Die NASA hat die erste Phase der im November begonnenen Tests ihres Kilopower-Reaktorsystems erfolgreich abgeschlossen. Der Test des »KRUSTY« (Kilowatt Reactor Using Stirling TechnologY) genannten Reaktorprototypen in einer Vakuumkammer bestätigte das berechnete reaktorphysikalische und thermodynamische Verhalten des Systems.

KRUSTY ist der erste Kernreaktor der NASA, der seit den 1960er Jahren in kritischem Zustand getestet wurde, also mit einer selbsterhaltenden Kettenreaktion.^{1, 2}

Der Prototyp wurde für die ersten Tests noch ohne Generatoren betrieben. In der nächsten Testreihe, die im März starten soll, wird der Reaktor mit Stirlinggeneratoren gekoppelt und soll damit erstmals Strom produzieren.

Der Kilopower-Reaktor

Das Kilopower-Reaktorkonzept besitzt einen zylindrischen Reaktorkern aus einer Uran-Molybdän-Legierung mit einer axialen Bohrung, in welche ein Abschaltstab eingeführt werden kann.

Der Reaktorkern ist mit einem oberen, unteren und radialen Neutronenreflektor aus Berylliumoxid umgeben. Zwischen Kern und Reflektor befinden sich einige natriumgefüllte Hochtemperatur-Wärmerohre, welche die im Kern frei werdende Wärme durch einen biologischen Schild aus Lithiumhydrid und Wolfram oder aus abgereichertem Uran abführen und an Stirlingmotoren weiterleiten. Diese sind als Freikolbenmotoren mit integrierten elektrischen Lineargeneratoren ausgeführt. Als Wärmesenke der Stirlinggeneratoren dienen Radiatoren mit wassergefüllten Wärmerohren, welche die Abwärme in den Weltraum abstrahlen.³

Der Reaktor kann Raumschiffe und Raumsonden unabhängig von der Sonne mit Energie versorgen. Im Gegensatz zu Radionuklidbatterien, die bisher auf solchen Missionen eingesetzt wurden, bei denen der Einsatz von Solarenregie ungünstig war, ist der Kilopower-Reaktor nicht auf das knappe Plutonium-238 als Energiequelle angewiesen. Er kann auch mehr Energie zur Verfügung stellen. Während Radionuklidbatterien typischerweise nur einige hundert Watt elektrische Leistung liefern, sind Kilopower-Modelle mit 500 W bis 10 kW elektrischer Leistung möglich, mit einem etwas abgewandeltem Aufbau sogar 40 kW und mehr.⁴

Anwendungsszenarien umfassen die Energieversorgung von Raumsonden im äußeren Sonnensystem, insbesondere auch von Raumsonden, die mit energiehungrigen Systemen wie Ionentriebwerken oder leistungsstarken Radaranlagen ausgestattet sind, sowie bemannte Basen auf dem Mond oder auf dem Mars.

Quellen:

1. Raumfahrt: Renaissance der Kernspaltungsreaktoren, Dominic Wipplinger, Nuklearia, 2017-09-18
2. »Ein Kernreaktor für Raumsonden«, Frank Wunderlich-Pfeiffer, Golem.de, 2017-12-08
3. NASA Kilopower overview and mission applications, Lee Mason, NASA, 2018-01-18
4. The Fission System Gateway to Abundant Power for Exploration, NASA, 2018-01-11

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