下降空间反应堆:评估风险

一个美国国家航空航天局的新报告考察中,核反应堆是用于电力飞船可能会意外地再进入地球大气层的各种情况。

“有许多类型的再入事件可能发生在包含裂变反应堆的任务中。每一种再入事件都会对裂变反应堆产生各种可能的不利环境,”报告说。

假定的情形包括发射时意外再入、从轨道再入和地球飞越时再入。

“有一种在再入场景中裂变反应堆三个潜在后果,”报告说。“首先,裂变反应堆可以在大气中燃烧起来,由于再入过程中给予它的气动热负荷。第二,它可以生存再入带或不带附加的航天器部件撞击地球表面。最后,它可以再入时掰开,但它的各个组成部分生存再入和撞击地球的表面(散折返)。”

看到裂变反应堆无意再入:一份报告,核电和推进技术纪律小组,由Allen坎普等人,NASA / CR-2019-220397,2019年8月。

会议上“核能在空间:防扩散风险和解决方案”会议将于10月17日在华盛顿特区举行,重点讨论高浓缩铀在太空核反应堆中的预期用途,以及用低浓缩铀替代高浓缩铀的可行性。这次会议是由……主办的防止核扩散项目德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的教授。

此前的几项技术分析得出结论,在太空反应堆中使用低浓缩铀实际上是可行的,但可能需要一个质量大得多的反应堆。

看到《白皮书-太空反应堆使用低浓缩铀》2017年8月,“考虑低浓铀空间反应堆的”由大卫·李黑色,2018年7月。

加文谈运气和太阳航行

今年七月,行星学会的Lightsail 2号证明成为生存能力“太阳帆船”,“在地球轨道的第一艘由阳光完全推进。”

但太阳帆船的实用性是第一个由物理学家理查德L. Garwin描述六个十年更早。

“很难夸大了太阳系内的卫星或太空飞船的推进太阳辐射压的重要性,”他在写美国火箭学会杂志1958年3月,当时他才30岁。“虽然加速度在数值上小,速度在由显著量合理时间变化。”

本周,Garwin反映就这个问题和其他情节在他解决问题和技术创新的使用寿命。他说,从哈佛物理系博士后研究人员。看到很久以前的意外收获理查德·l·加文,2019年9月11日,主题演讲。

他是怎么想出太阳能风帆?

“作为物理学家做的,我一直对事物如何运作或可以工作,并了解了辐射压的思维一样,每个人都在读高中,”他说。

不是每个人都能立即理解这个概念,Garwin注意

“I recall that when the Chief Scientist of the U.S. Air Force was asked about this proposal at a press conference, he explained that even if it would work, it could only be used for going outward beyond Earth orbit around the Sun and not for going inward, because radiation pressure was radially outward from the Sun.”

“他错过了什么,当然,这一事实帆在地球轨道,或者就此而言太阳轨道,意味着反射帆可能的角度提供一个力垂直于帆,将一个组件或者沿着速度矢量方向相反,因此轨道速度组件可以增加或减少;因此,党卫舰可能获得或失去能量,因此螺旋进出太阳,或在地球轨道。”

总统指令的一个新的类别

特朗普总统设立的总统指令的一个全新品类呈现在他的指导对美国的太空计划。新的太空政策指令112月11日签署,并发表在联邦纪事今天。

“总裁唐纳德·特朗普发送宇航员重返月球,” NASA热情公共事务中新闻发布

该指令本身并没有这样的事情。相反,它使得谦虚编辑调整到2010国家航天政策这是由奥巴马总统发布并在总统决策指令4中采纳的。

奥巴马政策曾指出:

“设置深远探索的里程碑。到2025年,开始超越月球载人飞行任务,包括发送人小行星。中期,21世纪30年代,人类送上火星轨道向火星并安全返回他们地球;”

特朗普的新SPD-1命令删除该段,并以下列案文取代该段:

