به طور عمومی گفته است که اگر چین و روسیه اولین کسانی باشند که ادعای مالکیت یک نیروگاه در ماه را می‌کنند، می‌توانند یک منطقه «منع تردد» (keep-out zone) بالفعل اعلام کنند و گزینه‌های ایالات متحده برای استقرار پایگاه خود را محدود کنند. بنابراین آمریکا قصد دارد قبل از چین و روسیه به آنجا برسد تا منطقه‌ای با دسترسی به یخ آب را تصاحب کند.
طراحی رآکتورهای هسته‌ای ماه
ملاحظات طراحی یک رآکتور هسته‌ای برای ماه چیست؟
هاف: در جاذبه بسیار کم، سیالات دقیقاً مانند زمین رفتار نمی‌کنند. بنابراین الگوهای گردش خنک‌کننده‌های مایع رآکتور نیاز به محاسبه مجدد دارند. و نوسانات زیاد دمای ماه که از روز تا شب صدها درجه تغییر می‌کند، مستلزم آن است که رآکتور از سیستم‌هایی استفاده کند که بیشتر در برابر این نوسانات ایزوله باشند. روی زمین ما به راحتی گرمای تلف شده را دفع می‌کنیم زیرا چاه‌های حرارتی پایدار مانند منابع آبی در دسترس هستند.
فکر می‌کنید ناسا چه نوع رآکتوری را انتخاب کند؟
کیتی هاف پیش از این به عنوان معاون دستیار وزیر برای انرژی هسته‌ای در وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) خدمت کرده است.
هاف: اگر ناسا یکی از سه طرحی که قبلاً برای برنامه قدرت سطحی شکافت انتخاب شده بود را برگزیند، اینکه از صفر شروع کند، منطقی به نظر می‌رسد. اما با بیش از دو برابر شدن ظرفیت هدف، از ۴۰ کیلووات به ۱۰۰ کیلووات، یک بازطراحی جزئی درگیر خواهد بود، زیرا شما فقط یک knob را بالا نمی‌چرخانید. سه جایزه به Lockheed Martin/BWXT، Westinghouse/Aerojet Rocketdyne و X-energy/Boeing اعطا شد. برخی از آن‌ها در حال توسعه رآکتورهای کوچکی هستند که حول سوخت «ایزوتوپیک سه‌سازه‌ای» (TRISO) می‌چرخند، که نوعی سوخت اورانیوم بسیار مقاوم است، بنابراین انتظار دارم رآکتور ماه با استفاده از آن طراحی شود. برای خنک‌کننده، انتظار ندارم آب را انتخاب کنند زیرا خواص حرارتی آب محدوده دماهایی را که می‌تواند به طور موثر خنک کند، محدود می‌کند و این امر بازده رآکتور را محدود می‌سازد. و انتظار ندارم که نمک مایع نیز باشد، زیرا می‌تواند خورنده باشد و این رآکتور ماه نیاز دارد تا بدون هیچ مداخله‌ای به مدت ده سال کار کند. بنابراین گمان می‌کنم یک گاز مانند هلیوم را انتخاب خواهند کرد. و سپس برای تبدیل توان، دستورالعمل ناسا به صراحت گفت که یک «چرخه برایتون بسته» (closed Brayton cycle) یک requirement خواهد بود.
انتقال و راه‌اندازی چگونه خواهد بود؟
هاف: رآکتور به طور کامل روی زمین ساخته شده و آماده به کار خواهد بود و سوخت در جای خود قرار خواهد گرفت. انتظار من این است که با عناصر کنترل کاملاً درون رآکتور قرار داده شده منتقل شود تا از شروع یک واکنش زنجیره‌ای در هنگام ترانزیت جلوگیری شود.一旦 روی ماه، یک توالی راه‌اندازی از راه دور یا توسط فضانوردان حاضر آغاز خواهد شد. سپس میله‌های کنترل از رآکتور خارج می‌شوند و یک منبع نوترون کوچک مانند کالیفرنیوم-۲۵۲ واکنش را آغاز خواهد کرد.
ضرب‌الاجل ۲۰۳۰ با توجه به اینکه ایالات متحده نه طراحی نهایی برای رآکتور دارد و نه برنامه‌های محکمی برای یک پایگاه ماه، بسیار عجله‌ای به نظر می‌رسد.
