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<dc:title>Diseño conceptual de micro-reactores de potencia</dc:title>
<dc:title_english>Conceptual design of nuclear micro-reators</dc:title_english>
<dc:creator>Ruiz, Kevin S.</dc:creator>
<dc:subject>Componentes y consideraciones de diseño de reactores</dc:subject>
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<dc:description>En el presente trabajo se desarrolla el diseño conceptual de un micro-reactor de
potencia, orientado al abastecimiento energético de misiones espaciales.
Los micro-reactores de potencia son compactos, confiables y resilientes, capaces de
suministrar grandes cantidades de energía, por largos períodos de tiempo. El desarrollo
de esta tecnología permitirá extender el alcance de la exploración espacial a niveles
nunca antes alcanzados. Las potenciales aplicaciones de estos reactores incluyen: abastecimiento
de rovers de exploración, sondas interestelares, colonias en Marte, puestos
de avanzada en la Luna, entre otros.
En lo que respecta a los aspectos técnicos, el núcleo se compone de un bloque
cilíndrico de un material moderador con múltiples penetraciones para alojar barras
combustibles y heat pipes refrigerantes. El moderador elegido es Hidruro de Circonio y
como combustible se utilizó una aleación metálica de Uranio-Molibdeno. A diferencia de
la gran mayoría de los diseños de micro-reactores espaciales, se optó por utilizar un enriquecimiento
bajo, en particular 19.75 %. Esto permitiría evitar cualquier inconveniente
político y normativo, en caso de querer adquirir un reactor de estas características.
Durante el proceso de diseño, el reactor fue optimizado para priorizar la minimizaci
ón del peso y una alta confiabilidad de los sistemas. La refrigeración se lleva a cabo
mediante heat pipes de sodio o potasio, y la conversión de energía se efectúa utilizando
generadores termoeléctricos, acoplados a un radiador. Esta combinación proporciona
un alto nivel de confiabilidad, debido a que ambos sistemas son pasivos y con un elevado
grado de redundancia.
La potencia térmica del reactor se fijó en 50 KW y el ciclo de operación en 30 años.
Se estima que la potencia eléctrica de salida alcanzará unos 5 KW, lo cual se considera
suficiente como para alimentar un pequeño hábitat en Marte o un robot de exploración
espacial.
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<dc:description_english>This work presents the conceptual design of a nuclear micro-reactor for space applications.
Nuclear micro-reactors are compact, reliable and resilient energy generators, capable
of supplying large amounts of power, for long periods of time. The development of this
technology will take space exploration to levels never reached before. The potential
applications of these reactors include: powering exploration rovers, interstellar space
probes, colonies on Mars, outposts on the Moon, among others.
Regarding the technical aspects, the core is made up of a cylindrical block of a moderating
material, with multiple penetrations to accommodate fuel rods and cooling
heat pipes. The chosen materials are: Zirconium Hydride for the moderator block, and
Uranium-Molybdenum for the nuclear fuel. In order to avoid any political and regulatory
issue, a low enrichment was considered, in particular, 19.75 %. This represents
a remarkable difference with the vast majority of space micro-reactor designs, which
tend to use 93% enriched nuclear fuel.
During the design process, the reactor was optimized to prioritize weight minimization
and high system reliability. The reactor cooling is carry out by sodium or
potassium heat pipes, and the energy conversion process is achieved by using thermoelectric
generators coupled to radiators. Both systems are passive, highly reliable and
show a high degree of redundancy.
The thermal power of the reactor was set at 50 KW and the operating cycle at 30
years. It is estimated that the electric output will reach around 5 KW, which is enough
to supply a small habitat on Mars or a space exploration robot.</dc:description_english>
<dc:date>2020-07-16</dc:date>
<dc:type>Tesis</dc:type>
<dc:type>NonPeerReviewed</dc:type>
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<dc:identifier>Ruiz, Kevin S. (2020) Diseño conceptual de micro-reactores de potencia / Conceptual design of nuclear micro-reators. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.</dc:identifier>
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