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China, Rusia y Estados Unidos están corriendo para poner plantas de energía nuclear en la luna. China y Rusia en mayo acordaron trabajar juntos para completar un reactor nuclear lunar para 2036. En respuesta, el jefe interino de la NASA, Sean Duffy, anunció en agosto que Estados Unidos rápidamente rastrearía a sus reactores nucleares lunar en el primer lugar en el primer lugar en el primer lugar. ¿Y cómo funcionarían? Para averiguarlo, IEEE Spectrum habló con Katy Huff, una ingeniera nuclear y directora del Laboratorio Avanzado de Ciclos de combustible del reactor en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Huff anteriormente se desempeñó como Secretario Asistente de Energía Nuclear en el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). ¿Por qué las organizaciones espaciales más grandes del mundo quieren reactores nucleares en la luna, y qué alimentarían? Katy Huff: Existe un creciente interés en tener una presencia más sostenida de humanos en la luna para el descubrimiento científico. Los recursos como Helium-3, que pueden servir como un combustible de fusión, pueden ser parte de la apelación. La NASA planea construir este tipo de base de exploración lunar a través de su programa Artemis, y China y Rusia están trabajando juntos para construir una llamada Estación Internacional de Investigación Lunar. Cualquier base lunar de este tipo necesitaría absolutamente energía nuclear. Las energías renovables por sí solas son demasiado intermitentes para satisfacer las necesidades energéticas de la vida en la luna. Además, el costo de llevar las cosas a las escamas espaciales por masa, por lo que la densidad de energía inigualable de la fisión de uranio es nuestra mayor oportunidad. ¿Por qué es de repente una carrera? ¿Cuál es la urgencia? Huff: El impulso comenzó con el proyecto de potencia de superficie de fisión en la NASA, que hace unos años solicitó diseños para microrreactores lunares de 40 kilovatios. Se seleccionaron tres diseños y se les otorgó US $ 5 millones cada uno. Desde entonces, China y Rusia han anunciado en al menos tres ocasiones un esfuerzo conjunto para diseñar su propio microrreactor lunar con un objetivo de lanzamiento a mediados de la década de 2030. En respuesta, la NASA está acelerando su cronograma para el reactor estadounidense a 2030 y aumentando la capacidad de potencia objetivo a 100 kW. Sean Duffy ha dicho públicamente que si China y Rusia son los primeros en reclamar una planta de energía lunar, podrían declarar una zona de mantenimiento de facto, limitando las opciones de los Estados Unidos para ubicar su base. Entonces, Estados Unidos tiene como objetivo llegar ante China y Rusia para reclamar una región con acceso al hielo de agua, lo que ayuda a soporte vital a los astronautas. Designar reactores nucleares lunar ¿Cuáles son las consideraciones para diseñar un reactor nuclear para la luna? HUFF: En muy baja gravedad, los fluidos no se comportarán exactamente como lo hacen en la tierra. Por lo tanto, los patrones de circulación para los refrigerantes de fluido del reactor deberán recalcularse. Y los cambios de temperatura a gran temperatura de la luna, que varían cientos de grados de día a otro de la noche, requerirán que el reactor use sistemas que estén más aislados de esos columpios. En la tierra expulsamos el calor de los residuos fácilmente porque hay disipadores de calor térmicamente estables como cuerpos de agua disponibles. ¿Qué tipo de reactor esperas que la NASA elija? Katy Huff se desempeñó anteriormente como secretaria asistente de energía nuclear en el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Katy Huffhuff: Tendría sentido si la NASA eligiera uno de los tres diseños seleccionados previamente para el programa de energía de la superficie de fisión, en lugar de comenzar desde cero. Pero con el exceso de capacidad objetivo, de 40 kW a 100 kW, habrá un poco de rediseño involucrado, porque no solo subes la perilla. Los tres premios fueron para Lockheed Martin/BWXT, Westinghouse/Aerojet Rocketdyne y X-Energy/Boeing. Algunos de ellos están desarrollando microrreactores que se basan en isotrópicos tristructurales [TRISO] Combustible, que es un tipo de combustible de uranio altamente robusto, por lo que esperaría que el reactor lunar se diseñe utilizando eso. Para