6~7개 국가와 동맹이 21세기 우주 강국으로 인정받기 위해 경쟁하며 달에 새로운 세대의 착륙선과 탐사선을 건설하기 위해 서두르는 등 새로운 우주 경쟁이 진행되고 있습니다. NASA는 달 표면에 영구적인 인간 존재를 확립하겠다는 약속을 이행하기 위해 준비하고 있습니다.영국 우주국 계약에 따라 웨일스의 Bangor University는 2030년까지 미래의 유인 달 전초 기지에 전력을 공급할 롤스로이스 마이크로 원자로용 새로운 핵 연료를 개발하고 있습니다.
장기간의 임무를 시작하거나 달에 영구 전초 기지를 구축하는 데 주요 장애물은 낮 온도가 250°F(120°C)에서 -208°F(-130°C)로 떨어지는 14일 동안의 긴 달밤입니다. 영하의 추위와 어둠의 조합은 기계와 전초기지가 작동은커녕 생존하려면 원자력 시스템에 의존해야 한다는 것을 의미합니다. 실제 작업을 수행해야 하는 모든 경우에는 무선 열 발생기보다는 원자로를 의미합니다.
이 원자로는 연료봉에 의존하는 지구에서 사용되는 대형 기존 원자로와 다릅니다. 대신, 그들은 소위 TRISO 입자 연료를 사용하는 매우 작은 공장 건설 원자로가 될 것입니다.
TRISO 연료는 연료봉 대신 당구공 크기의 연료 알갱이를 사용하는 페블베드 원자로 연료의 변형입니다. Bangor TRISO 연료가 다른 점은 연료 알갱이가 양귀비 씨 크기로 줄어들었다는 것입니다. 이 연료 펠릿은 3D 프린팅 기술을 통해 농축 우라늄, 탄소 및 산소로 만들어지며, 우라늄 코어는 탄소와 세라믹 층으로 밀봉되어 있습니다.
연료봉과 달리 이러한 연료 입자는 매우 강하고 매우 높은 온도를 견딜 수 있으며 중성자 조사, 부식 및 산화로 인한 손상에 저항할 수 있습니다.
Bangor University의 핵 재료 교수이자 Nuclear Futures Institute의 공동 소장인 Simon Middleberg가 이끄는 Bangor University는 Rolls-Royce와 같은 회사에서 개발 중인 달 원자로에 적합한 TRISO 연료를 개발하고 있습니다. 이는 동력로뿐만 아니라 미래의 핵 추진 시스템에도 사용될 수 있습니다.
TRISO 연료로의 중요한 점은 설계가 상대적으로 단순하고 냉각수 시스템 위 라디에이터 우산 그늘 아래에 놓는 것만으로 공냉식을 할 수 있다는 점이다. 더 높은 온도에서 작동함으로써 이 원자로는 기존의 가압경수형 원자로보다 더 효율적입니다.
작동 중에 연료 입자는 원자로 상단으로 공급됩니다. 연료가 다 소모되면 바닥으로 이동하여 사용후 연료가 제거됩니다. 반응기 온도가 높기 때문에 반응이 너무 격렬하면 상승하는 열로 인해 반응이 억제되고 반응기가 안전한 수준으로 돌아갑니다.
Middleberg는 "이 프로젝트는 핵미래연구소(Nuclear Futures Institute)의 핵연료 전문지식을 가장 흥미로운 응용 분야 중 하나인 우주 탐사에 적용할 것"이라고 말했습니다. "낮과 밤이 있는 달과 행성에서 우리는 더 이상 에너지를 태양에 의존할 수 없습니다. 따라서 작은 마이크로 반응기와 같은 시스템은 생명을 유지하도록 설계되어야 합니다. 원자력은 현재 우리가 우주로의 장거리 여행에 전력을 공급할 수 있는 유일한 방법입니다. 연료는 내구성이 뛰어나고 발사 충격을 견딜 수 있어야 하며 수년 동안 안정적으로 작동해야 합니다."
"원자력 미래 연구소의 뛰어난 과학자와 엔지니어들은 이러한 도전에 맞서고 있지만 앞으로는 더 많은 것이 필요할 것입니다. 우리는 이 대학의 새로운 공학 전공이 이러한 흥미로운 연구 개발 분야에서 경력을 쌓기를 원하는 학생들에게 많은 흥미로운 기회를 제공할 수 있기를 바랍니다."