У NASA есть работающий космический реактор Kilopower, но нет плана утилизации радиоактивных отходов



    На днях на Geektimes была опубликована статья о космическом реакторе Kilopower, разработанном агентством NASA. Реактор преобразовывает тепло в электроэнергию, использовать его можно как на других планетах, так и в открытом космосе. Агентство долгое время работает над своим проектом и сейчас он уже вошел в заключительную стадию. Были проведены разного рода проверки и испытания, после чего уже ни у кого не остается сомнений в том, что реактору — быть.

    Событие значимое без всяких «но». За предыдущие 40 лет ни один из проектов гражданского космического реактора (а их было немало) так и не был запущен в рабочем режиме. Тем не менее, впереди у участников проекта еще немало работы. Есть и проблемы, большинство из которых вроде бы решаемы. Но одна из проблем не особо озвучивается. А именно — что делать с радиоактивными отходами, образующимися в процессе работы реактора?

    Их немного, это, конечно, не отходы со средней руки АЭС, но они есть, и если реакторов будет несколько, то радиоактивный «мусор» надо будет каким-то образом утилизировать. Сам реактор по размеру не превышает холодильник, он может служить заменой РИТЭГ или же работать в качестве источника энергии для нужд колонии — лунной, марсианской или какой-нибудь еще.


    Работать реактор способен около 10 лет, на протяжении всего этого времени вырабатывая энергию. Для того же Марса это отличное решение, ведь солнечные элементы не работают ночью, да и панели постепенно загрязняются мельчайшей пылью, что приводит к снижению объема вырабатываемой энергии.

    А если есть энергия, ее можно пустить на получение нужных для астронавтов элементов, включая водород и кислород. Их можно добывать путем обычного электролиза из растопленного льда, которого немало в высоких широтах Марса.


    Отличная иллюстрация, демонстрирующая, как может выглядеть мини-АЭС на Марсе. Проблема только в том, что 4 реактора будут давать в 4 раза больше радиоактивных отходов, чем один

    Для выработки энергии будет использоваться уран-235, размещаемый в ядре реактора. Размещать системы, скорее всего, будут вне поселений, чтобы если что-то пойдет не так, сооружения и люди остались невредимыми. На Земле отходы реакторов обычно хранятся в специализированных местах, «кладбищах» ТВЭЛов. Это бункеры с особыми условиями хранения радиоактивных материалов, рассчитанные на тысячи и тысячи лет.

    Но вряд ли у колонии на Луне или Марсе будет возможность создавать такие хранилища. А складировать радиоактивные отходы где-то неподалеку от поселения тоже не вариант. Может быть, их будут отвозить за десятки километров от колонии и складировать в лавовых трубках (на Луне такие есть) или просто оставлять на поверхности. Что на Луне, что на Марсе очень холодно, так что хотя бы с охлаждением нагревающихся отходов проблем не будет.

    Но все это — догадки. У NASA пока нет четкого плана утилизации радиоактивных отходов, так что можно лишь обсуждать эту тему. Возможно, агентство не занимается этим потому, что сам реактор еще нигде не используется. Доказана лишь его работоспособность — и только. А вот когда люди отправятся на Луну и Марс, тогда можно будет снова поднять этот вопрос.



    Кстати, если вы думаете об отправке отходов в космос, включая Солнце, то пока что это не лучшая идея. В 70-х годах прошлого века сотрудники NASA изучили эту тему, и пришли к выводу, что в настоящий момент это непрактично и попросту опасно. Для отправки отходов в космос нужно много времени, денег, усилий инженеров и ученых. И в таком способе слишком много моментов, когда что-то может пойти не так. Неправильная орбита — и радиоактивная масса несется к Земле и входит в атмосферу, загрязняя все, что ниже, радиоактивностью. Да и просто летающая в открытом космосе куча радиоактивных материалов, траектория которой мало предсказуема — то еще удовольствие.

    Вероятно, в ближайшем будущем NASA все же придется заняться указанной проблемой и ее решением.


