勞斯萊斯太空微型核反應爐+Kilopower + NASA 選擇三間公司來開發月球上使用的核能發電器

[peter]

英將開發新型核燃料球，用於勞斯萊斯太空微型核反應爐
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勞斯萊斯釋出微型核反應爐外觀
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NASA 選擇三間公司來開發月球上使用的核能發電器


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Kilopower  的計畫 要在火星上放核反應爐
https://technews.tw/2017/11/16/nasa-kilopower-nuclear-fission-mars-mission-space-colonial/#more-303930

太空總署（NASA）自 2015 年起啟動名為「Kilopower 」的計畫後，便打算讓核能站在火星能源的舞台中央。現在，該計畫下製造的微型核分裂反應爐將正式送往美國能源部的內華達國家安全區進行一系列評估測試。2030 年，第一批火星科學家將降落在火星地表進行各種實驗開發，但火星上的電力來源是個大問題。火星表面易發生沙塵暴，遮擋太陽光照射；沙塵粒子捲入高空後吸收日光與再輻射會使高層大氣增溫，但使地表降溫，加上火星自轉軸傾角和軌道離心率的長期變化造成氣候長期變遷，讓火星表面的平均溫度比地球低 30 度以上。於這種極端環境下，為了維持殖民火星時所需的能源，美國太空總署（NASA）在 2015 年 10 月祭出了不依賴太陽、小而美的太空核反應爐計畫「Kilopower 」。

該計畫包括了開發各種規格的微型核分裂反應爐，產出電力落在 1~10KW 間不等（美國每戶家庭平均使用 5KW），技術原型動力系統使用固體鑄造的鈾-235 為反應爐爐芯，大小和一個紙巾捲差不多，反應爐產生的熱量透過鈉熱導管傳遞，然後通過高效史特林發動機（Stirling Engine）轉換成電力。

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http://www.chinatimes.com/realtimenews/20171119002804-260408?from=fb_share_mobile

世界核能新聞(world-nuclear-news)報導，迷你反應爐的名稱叫做「千瓦動力」(Kilopower)，就是依照它的功率命名的，它使用低濃度固體鈾235為燃料(7%)、鈉金屬循環傳熱管為熱交換器，利用高效史特林引擎推動交流發動機轉換成電力。由於體積與功率很小，所以核反應後的多餘生成物也不多，大約運作15年只會出現0.12%，而且輻射汙染量也低到可以忽略不計。



 

航太總署正在與美國能源部一起進行測試，測試工作會持續到明年年初，「千瓦動力」將會先進行28小時的全功率測試。首席研究員馬克．吉布森（Marc Gibson）說：「我們即將前往內華達測試中心，那裡會證明這項技術的可行性和安全性，由於反應爐會給太空船使用，所以將是真空室裡測試，在仿太空的條件下操作設備。」




同樣是「千瓦動力」的研究人員，羅斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的負責人派翠克．麥克魯爾(Patrick McClure)說：「這是我們第一回研究太空用的核反應爐，太空反應爐必須提供穩定、高能的電力，使太空船能夠在沒有太陽能的情況下運作，並且還要適應極端惡劣的環境下，比如火星表面。」

雖然有些政治力量在抗拒核能，但是在太空研究領域卻幾乎沒有廢核過，畢竟太空任務需要可靠的、持久的動力源，既可以在太空中進行推進，又可以為實驗裝備提供動力。目前太空用的核能主要是放射性同位素熱電發電機（RTG），簡稱核能電池，它是以鈽238衰變產生的熱能來發電的，早就已經被廣泛用於遠距離行星探測器的動力來源，比如先鋒號、航海家號、伽利略號、卡西尼號、新視野號，與現在火星上到處跑的好奇號。然而，核電池的原材料鈽238是核子武器製作的副產品，隨著美國停止生產核彈，鈽238也就不再增加，目前航太總署只剩幾十公斤，大概再幾次卡西尼號等級的太空任務就會把鈽238全都用盡。

因此航太總署太空技術委員會能源開發組的李伊．梅森(Lee Mason)說：「我們開發千瓦動力也是為將來的太空任務，找到一種比核能電池更好的選擇，核能電池只能供應幾百瓦的電量，但是我們將來要去火星探險，則需要更大的電力。我還希望千瓦動力只是第一步，將來可以演化成數百千瓦、甚至是數百萬千瓦的電力系統，提供給永久型太空基地使用。」