هاف: درست است. آن زمان‌بندی indeed بلندپروازانه به نظر می‌رسد. ما به اندازه کافی زمان سختی خواهیم داشت تا یک رآکتور در این مقیاس را در چهار سال و نیم آینده به عنوان یک نمونه اولیه در روی زمین مستقر کنیم. آماده کردن یکی برای پرتاب و فرستادن آن به ماه تا آن زمان، دستورالعملی است برای اینکه eventually مجبور شویم توضیح دهیم که چرا به آن زمان‌بندی نرسیدیم. و این می‌تواند از نظر اعتبار، برای انرژی هسته‌ای بیشتر از اکتشافات فضایی مشکل‌ساز باشد، زیرا مردم ناسا را دوست دارند. بچه‌های کوچک و بزرگسالان alike تی‌شرت ناسا می‌پوشند. هیچکس تی‌شرت DOE نمی‌پوشد.
خطرات پرتاب رآکتور ماه
**اگر در حین پرتاب مشکلی پیش بیاید، خطرات چیست؟
هاف: به زیبایی، سوخت اورانیوم تازه، یک خطر پرتویی به روشی که اورانیوم مصرف شده ایجاد می‌کند، ارائه نمی‌دهد. تنها پس از تبدیل شدن به محصولات شکافت است که به طور قابل توجهی رادیواکتیو می‌شود. بنابراین تا زمانی که رآکتور قبل از پرتاب عمل نکند، خطر کاملاً پایین است. حتی اگر سوخت در زمین پراکنده شود، خطر قابل توجهی برای مردم اطراف آن ایجاد نمی‌کند. من به معنای واقعی کلمه یک نمونه اورانیوم کنار میزم دارم. علاوه بر این، یک پروتکل ایمنی پرتاب قوی برای هر شیء پرتویی از قبل established شده است. ناسا در این زمینه از ارسال ژنراتورهای ترموالکتریک پلوتونیوم، که بیشتر شبیه یک باتری هسته‌ای هستند، برای ماموریت‌های قبلی تجربه زیادی دارد.
برای برخی از رآکتورهای شکافتی که قبلاً به فضا پرتاب شده‌اند مشکلاتی پیش آمده؛ چه اتفاقی برای آن‌ها افتاد؟
هاف: بزرگترین رآکتورهای شکافتی که anyone به فضا پرتاب کرده، رآکتورهای ۵ کیلووات-الکتریکی TOPAZ-I بودند که بخشی از برنامه شوروی بودند. یکی از آن‌ها یک حادثه جدی داشت و متلاشی شد. اکنون در مدار بالا به صورت تکه‌هایی، از جمله مقداری از خنک‌کننده سدیم آن، که به صورت گوی‌های فلزی مایع در آنجا شناور هستند، قرار دارد. اما این تاثیری بر زمین نمی‌گذارد زیرا مقدار بسیار کمی ماده منبع پرتویی در فاصله incredible از زمین است. حادثه غم‌انگیزتر با رآکتور Kosmos 954 شوروی اتفاق افتاد که پس از کار در مدار، ورود کنترل نشده به جو را تجربه کرد و بر فراز نوار ۶۰۰ کیلومتری قلمرو کانادا متلاشی شد.
اگر یک سیارک به ماه برخورد کند، یا مستقیماً به رآکتور هسته‌ای ماه برخورد کند، چه اتفاقی می‌افتد؟
هاف: یک برخورد مستقیم می‌تواند به رآکتور damage وارد کند و باعث پراکندگی موضعی سوخت شود. این ممکن است انگیزه‌ای برای استفاده از سوخت TRISO باشد. این سوخت بسیار مقاوم است زیرا سوخت و محصولات شکافت در هزاران ذره کروی به اندازه دانه چیا housed شده‌اند که با کاربید سیلیکون پوشانده شده‌اند. می‌تواند impacts و گرمای incredible را تحمل کند – فراتر از دمای گدازه. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که حتی هنگامی که در معرض حرارت ۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳۰۰ ساعت قرار می‌گیرد، TRISO محصولات شکافت خود را بدون هیچ failureی نگه می‌دارد. بنابراین در صورت وقوع نامحتمل یک برخورد مستقیم با یک سیارک بزرگ در محل رآکتور، بقایای رآکتور ممکن است در dust ماه distributed شود، اما امیدواریم همه آن ذرات کوچک TRISO دست نخورده باقی بمانند.
نظرات کاربران
هنوز نظری ثبت نشده است.