    Madrobots 286,57
    Компания
    Поделиться публикацией
    Комментарии 55
    • –1
      не раскрыто, почему на Солнце нельзя направить…
      • +1
        Написано ж — любая неполадка в КА и радиоактивный мусор болтается на случайной орбите, или падает на Землю, другие планеты.
        • +1
          вот именно это и не раскрыто…
          причем тут Земля? речь идет про космос и Марс.
          про Венеру и Меркурий переживать смешно
          неполадки естественно возможны, но для этого и есть резервирование критических систем.
          все объекты нашей системы закончат на солнце :)
          толкнуть в сторону светила со второй космической Марса во время расчетного окна (чтобы не пересечься с внутренними объектами), гораздо проще чем попасть в Плутон.
          • 0
            Речь идет и про Луну. Сколько ни дублируй, вероятность отказа основных систем будет всегда. Вот сломается у вас двигатель во время набора второй космической, или из-за ошибки навигации окажется что недостаточно топлива, что делать будете?
            У вас опасный аппарат на случайной эллиптической орбите. Если даже сейчас не пересекается ни с чем, то что будет в будущем, когда орбита изменится под влиянием какой-нибудь из близко прошедших планет.
            А если перигелий низко над Солнцем, то получим разрушение контейнеров и хоть слабенький, но радиоактивный шлейф.

            Проще на месте захоронить.
            • 0
              дык например Космос-954 с ядерной энергоустановкой падал на Землю, это мы уже проходили. а тут при отправке в космос вероятность будет куда меньше
              • 0
                тут еще дело в том, что реактор становится сильно радиоактивным только когда «включается». до того — немного «фонит».
        • +8
          было уже, давно в какой-то статье — дельта-v для «упасть на солнце» очень большое, дорого получается — дешевле на альфу центавра запустить. Хотя наверное с помощью хитрых маневров можно удешевить но это сложнее, а значит есть риск ошибиться и отправить нетуда.
          • +5
            Потому что это ОЧЕНЬ дорого. Намного проще улететь из солнечной системы чем упасть на солнце:
            — для того чтобы покинуть солнечную систему требуется набрать третью космическую скорость, при старте с Земли потребность в характеристической скорости равна ~16,6 км/с (оптимальный вариант);
            — а для того чтобы «упасть» на солнце, придется погасить орбитальную скорость Земли — 29,783 км/c.
            Почти вдвое больше (1.8).

            *Буду обновлять комментарии
            • 0
              Всю-то гасить зачем? У нас нет цели развернуть вектор орбитальной скорости, у нас есть цель закинуть мусор туда, где он будет безопасен.
              • 0
                Ну, в принципе можно «упасть» на Солнце и с меньшими затратами Dv, правда с огромными временными затратами. Достаточно разогнаться почти до скорости убегания для Солнца (около 15 км/с) и далеко, где-нибудь в поясе Койпера, притормозить, сбросив скорость относительно Солнца до нуля. На практике, конечно же, это не слишком осмысленно.
                • +1
                  Проще по пути в Юпитере утонуть будет, мне кажется.
                • +1
                  А почему именно на Солнце? Юпитер тоже хороший вариант, там естественная радиация такая что фонящий человеческий реактор песчинкой на фоне пустыни покажется.
                  • +1
                    а для того чтобы «упасть» на солнце, придется погасить орбитальную скорость Земли — 29,783 км/c.

                    Только если мы хотим
                    упасть камнем


                    Если хотим упасть по эллиптической орбите — нужно погасить на 3 км/с меньше —
                    26.95 км/с


                    Думаю, в реальной жизни достаточно погасить еще меньше, т.к. уже на довольно близкий расстояниях к Солнцу аппарат сгорит — не обязательно ударяться о «твердь».
                    Мы подойдем на 40 млн. км к Солнцу (ближе, чем Меркурий)
                    погасив 10 км/с


                    И мы подойдем на 7 млн. км к Солнцу (в 5-10 раз ближе, чем Меркурий)
                    погасив 20 км/с


                    Если не спешим (4 года для космоса ведь копейки, правда?), то можно сначала слегка поднабрать, поближе к Юпитеру, а потом уже гасить. У меня вышло 8км/с+8км/с = 16 км/с
                    уже выгоднее, чем отправлять за пределы системы


                    Я попробовал еще сделать гравитационный маневр вокруг Юпитера, в итоге падение вышло через 6 лет и ценой в 15 км/с. Это если нам принципиально именно свалить на Солнце
                    ведь само попадание в Юпитер - стоит 10 км/с

                    • 0
                      Простите, картинка с Юпитером некорректная.
                      вот корректная
                      • 0
                        Аппарат сгорит, но продолжит движение по орбите. И даже если испарится, то есть шанс получить движущееся радиоактивное облако, которое понесёт солнечным ветром.
                      • 0
                        А почему не достаточно просто придать небольшой импульс в сторону солнца, оторвавшись от Земли?

