Improvements and Safety Analysis on the Technologies of Current Nuclear Power Systems for Remote Places and Outer Space
Melhorias e Análise de Segurança nas Tecnologias Atuais de Sistemas de Energia Nuclear para Lugares Remotos e Espaço Sideral
DOI:
https://doi.org/10.15392/2319-0612.2024.2534Palavras-chave:
Reatores Nucleares Espaciais, Reatores Compactos, Energia Nuclear no EspaçoResumo
Uma nova era de reatores nucleares espaciais está começando. Desenvolvimentos atuais tanto na geração de energia quanto na conversão de energia térmica estão impulsionando novos projetos de reatores. Alguns modelos já foram testados na Terra, e os resultados foram considerados positivos. Este trabalho discute os mais recentes projetos de reatores nucleares espaciais e suas tecnologias circundantes, a fim de propor novas melhorias, expandindo ainda mais sua variedade e possibilidades. O objetivo foi identificar os novos projetos mais promissores e propor atualizações que aumentariam a segurança e o desempenho. Além disso, este trabalho foi realizado no âmbito da análise de segurança dos projetos, calculando e simulando no pacote de software SAPHIRE as consequências da alteração de peças e comparando a confiabilidade de cada configuração possível. Ao final, discute-se quais dos projetos são considerados melhores para novos projetos espaciais envolvendo sistemas de energia nuclear. O trabalho também leva em conta novas tecnologias que não estavam disponíveis durante o desenvolvimento dos projetos mais antigos. É possível concluir que o assunto é muito denso e que existem vários aspectos diferentes que devem ser levados em conta ao escolher o reator nuclear espacial ideal para cada missão, programa e país. Quatro diferentes conceitos de projeto foram propostos, alterando as peças de projetos conhecidos. Dois deles simplesmente mudando os sistemas conversores do modelo KRUSTY da NASA, e dois reatores espaciais baseados em reatores de sal fundido. Todos eles usando os sistemas KRUSTY como base, pois é o mais bem documentado em termos de análise de segurança. As propostas baseadas no KRUSTY foram menos eficientes, alcançando de 0,6 a 0,8 kWe, mas sendo ainda mais confiáveis, em um dos casos duas vezes mais. As propostas baseadas no reator de sal fundido foram mais abertas, e as estimativas devem ser consideradas cuidadosamente. A potência elétrica para as duas propostas de reator de sal fundido variou de 60 a 75 kWe, e sua confiabilidade foi comparável ao KRUSTY. Mesmo sendo apenas uma abordagem teórica inicial, este trabalho conseguiu propor novos projetos e destacar seus aspectos de segurança em relação aos conhecidos. É provável que os dados sejam refinados no futuro, e os resultados são promissores.
Downloads
Referências
[1] McCLURE, P. R.; POSTON, D. I.; GIBSON, M. A.; MASON, L. S.; ROBINSON, R. C. Kilopower Project: The KRUSTY Fission Power Experiment and Potential Missions. Nucl Technol, vol. 206, n. sup1, p. 1-12, Jun. 2020, doi: 10.1080/00295450.2020.1722554.
[2] GIBSON, M. A.; POSTON, D. I.; McCLURE, P.; GODFROY, T. J.; BRIGGS, M. H.; SANZI, J. L. Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY) Nuclear Ground Test Results and Lessons Learned. United States of America, Oct. 2018. Accessed: February 04, 2024 [Online]. Available: http://www.sti.nasa.gov
[3] International Atomic Energy Agency. The Role of Nuclear Power and Nuclear Propulsion in the Peaceful Exploration of Space. Vienna, Austria, 2005.
[4] YARYGIN, V. I.; SIDELNIKOV, V. N.; MIRONOV, V. S. ENERGY CONVERSION OPTIONS FOR NASA’S SPACE NUCLEAR POWER SYSTEMS INITIATIVE-UNDERESTIMATED CAPABILITY OF THERMIONICS, Obninsk, Russian Federation, September 2004.
[5] 5. SALVADOR, J. R. et al. Conversion efficiency of skutterudite-based thermoelectric modules. Phys. Chem. Chem. Phys, vol. 16, p. 12510–12520, May 2014, doi: 10.1039/c4cp01582g.
[6] DHILLON, B. S. Safety, Reliability, Human Factors, and Human Error in Nuclear Power Plants. Ottawa, Canada: Taylor & Francis Group. LLC, 2018
[7] SAPHIRE | Home. Accessed: February 04, 2024 [Online]. Available: https://saphire.inl.gov/#/#about
[8] DE OLIVEIRA, J. J.; PHYSICS››, T.; SAMOKHIN, D. S. Improvements and Safety Analysis on the Technologies of Current Nuclear Power Systems for Remote Places and Outer Space, Master of Science Dissertation, IATE NRNU MEPHI, Obninsk, Russian Federation, 2023.
[9] M. Gibson and P. Schmitz, “Higher Power Design Concepts for NASA’s Kilopower Reactor,” p. 2-8. Cleveland, United States of America, 2020.
[10] Tingjun W., Peng G., “Development of Perovskite-Type Materials for Thermoelectric Application”. Materials. Basel, Switzerland, 2018
[11] Shanghai Institute of Applied Physics, “Thorium Molten Salt Reactor Energy System (TMSR) Program Update,” in Generation IV International Forum, pp. 10–19.
[12] Homepage - Radiant Nuclear. Accessed: February 04, 2024 [Online]. Available: https://www.radiantnuclear.com/
[13] TOMASWICK, A. An improved radioisotope thermoelectric generator could dramatically reduce the weight of interplanetary missions. Phys.org. Accessed: February 04, 2024 [Online]. Available: https://phys.org/news/2023-08-radioisotope-thermoelectric-generator-weight-interplanetary.html
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Categorias
Licença
Direitos autorais (c) 2025 Julio de Oliveira Jr., Dr D. S. Samokhin
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Declaro que o presente artigo é original, não tendo sido submetido à publicação em qualquer outro periódico nacional ou internacional, quer seja em parte ou em sua totalidade. Declaro, ainda, que uma vez publicado na revista Brazilian Journal of Radiation Sciences, editada pela Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, o mesmo jamais será submetido por mim ou por qualquer um dos demais co-autores a qualquer outro periódico. Através deste instrumento, em meu nome e em nome dos demais co-autores, porventura existentes, cedo os direitos autorais do referido artigo à Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, que está autorizada a publicá-lo em meio impresso, digital, ou outro existente, sem retribuição financeira para os autores.
Licença
Os artigos do BJRS são licenciados sob uma Creative Commons Atribuição 4.0 Licença Internacional, que permite o uso, compartilhamento, adaptação, distribuição e reprodução em qualquer meio ou formato, desde que você dê o devido crédito ao (s) autor (es) original (is) e à fonte, forneça um link para a licença Creative Commons, e indique se mudanças foram feitas. As imagens ou outro material de terceiros neste artigo estão incluídos na licença Creative Commons do artigo, a menos que indicado de outra forma em uma linha de crédito para o material. Se o material não estiver incluído no licença Creative Commons do artigo e seu uso pretendido não é permitido por regulamentação legal ou excede o uso permitido, você precisará obter permissão diretamente do detentor dos direitos autorais. Para visualizar uma cópia desta licença, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
