Gespräch von Enrico Ferrone mit dem Wissenschaftler Mariano Tarantino, Direktor der Abteilung für nukleare Sicherheit und Nachhaltigkeit von Enea, über den neuesten Stand der Nukleartechnologien, die zum Mond geschickt werden können
Die Nachricht ist nun offiziell: Das Fission Surface Power Project der NASA hat seine erste Entwurfsphase zur Schaffung einer stabilen Energiequelle für zukünftige Mondkolonien erfolgreich abgeschlossen . Und vielleicht Marsmenschen.
Das Programm startete im Jahr 2022, als die Agentur in drei Verträgen 15 Millionen US-Dollar an Industriepartner für die Definition kleiner Kernspaltungsreaktoren für die Platzierung auf dem Mond vergab. Das von der Direktion der Space Technology Mission geleitete Projekt zielt darauf ab, eine sichere, saubere und zuverlässige Kernenergiequelle auf der Mondoberfläche zu nutzen, die insbesondere in der schwierigen Mondnacht benötigt wird.
Eine naheliegende Lösung, wenn Sie sich wirklich vorstellen, an unserem natürlichen Satelliten arbeiten zu wollen und nicht ausschließlich auf Regolithboden herumzutrampeln, um die technologische Leistungsfähigkeit von Ländern zu demonstrieren oder sich eine nicht nachhaltige territoriale Souveränität vorzustellen.
Soweit uns bekannt ist, wurden die amerikanischen Reaktoren mit flexiblen Spezifikationen konzipiert und können auch für kommerzielle Zwecke genutzt werden; Das maximale Gewicht beträgt weniger als sechs Tonnen und die Kapazität zur Erzeugung von 40 Kilowatt Strom – genug, um den Betrieb von Mondhabitaten, Rovern, Backup-Systemen und Forschungsmissionen zehn Jahre lang ohne menschliches Eingreifen zu ermöglichen, wobei strenge Sicherheitsmaßnahmen zu gewährleisten sind insgesamt reibungsloser Betrieb. Nach Angaben der NASA ist die Fertigstellung von Phase 2 für 2025 geplant, sobald die Anforderungen für den Entwurf eines Systems mit geringem Risiko perfektioniert sind. Der Start der ersten Elemente wäre für Anfang der 2030er Jahre geplant.
Obwohl wir schon seit einiger Zeit darüber sprechen, sehen wir in diesen Mitteilungen einen bedeutenden Wendepunkt des Weltraumzeitalters: das Treffen zweier Hochtechnologien. Der Raum , der jetzt zum Erwerb des Lebensunterhalts reif ist, muss Energie produzieren. Und damit neue Grenzen überwinden, wenn es auf dem Markt bleiben und nicht nur „ein Stück Geschichte“ darstellen will, das an die nächste Generation von Wissenschaftlern weitergegeben wird.
Wir hörten die Meinung eines Experten zum Stand der Technik der Nukleartechnologien, die zum Mond geschickt werden können: des Wissenschaftlers Mariano Tarantino, Direktor der Abteilung für nukleare Sicherheit und Nachhaltigkeit von Enea.
Ingenieur Tarantino, ist es technisch möglich, ein Atomkraftwerk auf dem Mond zu installieren?
Unser Ziel ist es, die Machbarkeit eines Weltraumkernreaktors zu demonstrieren, der zwischen 2030 und 2035 Realität werden könnte. Für ein derart ehrgeiziges Ziel müssen jedoch alle bisher verwendeten Systemparadigmen geändert werden. Wenn wir uns ein Atomkraftwerk auf der Erde vorstellen, denken wir sofort an eine Großanlage. Dies ist der erste Punkt, der abgebaut werden muss. Die Abmessungen müssen drastisch reduziert werden und jedes Teil muss transportiert werden können. Kurz gesagt, um ein Kernkraftwerk auf dem Mond zu bauen, muss man an kleine, kompakte und natürlich äußerst zuverlässige Module denken, die auf der Erde zusammengebaut und vor Ort bereitgestellt werden, um dann an einem vorher festgelegten Punkt, wahrscheinlich einem Krater, platziert zu werden und an den Betrieb geschickt. Dazu werden neue Technologien, neue Lösungen und neue Materialien untersucht.
Die zu verwendenden Materialien sind einer der innovativsten Aspekte der gesamten Konfiguration, die auf unserem natürlichen Satelliten geschaffen werden soll. Wie lange dauert es, ein so komplexes System in einer in vielerlei Hinsicht feindseligen Umgebung aufzubauen?
Zweifellos hängt der Zeitpunkt davon ab, was Sie erreichen möchten und wie leistungsfähig das System ist. Die Endmontage muss vollständig automatisiert erfolgen. Und das ist eine weitere Herausforderung.
Aber kann ein Kernkraftwerk ohne die Erdatmosphäre und mit einer Schwerkraft funktionieren, die sich so sehr von der unseres Planeten unterscheidet?