                        P.S. Вижу хороший ответ от TheShock.
                        • +2
                          Рекомендую поиграть в KSP, множество вещей про орбитальную механику становятся значительно понятнее.
                      • 0
                        По дороге испарится и полетит назад.
                        Лучше на Юпитер ронять.
                        • 0
                          Хотя бы потому, что нужен неслабый dV.
                          Если в лоб: взлет с Марс/Луны (3.55 км/с для Марса), гашение орбитальной скорости — 24 км/c для Марса (для Луны — 30 км/с земных)… Чем будем разгонять?
                          Если не совсем в лоб — загнать за орбиту Плутона и погасить скорость ('переход через бесконечность') но на это тоже ~17 км/с уйдет. И лет так 30.
                          (Смотрим например ту же книгу Левантовского (Механика космического полета в элементарном изложении). Она есть в сети (в djvu правда). )

                          Оно того точно стоит? Особенно если альтернатива — сложить в соседний кратер на Луне(ну что с ним случится то? Атмосферы нет, гидросферы нет, террористов которые грязную бомбу захотят сделать — тоже нет. На Марсе да — все же атмосфера. Ну так бетоном залить и пусть лежит. Просто приближаться не надо.
                          • 0
                            я бы начал с вопроса «зачем увозить ОЯТ с Луны». С Луны, где они ни для кого никакой опасности не представляют, и, кроме того, доступны для будущей роботизированной переработки (с целью извлечения полезных «в народном хозяйстве» элементов).
                            • 0
                              Солнечный ветер обратно не надует?
                            • +5
                              Я так и не понял почему нельзя просто свалить отходы в кучу в паре десятков километров от поселения? Марс ведь сам по себе очень радиоактивен (кстати, на сколько?). Неужели эта куча отходов окажет существенное влияние?
                              • 0
                                Мне кажется, что для того, чтобы их просто свалить в кучу на поверхности, нужно быть уверенным в том, что контейнеры останутся герметичными в течение сотен, если не тысяч лет. Если они разрушаться через несколько десятков лет, то ветром их содержимое вполне себе может принести в поселение, даже за несколько десятков километров. Абразивные свойства марсианских пылевых бурь вряд ли велики, но если речь идёт о десятках лет это придется учитывать. Дополнительную обшивку делать никто не станет, а вот всякого рода естественные геологические образования, которые могут дать защиту различного рода воздействий (ветра, метеоритов) кажутся нормальным решением, если два стоящих рядом реактора из-за своего же фона (а они вообще фонят?) не могут само-ускориться. Главное чтобы эти геологические образования были на нужном расстоянии от планируемой базы.
                                • 0
                                  На Марсе вроде радиационный фон всего лишь в два раза выше чем на МКС. Неприятно и чревато повышенной вероятностью всяких раковых заболеваний в долгосрочной перспективе, но не смертельно. В отличие от кучи радиоактивных отходов под боком.
                                • +3
                                  Что на Луне, что на Марсе очень холодно, так что хотя бы с охлаждением нагревающихся отходов проблем не будет.

                                  Совершенно неверно. Там как бы нет атмосферы (у Марса очень разреженная), тепло отводить некуда. Грунт — очень плохой проводник, сверху вакуум, так что греться будет.
                                  При этом я не понимаю проблемы. Отвезите подальше, да складируйте. В ближайшие сотни лет Марс не будет заселён хоть сколько-то плотно, чтобы такие склады представляли угрозу.
                                  • +1

                                    С теплопроводностью атмосферы на Марсе все в порядке, примерно как у земной — 600 паскалей давления не дают проявиться эффекту термоса. На Луне охлаждение гораздо сложнее.

                                    • 0
                                      В ближайшие сотни лет Марс не будет заселён хоть сколько-то плотно, чтобы такие склады представляли угрозу.

                                      А потом?
                                      • +3
                                        А потом можно будет и нормальные захоронения устроить, как сейчас на Земле. Тем более, что всё короткоживущее распадётся и фонить будет уже не так сильно.
                                    • 0
                                      А почему работать будет всего 10 лет? У 235 урана вроде бы период полураспада гораздо больше.
                                      • +4

                                        так то ж спонтанный распад, на нем РИТЭГи работают. В реакторе немного не то — под действием нейтронов ядра урана разваливаются на примерно равные по размеру половинки + несколько более мелких осколков, в том числе пара-тройка нейтронов. Интенсивность процесса определяется интенсивностью облучения нейтронами.