“与商业和国际伙伴一起领导一项创新和可持续的探索计划,使人类能够在整个太阳系扩展,并将新的知识和机会带回地球。”从低地球轨道以外的任务开始,美国将带领人类返回月球进行长期探索和利用,然后是前往火星和其他目的地的人类任务。”

就是这样。在12月11日的白宫签字仪式上,特朗普总统隆重说认为“该指令将确保美国的太空计划再次领导和促进全人类的。”

但是,很难看到怎么会是这样的。特朗普指令不会(也不能)分配任何新的资源来支持我们重返月球,并且它不修改现有的机构或目前的立法建议。

有趣的是,它也没有修改奥巴马的许多其他条款14页的太空政策包括要求“以增强美国全球气候变化研究”和“气候监测。”除非和直到他们被修改或取消,这些规定仍然有效。

冥王星飞越使命技术钚

这些天的地球新闻是如此的让人欢迎来自其他地方的新闻,特别是当它涉及到一个壮观的前景在即将飞掠冥王星由NASA飞船新视野这将发生在7月14日

当然,在现实中,“新视野号”也代表着来自地球的消息,它是由人类建造的,于2006年1月从卡纳维拉尔角发射升空。此外,“新视野号”探测器不仅仅是一种技术产物;这是政治进程和政策辩论的结果。争论的不仅是这次任务的参数——它的范围、时间、预算等等——还包括它使用的是一种由钚作为燃料的核动力源。

通过新的天际中使用的钚238同位素是一个非常危险的材料是危险的生产,制造成合适的形式,处理,运输和发射。的危害是足够的,在一些人眼中,完全禁止使用。

美国国家航空航天局和能源部的工程师们并没有否认公众对以钚为燃料的能源的安全性的担忧,但他们认为,通过适当的设计,可以将风险降低到可接受的低水平。

“安全是为[钚为燃料的通用热源用于乘坐新视野]主要设计驱动程序,”根据2006年回顾考虑到它的发展。“主要的安全目标是保持燃料包含或固定,以防止被人吸入或吞食。”看到“大胆的使命:通用希思来源放射性同位素热电发生器”由Gary L.贝内特,等。

实际上,钚电源的设计是基于这样的假设,即发射事故或者其他事故,任何由此产生的健康和安全影响必须最小化。通过仿真验证了该设计,但幸运的是,在极端条件下对设备安全性的真实测试从未通过。

该GPHS钚电源已经成功地使用了一些有史以来进行太空探索的最大胆和最有成效的任务,其中包括伽利略尤利西斯卡西尼号,新视野

在大多数情况下,这些任务用称道的开放性进行的,尤其是前几年。当一个年轻的批评家提出了关于使用钚电源伽利略使命问题,并高速地飞越的危害之前,其1989年推出以来,美国航空航天局喷气推进实验室的项目经理约翰·Casani毫不避讳地邀请他来检查飞船其洁净室JPL和讨论的替代品。

“冥王星是要改变我们,”上个月写道分析师德韦恩日,预期为科学,艺术,文化,政治和空间政策的新地平线任务可能带来的后果。看到“深太空,没有的角落,那里,”在太空评论2015年6月15日

NASA发布空间核动力研究

美国航空航天局发布期待已久的核动力评估研究即探究了在民用太空任务中使用核电在未来20年的前景。

研究的结论是放射性同位素动力系统,已在深空探测已使用了几十年的持续需求,但有一个新的裂变反应堆计划没有迫在眉睫的需求。

177页研究由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室为NASA准备,早在几个月前完成,但是从公开发行由于未指定的暂扣“安全问题”,根据太空新闻。这些担忧可能已涉及建议使用高浓缩铀作为燃料的空间反应堆,或钚-238放射性同位素动力源处理的讨论。

核电可以实现为各种太空任务,因为它提供了紧凑,坚固形成高功率密度。放射性同位素电源(在这种衰变的自然热转换成电)已经到了一些美国空间计划的最大成就的,包括旅行者I和II探针与外太阳系及以后作出了贡献。但是,核反应堆技术在太空使用的开发已经被重复的一系列错误的开始,其中预期的任务要求未能实现的困扰。