el refrigerante, no espero que elijan agua, porque las propiedades térmicas del agua limitan el rango de temperaturas que puede enfriarse de manera efectiva, lo que limita la eficiencia del reactor. Y tampoco espero que sea sal líquida, porque puede ser corrosivo, y este reactor lunar debe operar durante 10 años sin intervención. Así que sospecho que elegirán un gas como Helium. Y luego, para la conversión de energía, la directiva de la NASA dijo explícitamente que un ciclo de Brayton cerrado sería un requisito. ¿Cómo sería el transporte y la inicio? Huff: El reactor estaría completamente construido en la Tierra y listo para usar, con el combustible en su lugar. Mi expectativa es que se transportaría con los elementos de control completamente insertados en el reactor para evitar que una reacción en cadena comience durante el tránsito. Una vez en la luna, una secuencia de inicio se iniciaría de forma remota o por los astronautas allí. Las varillas de control se retirarían del reactor, y una pequeña fuente de neutrones como Californium-252 iniciaría la reacción. Un plazo de 2030 se siente bastante apresurado teniendo en cuenta que Estados Unidos no tiene un diseño final para el reactor, ni planes firmes para una base lunar. Esa línea de tiempo parece ambiciosa. Tendremos dificultades para que un reactor de esta escala se despliegue como un prototipo terrestre en los próximos cuatro años y medio. Para entonces, obtener un lanzamiento y en la luna es una receta para finalmente tener que explicar por qué no cumplimos con esa línea de tiempo. Y eso podría ser un problema, reputacionalmente, para la energía nuclear más que la exploración espacial porque la gente ama la NASA. Los niños pequeños y los adultos usan camisetas de la NASA. Nadie lleva camisetas de Doe. Risques de lanzamiento del reactor lunar ¿Cuáles son los riesgos si algo sale mal con el lanzamiento? Huff: Bellamente, el combustible de uranio fresco no presenta un peligro radiológico que lo haría el uranio gastado. Solo después de que se convierta en los productos de fisión es significativamente radiactivo. Entonces, mientras el reactor no funcione antes del lanzamiento, el peligro es bastante bajo. Incluso si el combustible se dispersara sobre la tierra, no representaría un peligro significativo para las personas que lo rodean. Literalmente tengo una muestra de uranio sentado junto a mi escritorio. Además de eso, hay un protocolo de seguridad de lanzamiento robusto ya establecido para cualquier objeto radiológico. La NASA tiene mucha experiencia con esto al enviar generadores termoeléctricos de plutonio, que se parecen más a una batería nuclear, para misiones anteriores. Las cosas han salido mal con algunos de los reactores de fisión lanzados previamente al espacio; ¿Qué les pasó a esos? Huff: Los reactores de fisión más grandes que alguien ha lanzado al espacio fueron los reactores de 5 kW Electric Topaz-I que formaron parte del programa soviético. Uno de ellos tuvo un incidente grave y se separó. Ahora está en alto órbita en pedazos, incluido parte de su refrigerante de sodio, que está flotando allí arriba como esferas de metal líquido. Pero eso no afecta la Tierra porque es una pequeña cantidad de material fuente radiológico a una distancia increíble de la Tierra. El incidente más desafortunado ocurrió con el reactor soviético de Kosmos 954, que, después de operar en órbita, experimentó una reingreso no controlada y se desintegró sobre una franja de territorio canadiense de 600 kilómetros. ¿Qué sucede si un asteroide golpea la luna o golpea directamente el reactor nuclear lunar? Esto podría ser una motivación para usar el combustible de triso. Es muy robusto porque los productos de combustible y fisión se alojan en miles de partículas esféricas de tamaño de semilla de chía que están recubiertas con carburo de silicio. Puede soportar impactos y calor increíbles, mucho más allá de la temperatura de la lava. Las pruebas han demostrado que incluso cuando se someten a un calor de 1.700 ° C durante 300 horas, Triso conserva sus productos de fisión sin fallas. Entonces, en el improbable caso de que haya una colisión muerta con un gran asteroide en el sitio del reactor, los escombros del reactor pueden distribuirse en el polvo de la luna, pero con suerte todas esas pequeñas partículas de triso permanecerán intactos.