                                        • 0
                                          А, и действительно.
                                          • 0
                                            топлива в Kilopower больше, чем на 10 лет работы. Ограничения условные, оценка срока надежной работы двигателей Стирлинга/ тепловых трубок.
                                          • +1
                                            Там по большей части грешат на механику двигателя Стирлинга — скорее всего он откажет первым.
                                          • +9
                                            Но одна из проблем не особо озвучивается. А именно — что делать с радиоактивными отходами, образующимися в процессе работы реактора?
                                            Проблема не озвучивается потому-что её нет: у нас на Земле реакторы затапливают в океане из которого потом рыбу вылавливают, а в начале космической эры выводили на низкую орбиту военные спутники с реакторами откуда они сейчас постепенно падают. Это не считая того что мы навзрывали в собственной атмосфере зарядов на несколько гигатонн — пара жалких реакторов на 10 кВт тут погоды не играет.

                                            Такой реактор изначально предлагают закапывать в нескольких стах метрах от базы, перед его включением. Всё что нужно в такой ситуации сделать чтобы решить проблему с ядерными отходами — это просто этот реактор потом не трогать.
                                            Для того же Марса это отличное решение, ведь солнечные элементы не работают ночью, да и панели постепенно загрязняются мельчайшей пылью, что приводит к снижению объема вырабатываемой энергии.
                                            Панели можно поставить на вибростенд или просто прикрепить щётки чтобы пыль стряхивать. Научная база ночью и не будет много потреблять — в случае с Марсом и электрических батарей на ночь будет вполне достаточно.
                                            • +3
                                              Тут еще стоит уточнить момент — отсутствие агрессивной атмосферы. На том же Марсе нет дождика из весьма агрессивной воды, да и имеющаяся никак не будет взаимодействовать с реактором закопанным на десяток метров под поверхностью. На Луне так-же стоит закопать, но только от мелких метеоритов, крупный сам по себе «хороший» сюрприз для базы.
                                              • 0
                                                Зато там сильно больше метеоритов, песчаные бури, перепады температуры в 150', ветер 100 м/c (!!!) с песком и камнями, и частые километровые смерчи. И даже лёд из воды и газов есть в высоких широтах и всякие селевые потоки в десятки километров.
                                                Я бы сказал, что климат там, пожалуй, похуже земного, в среднем. На Земле чтобы в катаклизм попасть, это повезти должно, а на Марсе все эти бури и смерчи нормальное явление.
                                                • 0
                                                  Только вот пик возможностей марсианской «бури» с ветром «100 м/c» — «потеребить флаг». Возможно — «опрокинуть бутылку с водой». Не более того.
                                                  По меркам марса — земной «едва заметный ветерок» — тот самый «ураган».
                                                  • 0
                                                    Угу, такие страшные условия, читать опасно!
                                                    Правда ничего из этого не может сломать довольно хрупкие марсоходы. Ни солнечные панели не побило камнями летящими чуть не со скоростью пули, ни электроника от перепада в 150 градусов не окочурилась. Наверное Марсиане через день им ТО проводят и маскируют повреждения.
                                              • 0
                                                надо пометить :)
                                                а то будет как с эскимосами, они скот погибший от сибирской язвы хоронили в одном месте, а потом при возникновении промышленного интереса на него напарывались рабочие не зная обо всей опасности, а ведь сотни лет прошли, но в мерзлоте ничего не разрушается
                                                • 0
                                                  Бактерия туберкулёза до сих пор сохраняет свою живучесть в древнеегипетских мумиях.
                                              • 0
                                                Реактор размером с холодильник и на Земле пригодиться.
                                                И как-то сразу «Город» Саймака вспомнился.
                                                • +2
                                                  он «размером с холодильник» как электронные часы «размером с наручные часы» из анекдота про «два чемодана батареек».

                                                  Даже не говоря про стирлинги и радиатор — Бог с ними, проблема в том, что у Kilopower нет биозащиты. Там биозащита сделана по принципу «просто поставь подальше».

                                                  Что «немного» увеличивает условные габариты реакторной установки. До размеров защитной зоны, ага.

                                                  Ну и вообще, мечты про «ух ты, такое и на Земле пригодится» (вариант — «ух ты, такое и в гражданке пригодится» (как, например, встречалось в комментариях к новости о крылатой ракете с неограниченной дальностью полета (с ЯЭУ)) — это не более, чем маниловщина, основанная на обывательских заблуждениях.