“美国已经花费数十亿美元用于太空反应堆项目,已导致了FPS [裂变动力源]中只有一个航班,”NASA的新报告指出。这是对快照任务1965年推出的SNAP 10-A反应堆。它有一个月的操作之后的电气故障和“它仍然在1300公里的高度,‘核安全’的轨道,虽然一定程度的碎片脱落的事件可能发生,”报告说。

空间核电的开发和使用提出了潜在的环境安全和公众健康问题。金博宝正规网址其结果是,美国航天局的报告说,“这可能是审慎更多的时间来建立的开发时间表首先推出了新的空间反应堆。公共利益很可能是大的,并且它是可能的反对可能是巨大的。”

在任何情况下,需要特定的总统批准发射核动力源进入太空的,根据总统指令251977股。

“对于涉及使用RPS [放射性同位素动力源]的任何美国航天飞行任务,放射性同位素供热单位,核反应堆,或主要的核源,发射审批必须从总统办公室获得”该报告指出。

通缉:天文学家用绝密间隙

美国宇航局的轨道詹姆斯·韦伯太空望远镜将成为“下一个十年的总理天文台,服务成千上万的天文学家全球,并在我们的宇宙的历史研究每一个阶段,从宇宙大爆炸后的第一发光发光,能够对维持生命的太阳能系统的形成行星像地球一样,我们自己的太阳系的进化“。

那么,为什么它的导演需要有一个绝密/ SCI安全检查,如在规定职位描述上个月公布的美国就业?

显然,宇宙的奥秘不适合自己,或要求,国家安全分级控制,更不用说签订保密协议或测谎测试。

但在实践中,民用太空计划与国家安全太空计划在多个点,和前中情局分析师艾伦汤森认为未来韦伯主管可能需要一个绝密情报间隙为了参与国家侦察办公室空间技术和操作,例如。

韦伯太空望远镜“将补充和扩展哈勃太空望远镜的发现,具有更长的波长覆盖和大大提高灵敏度,”根据美国国家航空航天局。“较长的波长使韦伯望远镜能够更近距离地观察时间的开端,寻找第一批星系未被观测到的形成,以及观察恒星和行星系统今天正在形成的尘埃云的内部。”

韦伯望远镜预计在2018年发射。

钚是从哪里来的?

新视野上周,我写了一篇关于如何短缺普238可能会影响到外太阳系的探索,但我没怎么讲钚是从哪里来的。毕竟,虽然有微量的天然钚,但肯定不足以为太空探测器提供燃料。所以,这周似乎值得回顾一下在那里我们得到我们的钚,如果仅仅理解为什么美国航空航天局(或DOE)需要数千万美元来生产。

上周期表钚是两个点以上的铀 - 铀为92的原子数(即,它有92个质子)和钚是在94为了使钚我们以某种方式必须两个质子添加至铀原子。出现这种情况的方法是那种很酷的 - 有这取决于对正在生产的钚同位素不同的路线。

使pu - 239在美国,核素用于核武器,这是一个相当简单的过程。天然铀超过99%的U-238,不能很好地裂变。把U-238(至少占反应堆燃料的95%)放在反应堆中间,铀裂变产生的中子在反应堆中沸腾,它会捕获一个中子,然后变成U-239。而U-239则通过发射一个粒子到镎-239而衰变,镎-239又发射出另一个粒子。因为每一次衰变都会把一个中子变成一个质子,所以这两次衰变足以把一个铀原子变成一个钚原子。因此,一个U-238原子吸收一个中子,并在足够长的时间内经历两次衰变(几周左右),就会变成一个Pu-239原子。制造更重的钚核素也同样容易——当Pu-239捕获额外的中子时,它会变成Pu-240、Pu-241、Pu-242,甚至更多。这不仅相当简单,而且在任何运行的核反应堆中都是经常发生的。