[peter]

http://www.cnbeta.com/articles/science/690887.htm

Kilopower项目是一项旨在开发低成本火星裂变核能系统初步概念和多种技术的项目，它将能维持人类在火星上的长期停留并将成为人类未来任务中众多新技术的其中一个。

眼下，这一项目及相关测试的主要任务就是确定裂变能源是否能够成为火星任务的可行选择，如果不是他们将转向其他方向。

无论最终的能源系统怎么样，未来的长期太空任务中所用的必须是够轻、够小并且能源足够充足。

NASA太空技术任务部门的Steve Jurczyk指出，这个能源系统的小型尺寸意味着未来只需要一个着陆器就能往火星运送多个单元。目前的原型是一个铀-25反应堆堆芯，Jurczyk称，如果一次性能运送多个单元，那么将能提供上万千瓦的电力。截止到现在，科学家们已经对这套系统进行了多项测试并取得喜人的结果。

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https://chinese.engadget.com/2018/01/19/nasa-tests-nuclear-reactor-power-mars-habitat/

[peter]

https://www.cnbeta.com/articles/science/722445.htm

 当地时间周三，NASA和美国能源部国家核安全局(NNSA)带来了最新成功，他们成功地展示了一种微型核反应堆电力系统，未来有朝一日它将可能被应用到月球、火星以及其他星球的长期太空任务中。

这种小型的裂变系统叫Kilopower，它至少能够维持10年的10千瓦电力。NASA指出，如果将几个组合在一起那么将足够建立起一个前哨基地。

Kilopower原型利用了一个只有一个卷纸大小的锻造铀-235反应堆芯，其热量则通过无源钠热管转移到高效的斯特林机中，后者能把热能转换成电能。

NNSA洛斯阿拉莫斯国际实验室的首席反应堆设计师David Poston表示，在测试过程中他们会把所有能扔入反应堆的东西都扔了进去，结果令人欣慰。

[peter]

Akademik Lomonosov

http://www.globalconstructionreview.com/sectors/fluors-nuscale-emerges-cle8ar-f8ro8n8t8r8u8n8n8e8r/
羅蒙諾索夫院士浮動核能發電廠（俄語：Академик Ломоносов）是一艘無自體動力的海上載具，也是俄羅斯第一座浮動的核能發電廠。命名來源是多方面專長的十八世紀俄國學者米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫（Михаи́л Васи́льевич Ломоно́сов）。

羅蒙諾索夫院士浮動核能發電廠長約144公尺（472英尺）、寬30公尺（98英尺），船體重量達21500噸、並有69個人員來操作[9]，兩具修改後的KLT-40S核反應爐可以分別產生35 MW的電力與各150 MW的熱氣

http://www.thedrive.com/the-war-zone/20564/heres-what-we-know-about-russias-new-floating-nuclear-power-plant-heading-to-the-arctic



https://tw.appledaily.com/new/realtime/20180522/1358747

會航行的發電廠

[peter]

迷你核電站 能安裝在卡車上
https://kknews.cc/zh-tw/world/p4zlxzp.html



http://www.globalconstructionreview.com/sectors/fluors-nuscale-emerges-cle8ar-f8ro8n8t8r8u8n8n8e8r/

[peter]

https://technews.tw/2019/08/14/kilopower-nuclear-reactor-mars-radioisotope-thermoelectric-generator/

NASA 的「Kilopower」微型核反應爐可能於 2022 年升空前往火星，實地進行測試。Kilopower 是一個外太空微型核分裂反應爐實驗計畫，由 NASA 與美國國家核能安全管理局於 2015 年 10 月推動施行，外型大概跟冰箱一樣大，但據 NASA 估計，打造火星基地後約需 40KW 才能讓各種設備正常運轉，因此屆時會有 4 座微型反應爐相互連接以產生足夠電力，而第 5 個反應爐維持休眠狀態，萬一其中一座核反應爐發生意外再替補。

在 2017 年 11 月～2018 年 3 月期間，NASA 已將 Kilopower 原型送往國家安全區進行一系列重要測試。現在 Kilopower 專案總監 Patrick McClure 認為，是時候讓這座核反應爐飛出外太空測試。