Die Kernspaltungsreaktion selbst wird nicht durch Gravitationseffekte beeinflusst. Denn es handelt sich um eine „starke Wechselwirkung“, die auf der Ebene der Atomkerne stattfindet. Der Einfluss der Schwerkraft liegt auf der Kühlung des Kernreaktors, die auf der Erde mit Wasser, Gas, flüssigen Metallen oder durch Wärmeleitung durch Feststoffe erfolgt; aber auch hier spielt die Schwerkraft keine Rolle. Für den Mond wird eine völlig innovative Lösung untersucht. Der derzeit überzeugendste Weg sind Kerne (der Teil, der den sogenannten Kernbrennstoff enthält) mit kompakten Abmessungen, ohne bewegte Flüssigkeiten, die durch Leitung Energie an Wärmerohre übertragen, eine Technologie, die bereits weit verbreitet für Satelliten und bereits in Fahrzeugen eingesetzt wird räumlich. Was die Atmosphäre betrifft, nutzen Kernkraftwerke keine Verbrennungsphänomene aus und benötigen daher keine Außenluft zur Energieerzeugung. Zur Entsorgung der Wärmeenergie in der Umwelt wird die Abwesenheit von Luft und Wasser durch die Ausnutzung der Strahlung ausgeglichen, dem gleichen Mechanismus, mit dem die Sonne die Erde erwärmt.
Wie stellen Sie sich den Transport des Treibstoffs vor, der für den Betrieb eines Kraftwerks auf dem Mond benötigt wird?
Der Transport von Kernmaterial würde in gekapselten Modulen erfolgen. Im Falle einer Anomalie oder eines Startfehlers in der Atmosphäre sind die Kapseln so konzipiert, dass sie ohne Bruchgefahr zurückfallen und den Inhalt intakt lassen. Wir untersuchen auch, ob die gesamte Ladung in einem einzigen Start oder in mehreren Segmenten gespeichert werden kann.
Wie werden diese Stoffe entsorgt, wenn sie erschöpft sind?
Es ist eine Frage, zu der eine adäquate Entscheidung geprüft wird: So wie der Transport des Materials zum Mond mit Kosten verbunden ist, erfordert auch die Entsorgung außerhalb des Himmelskörpers einen Kostenplan. Eine der Lösungen könnte darin bestehen, die zu entsorgenden Rückstände in einer durch den Regolith entsprechend geschützten Umgebung zu lagern. Für die „gelegentlichen“ Mondbewohner würde der Einsatz keine Gefahr darstellen: Denn die bereits im Weltraum vorhandene kosmische Strahlung verursacht eine viel höhere Hintergrundstrahlung als auf der Erde, abgeschirmt durch die Atmosphäre und ihr Magnetfeld.
Apropos Sicherheit: Was passiert, wenn ein Atomkraftwerk auf dem Mond ausfällt?
Wir müssen klären. Es gibt keine physikalischen Bedingungen, die zu einer unkontrollierten nuklearen Kettenreaktion führen können. Es ist die Physik, die es sagt. Im Falle eines Ausfalls, der niemals die Intensität einer nuklearen Explosion erreichen kann, wirken die Sicherheitsmechanismen auf das System ein und vermeiden jedes Risiko. Die Platzierung der Anlage an einem sicheren und natürlich geschützten Standort würde auch die Sicherheit selbst im Falle einer Freisetzung radioaktiver Stoffe gewährleisten. Darüber hinaus sind Astronauten auf dem Mond, wie wir wissen, bereits mit allen notwendigen Schutzausrüstungen ausgestattet, um sich vor kosmischer Strahlung zu schützen.
Ing. Tarantino. Aber kann Italien bei solch einer komplexen Planung seinen Teil beitragen?
Italien ist kein Nuklearland, es mangelt ihm an einigen grundlegenden Teilen, beispielsweise an Technologien im Zusammenhang mit dem Brennstoffkreislauf. Wenn wir also den Zeitraum 2030–2035 erreichen wollen, müssen wir uns mit europäischen und internationalen Projekten befassen. Es muss jedoch klargestellt werden, dass wir in Italien über Fachwissen im Nukleardesign verfügen und in unserem Forschungszentrum in Bologna ein Design- und Analysezentrum für innovative Nuklearsysteme von internationaler Bedeutung eingerichtet haben. Darüber hinaus verfügen wir in unserem Land über erhebliches Fachwissen in der Entwicklung von Weltraumtechnologien: Die Zusammenarbeit zwischen ENEA und ASI geht in die richtige Richtung, da Italien eine wichtige Rolle bei der Planung und dem Bau eines Weltraumkernreaktors spielen kann.
Damit endet das Gespräch mit Mariano Tarantino. Aus seinen Worten geht hervor, dass Italien fortgeschrittene Studien zu Weltraumanwendungen der Kernenergie gefördert hat. Es ist eine neue Tür, die sich zur Forschung und Anwendung einer faszinierenden Wissenschaft voller Vorurteile öffnet, die das Überleben der Zukunft nicht nur auf unserem Planeten, sondern auch auf den neuen außeratmosphärischen Kontinenten darstellt, die erforscht werden.
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Thu, 08 Feb 2024 12:05:24 +0000 im italienischen Blog Start Magazine unter der URL https://www.startmag.it/energia/energia-nucleare-sulla-luna-che-puo-fare-italia/ veröffentlicht wurde.