OK - 所以我们可以看到简单的中子俘获和耐心,可以给我们的核素钚比铀-238较重,但这真的没有帮助我们,使所需功率航天器的钚-238。使打火机核素是多一点弯路。

记住这一点,通过中子俘获,一个反应器产生普241。事实证明,普241也通过β辐射而衰变,产生AM-241 - 这是在烟雾探测器使用(除其他事项外)的东西。AM-241是α发射体和它衰减到打火机各种镎(NP-237),当受到中子辐照,捕获中子成为N-对238。最后一个转型 - 最后的β衰变 - 是最后一步生产钚-238。这就是为什么钚-238是如此昂贵的 - 使得它需要照射的两个回合(第一长足以产生的钚241),有足够的时间对所有的放射性衰变的转变钚为镅和镅成镎和化学处理的几个步骤以分离所形成的所关注的各种元素。

虽然听起来令人费解(嗯,我猜曲),使钚-238是相当直接的。科学和工程都是众所周知的,完善的,其产量肯定突破没有新的科学或技术理由。但是,政治学...这是另外一回事。

正如我上周提到的,美国的Pu-238生产线在20多年前就关闭了。从那以后,我们一直从俄罗斯购买,但他们有自己的太空计划,而且库存有限。因此,无论美俄国际关系的未来如何,这种选择都不会持续太久。

一个最近的博客通过核观看暗示美国可能能够通过拆除核武器,并通过挖掘到废钢钚-238的库存,以满足其钚-238的需求 - 它指出,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)的文件显示,超过2000台RTG’ worth of the nuclide can be recovered from nuclear weapons alone. But I’m not sure if I can accept this assertion, primarily because putting this nuclide into a nuclear weapon makes absolutely no sense. I can’t comment on the “scraps” of Pu-238 that LANL is said to have lying around, and unfortunately Nuclear Watch didn’t provide a link to the LANL documents they cited, making it difficult to check or to comment further. But if there is a Pu-238 stockpile at LANL it would certainly be nice to tap it for space exploration – not to mention the savings in disposal costs.

另一种方法来使钚-238是在液体氟化物钍反应堆(LFTR) - 的反应器中,使用天然存在的钍(Th-232)繁殖的U 233,其裂变相当不错。附加中子俘获可以把铀233成钚-238,可以从燃料通过化学分离。还有很多更比这个话题,但我涵盖钍反应堆的话题相当彻底去年(第一这些职位的是这个URL,并有三人在同一系列),它也覆盖在钍能源联盟的网站。钍反应堆有很多优点,除了能够生产钚-238,而且这是一项经过研究和测试的技术,但美国没有任何迹象表明会在短期内建造这些反应堆。印度和中国可能会开发大量的钍反应堆系统——但这些国家在未来10年或20年可能做的事情,在未来几年内不会给NASA带来多大帮助。最重要的是,无论钍反应堆在未来的需求上多么有前景,它都不太可能在短期内帮助我们向外太阳系发射更多的宇宙飞船。

因此,这里是我们的立场。美国停止生产运行我们的深空探测所需要的钚-238,我们已经差不多用完了材料的储备。在随后的几年,我们一直在俄罗斯购买钚-238,但更长的时间,将无法使用,留给我们高,干燥。有可能是在材料的下脚料 - 甚至可能是库存 - 在不同的DOE设施,但拆除核武器很可能不会做的工作。从长远来看,钍反应堆周期可能使它成为一个伟大的方式,但这些反应器没有在世界任何地方经营的今天,也没有在短期内建立任何一个美国的计划。这似乎留给我们的只有三个选项 - 重新开始我们的钚-238生产线,找到另一种方法,使(或获得)的材料,或者把自己局限在太阳系内部。正如我上周所说,我真诚地希望大家不要走过去的路线。因此,让我们看看我们能想出 - 让我们希望我们不会离开溶液(和决策)太长。

钚是从哪里来的?出现在ScienceWonk, FAS的博客,收集嘉宾专家和领导人的意见。