如果沒有核反應爐，要直接從火星上提取能源成本較高，火星上水資源不足、大氣充滿二氧化碳、溫差變化大，轉換任何一種物質都需要消耗巨大能量。而 Kilopower 核反應爐產生的能量不僅可用來製造供呼吸的氧氣、淨化可飲用的水、幫火星車充電和讓基地維持適宜溫度，也能協助生產由甲烷和液氧製成的推進劑，以讓太空船能重新啟動進入火星軌道。

在 2018 年 3 月的地面測試中，Kilopower 反應爐成功將 30% 核分裂熱能轉化為電能，如此高的效率讓放射性同位素熱電機（radioisotope thermoelectric generator，RTG）相形見絀——RTG 約轉換7% 熱量，在傳統太空探測器中很常見，比如新視野號、好奇號、航海家1 號、航海家 2 號等。

雖然 NASA 目前還未針對 Patrick McClure 的言論發表正式聲明，但若按照理想情況，則 Kilopower 預計可在火星工作 10 年以上，火星基地上的人口用電不必擔心陽光被巨大沙塵暴蒙蔽，或是入夜後用電戰戰兢兢。

[peter]

https://technews.tw/2022/04/10/samsung-heavy-industries-partners-with-danish-nuclear-reactor-supplier/ 

南韓三星重工於日前宣布，已經與緊緻型第四代反應爐- 熔鹽俺應爐 (CMSR) 開發商丹麥的 Seaborg 簽署合作備忘錄，藉 CMSR 的基礎來開發海上核電廠設備。

報導指出，CMSR 可以利用核分裂來進行發電，但不排放二氧化碳。而且，CMSR 基礎所建置的核反應爐比一般的大型核反應爐體積要來得小，加上該款反應爐有很強的穩定性，也就是在反應爐出現異常訊號時，將會以熔鹽混和物將其核反應爐凝固，使得該技術下的反應爐應用範圍很廣。

[peter]

當年核AIP有實際設計的有加拿大跟前蘇聯，大致是用清大那個反應爐那種設計，安全可靠，但推力只能滿足8節無限制航行，要更快要配合電池。蘇聯版的就是前幾年老共炒的熱電子反應爐，大致就拿太空用的熱電子反應爐改到地面用，熱效率13%，傳統PWR33%，不過體積重量可以塞到基洛級而且非常安靜，可以滿足20節的需求，原型艦建造一半冷戰結束停工，十幾年後做完沒有後續艦，直到今天還在服役


加拿大的要去找關鍵字是AP-1000，中文資料要找1980年代的資料，蘇聯的中文簡中之前有

PWR  壓水反應爐是美國貝蒂斯原子動力研究所開發成功的一種輕水核子反應爐


这里有加拿大AMPS400/1000型的参数简表。需要24英尺（7.3米）直径以上的常规潜舰才能装得下。根据使用方式的不同，加一次核燃料至少能够维持1-3年的运作。

https://www.facebook.com/photo.php?fbid=5516848501683139&set=p.5516848501683139&type=3



这里是苏俄VAU-6辅助核反应堆胶囊的示意图，曾经安装在651/E级潜舰上进行测试。不同于AMPS400/1000反应堆需要延长舰体，有可能增加多至数百吨的结构重量，VAU-6胶囊安装在舰体外，只会增重100吨左右。持续功率约600KW


https://zh.m.wikipedia.org/wiki/%E7%83%AD%E7%A6%BB%E5%AD%90%E8%BD%AC%E6%8D%A2%E5%99%A8
熱離子轉換器（英語：Thermionic converter）由熱電極組成，熱電極通過勢能壘的熱輻射向較冷的電極發射電子，從而產生有用的電力輸出。銫蒸汽用於優化電極的功函數，並通過電漿體中的表面電離或電子碰撞電離提供離子以中和電子空間電荷。
只是熱源是核能，前蘇聯有實際運作太空版反應爐，改良在地面操作效果還不錯，不過熱效率還是差PWR一大截很浪費核燃料



https://asia.nikkei.com/Business/Energy/Mitsubishi-Heavy-aims-to-build-reactor-on-a-truck-by-2030s?fbclid=IwAR3GLginpiFv8mExkVLN9TGUwz58rJJcofw96Usdk3PVciJEalFW-XYS93I