                                                  Кроме просто _кучи_ всевозможных шоу-стопперов, назову один «очень Kilipower'овский». Этот реактор уникален тем, что, в отличие от многих прочих проектов он очень смел в тех местах, в которых обычно конструкторы не берутся рисковать. А именно а подвожу к тому, что у нем используется высокообогащенный уран, который на Земле привел бы к куче головняков из-за проблемы нераспространения.
                                                • 0
                                                  Луна как раз один из самых вменяемых вариантов «космических захоронений», в отличие от Солнца etc. Имеются ввиду не только космические реакторы, но и ОЯТ с Земли, в фантастическом случае изобретения дешевого и достаточно безопасного (надежного) способа поднятия ОЯТ из гравитационного колодца Земли.

                                                  В этом смысле реактор на Луне уже практически «там, где надо». (Самое страшное, что может случится — удар метеоритом, выносящий ОЯТ «куда угодно». От этого спасает заглубление).

                                                  Луна — лучшее место хранения ОЯТ для «дождаться полной роботизации и технологий выделения всего, что мы пожелаем, из ОЯТ, через XXXXX лет», — ни атмосферы, ни гидросферы, спрятал подальше, и никаких забот. И самое удобное по соотношению «цена/ риски/ доступность» из всех прочих.
                                                  • 0
                                                    Самонагрев забыли. Неудобно охлаждать.
                                                    • 0
                                                      ух ты, сеанс чтения [невысказанных] мыслей на расстоянии, да еще и бесплатно! А успешные сеансы подобных чтений у вас бывают?

                                                      С чего вы взяли, что я что-то забыл, чтобы говорить о моих внутренних процессах столь безапелляционно?

                                                      Охлаждать чтобы _что_? Чего вы хотите добиться охлаждением ОЯТ на Луне, чего вы им желаете избежать? Максимум, что там _реально_ грозит чему-то за пределами площадки — это сублимация ПД с осаждением в окрестностях, но это решается и без заморочек с охлаждением, если что.
                                                      • 0
                                                        А зачем, простите?
                                                    • 0
                                                      P.S. Кстати, ограничения по времени работы у Kilopower — это «ограничения снизу», по механической части (по стирлингу и тепловым трубкам), не по ядерной.
                                                      • 0
                                                        > если что-то пойдет не так

                                                        У Вас опечатка в слове «когда».

                                                        (Доказано Тримайл-айлендом, Чернобылем и Фукушимой.)
                                                        • 0
                                                          чушь же написали, неадекватное обобщение. «Беллона-стайл», как есть.

                                                          Надежные системы делать _можно_. «Детские ошибки» обобщать до «это невозможно сделать» — неадекват.
                                                          • 0
                                                            Знаете, я вспоминаю почему-то постройку Хаббл и последующую установку корректировочной линзы. Лучшие умы со всей планеты и бабла море, а в итоге сели в лужу. Отсюда я делаю вывод: Надежные системы делать можно, так же как невозможное возможно при наличии удачи
                                                            • 0
                                                              «Лучшие умы»? Правда? По каким критериям лучшие (точно в построении надежных систем, или таки нет?)? В чем лучшие, среди кого _лучшие_? По какой методике проводилась оценка?

                                                              Какая именно куча бабла?
                                                              Какая часть этого бабла пошла на то, чтобы «такой херни не было»?

                                                              При чем тут пример Хаббла вообще?

                                                              В целом вы пример детских рассуждений привели, ничего более. «В огороде бузина, в Киеве дядька» сплошное.

                                                              И, ЧСХ, вас это не смутило.
                                                            • 0

                                                              Нет, надёжные системы делать можно — инженеры их достаточно пристойно делают.


                                                              Но потом приходят эффективные менеджеры, у которых горит дедлайн...

                                                          • 0
                                                            Радиоактивность это же энергия?
                                                            Почему нельзя придумать как ее можно переиспользовать?
                                                            Пусть будет электростанция менее энергоэффективная, но для которой топливом будет эти радиоактивные отходы. В результате вместо утилизации — еще энергия.

                                                            • 0
                                                              Почему нельзя придумать как ее можно переиспользовать?

                                                              Уже. Называется РИТЭГ.
                                                              Используются на всех текущих дальних космических зондах (на Земле уже почти не используется)
                                                              Но есть проблемы например с мощностью.
                                                            • –1
                                                              Клинический бред. Как на поверхности лоббируются «экологические» источники энергии, так и за пределами пиарятся «единственно возможные».

                                                              P.S. КПД даже древних солнечнх батарей на поверхности Земли и на поверхности Луны отличаются от десятков до сотен раз.

                                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                              Самое читаемое