Mitsubishi Heavy aims to build 'reactor-on-a-truck' by 2030s

 3*4m大小 40噸重，可以使用貨櫃車拖行，產生 500kw電力



BUT  500KW  滿足一般獵殺區低速巡航跟水母飄時的充電，只是不能高速衝刺，所以才說是除續航力外還是傳統潛艦水準，划不來

AND  

小型核反应堆在内的低功率AIP系统，共同的问题就是只能支持潜舰的低速巡航，接敌时的高速机动依旧需要依赖舰上的电池提供能量，在现有的技术条件下，仅能高速潜航1-2个小时左右。
而在高能量密度的锂电池出现之后，在同样设备重量的情况下，锂电池能够支持潜舰高速潜航15-20小时左右，大大提升了潜舰的水下机动性与接战能力。下图为对苍龙级潜舰使用锂电池前后接战能力的对比。

[peter]

NASA 選擇三間公司來開發月球上使用的核能發電器  ，NASA 與美國能源部選定了洛克希德馬丁、西屋及 IX 三間公司，並各給予了 500 萬美元的經費，開發可以在月球、甚至是未來在火星上使用的小型核能發電器。NASA 開發相關技術已經有至少 14 年的歷史，而現在要準備進入實用化的階段了。
 https://chinese.engadget.com/nasa-doe-nuclear-fission-system-moon-contracts-090049813.html

這些迷你的核電發電器可以穩定產生約 40KW 的輸出，差不多可供 80 戶台灣一般家庭所需，並且基本上可以不需維護地在月球上運轉約 10 年。三個團隊都需結合太空組件和核能方面的能力，因此洛馬將與核能組件供應商 BWXT 及低溫組件製造商合組團隊；自身便是核動力專家的西屋則是將與 Aerojet Rocketdyne 合組團隊；而相對較沒沒無聞的 IX（由 Intuitive Machines 和 X-Energy 兩間新創公司合組）則是找上了 Maxar 和波音合作。三個團隊都有 12 個月的時間提出完整的產品計畫，而 NASA 期望在 2030 年前就能在月球表面實地測試了。

[peter]

https://www.cnbeta.com/articles/science/1284073.htm

[peter]

 中國未來 10Kwe 核電力太空船 探測海王星
  https://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=45&topic=36826.0
  

https://www.eet-china.com/mp/a91594.html
1. KiloPower的发展及特点

2015年，NASA正式立项开展新一代空间核反应堆“KiloPower”的研究工作以满足科学和人类探测任务。该项目包括三项研究内容：
第一是Kilopower原型堆测试;
第二是火星Kilopower系统的概念设计;
第三是Kilopower钛-水热管散热器原型的设计和开发，为未来在国际空间站进行飞行实验做准备。

在第一项研究中，美国能源部洛斯·阿拉莫斯国家实验室(LANL)负责原型堆设计，Y-12国家安全综合体负责堆芯制造，NASA格伦研究中心负责设计和制造Kilopower传热、发电和散热系统，并对这些系统进行电热测试，马歇尔航天中心(MSFC)负责研制用于非核测试的电热反应堆模拟器以及供核测试使用的屏蔽层。原型堆的总装和测试工作在内华达国家安全试验场区进行。  KiloPower共有1kWe和10kWe标准两档设计，其中1kWe KiloPower堆芯燃料为钼铀(UMo)合金、热功率约4kWt，反射层为BeO，由8根钠热管导出堆芯热量，并由8台斯特林发电机产生共1kWe的电功率，16根钛合金/水热管以及附在热管上的辐射翅片构成热排放系统，28V直流输出，寿命15年以上，核燃料燃耗<1%，总重400kg，10m处截面的中子注量为1011个/cm2，γ辐照总剂量设计值100kRad(16年)

10kWe KiloPower堆芯燃料为UMo合金、热功率40kWt，8台1.25kWe斯特林发电机，反射层为BeO，32根钛合金/水热管构成可折叠辐射器，寿命15年以上，核燃料燃耗<1%，总重1500kg，10m处截面的中子通量为1011个/cm2，γ辐照总剂量设计值100kRad(16年)。KiloPower的堆芯由美国Y12国家安全综合体提供，电源系统通过局部的设计变更可覆盖0.5～10kWe电功率范围，1kWe方案系统(参见上图a)质量约400kg，10kWe方案系统(参见上图b)质量约1.5t，设计寿命可达10年以上。

KiloPower反应堆是美国有史以来提出的最简单(或者说简洁)的反应堆概念之一。反应堆在低功率下运行，其燃料、热管、控制、反射层、屏蔽等是较容易实现一体化。低功率使其结构辐照损伤很小，热量导出的要求也很低。唯一的运动部件只有安全棒，安全棒在启动阶段就弹出堆芯，此后全固态的、完全没有运动件的反应堆具有很强的可靠性。

核燃料上，KiloPower反应堆选择了铀钼合金，这主要是因为这是可用燃料中美国唯一研究相对透彻，不再需要大量投入进行前期研究的燃料。而且铀钼合金还有两个理想的优点：高铀装量和高热导率。但是铀钼合金同时也存在两个显著的缺点：相对较低的熔点和高温下与多数材料不兼容的化学不稳定性。铀钼合金的熔化可以通过控制最高温度来避免，但高温带来的软化问题很棘手，必须考虑装载应力甚至重力对燃料带来的影响。

目前，KiloPower的研究团队正在开展其关于空间、外星球表面的适应性试验和设计，以保证KiloPower可以在严酷的外部环境(大温差、火星沙尘等)下稳定工作。
2020年11月2日，美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室(LANL)宣布与空间核动力公司(Space Nukes)签署协议，授予该公司Kilopower空间反应堆技术使用权，目的是使这项技术在未来几年实现商业化应用。

2. 空间应用小型模块化裂变反应堆SMFR

2019年左右，美国USRA(Universities Space Research Association)开始了一项内部研究和开发(IRAD)项目，针对能在月球上使用的“空间应用的小型模块化裂变反应堆(SMFR)”SMFR进行概念研究。IRAD项目的设计特点包括：
    使用NASA的KiloPower设计作为起点;    在月表提供40～150kWe的电力;   无人值守运行至少20年;   
使用U-235丰度小于20%的低浓铀(LEU)U-Mo燃料。
SMFR通过各种可能的能量转换技术，可以为人类和机器人活动任务提供所需的热量和电力。该项目还将研究SMFR设计的哪些方面适用于火星和其他深空任务。通过该项研究，或许能实现在2028年之前开发用于月球上的SMFR，资源充足的话或许更快。

与其他潜在电源相比，SMFR具有明显的优势。尽管光伏系统将在未来的太空电力架构中发挥重要作用，但它们无法在长时间的夜晚(最长可达14个地球日)或在阴影区域发电，这将大大限制月球、火星上设想的大多数应用。类似地，美国使用国外Pu-238燃料运行的 RTG通常仅能提供几百瓦的电力。为了满足深空探索的需求，美国最近才重新启动了 Pu-238的生产，但是生产非常昂贵且缓慢，不足以满足需要多个 RTG的任务。

[peter]

https://technews.tw/2022/03/08/rolls-royce-smr/
2022 年 03 月 08 日

英國將啓動勞斯萊斯微型核反應爐審查

英國首個微型核反應爐 (SMR)，這是可以實現淨零碳排放，具有出口潛力的新技術的一部分。


https://www.cnbeta.com.tw/articles/science/1341611.htm

勞斯萊斯 SMR


该公司还有一个太空部门，昨天它在其社交媒体上分享了一个相当诱人的预告，展示了一个微型核反应堆。如今的核推进，尤其是民用和和平用途的核推进，使用的是低浓缩铀（HALEU），看来劳斯莱斯的发动机也将利用这种燃料。

NASA和DARPA公告的核心信息是，这些机构已经确定了使用核火箭发动机的安全燃料。这些发动机已经存在，并被用于航空母舰和潜艇--主要是由美国军队使用。然而，这些发动机使用的燃料具有高度放射性，也可用于制造武器。自然，这给航空航天的使用带来了复杂的问题，因为风险更大，而且一旦出现问题，造成的困难会比它带来的好处大得多。

罗尔斯-罗伊斯公司是一家也在瞄准建造核反应堆的公司。自2015年以来，它一直在研究一个小型模块化反应堆（SMR），并计划在2029年之前将其投入使用。这个反应堆是英国能源安全战略的一部分，该战略旨在到2030年转向低碳能源。俄罗斯对乌克兰的野蛮入侵在这些发展中起到了决定性的作用，因为由于欧洲能源失衡导致的痛苦的通货膨胀，英国成为受影响最严重的国家之一。

[peter]

小型核反應堆玲瓏一號
https://www.163.com/dy/article/HEDG3G9O0553A42Q.html
https://blog.udn.com/H101094880/178197891