Une nouvelle course à l’espace est en cours, avec six ou sept pays et alliances rivalisant pour être reconnus comme une puissance spatiale du 21e siècle alors qu’ils se précipitent pour construire une nouvelle génération d’atterrisseurs et de rovers sur la Lune. La NASA se prépare à tenir sa promesse d’établir une présence humaine permanente sur la surface lunaire.Dans le cadre d'un contrat avec l'Agence spatiale britannique, l'Université de Bangor, au Pays de Galles, développe un nouveau combustible nucléaire pour un microréacteur Rolls-Royce qui alimentera un futur avant-poste lunaire habité d'ici 2030.
Un obstacle majeur au lancement d’une mission de longue durée ou à l’établissement d’un avant-poste permanent sur la Lune est la nuit lunaire de 14 jours, lorsque les températures diurnes chutent de 250°F (120°C) à -208°F (-130°C). Cette combinaison de froid glacial et d’obscurité signifie que les machines et les avant-postes doivent s’appuyer sur des systèmes d’énergie nucléaire pour survivre, et encore moins pour fonctionner. Pour tout ce qui doit réellement fonctionner, cela signifie des réacteurs nucléaires plutôt que des générateurs thermiques sans fil.
Ces réacteurs diffèrent des grands réacteurs conventionnels utilisés sur Terre qui reposent sur des barres de combustible. Au lieu de cela, il s’agira de très petits réacteurs construits en usine utilisant ce que l’on appelle le combustible à particules TRISO.
Le combustible TRISO est une variante du combustible pour réacteur à lit de galets qui utilise des pastilles de combustible de la taille d'une boule de billard au lieu de barres de combustible. Ce qui différencie le carburant Bangor TRISO, c'est que les pastilles de combustible sont réduites à la taille d'une graine de pavot. Ces pastilles de combustible sont fabriquées à partir d'uranium enrichi, de carbone et d'oxygène grâce à la technologie d'impression 3D, le noyau d'uranium étant scellé dans des couches de carbone et de céramique.
Contrairement aux barres de combustible, ces particules de combustible sont très résistantes et peuvent résister à des températures très élevées et aux dommages causés par l'irradiation neutronique, la corrosion et l'oxydation.
Dirigée par Simon Middleberg, professeur de matériaux nucléaires et codirecteur du Nuclear Futures Institute de l'Université de Bangor, l'Université de Bangor développe le combustible TRISO adapté aux réacteurs lunaires développés par des sociétés telles que Rolls-Royce. Il pourrait être utilisé non seulement dans les réacteurs de puissance mais également dans les futurs systèmes de propulsion nucléaire.
L'important à propos du réacteur à combustible TRISO est que sa conception est relativement simple et qu'il peut être refroidi par air simplement en le plaçant à l'ombre d'un radiateur au-dessus du système de refroidissement. En fonctionnant à des températures plus élevées, ces réacteurs sont plus efficaces que les réacteurs à eau sous pression traditionnels.
Pendant le fonctionnement, des particules de combustible sont introduites dans la partie supérieure du réacteur. Lorsque le combustible est épuisé, il migre vers le fond et le combustible usé est évacué. Étant donné que les températures du réacteur sont élevées, si la réaction est trop violente, la chaleur croissante inhibera la réaction et ramènera le réacteur à un niveau sûr.
"Ce projet utilisera l'expertise de notre Nuclear Futures Institute en matière de combustibles nucléaires et l'appliquera à l'une des applications les plus passionnantes : l'exploration spatiale", a déclaré Middleberg. "Sur la Lune et sur les corps planétaires, avec le jour et la nuit, nous ne pouvons plus compter sur le soleil pour l'énergie, c'est pourquoi des systèmes tels que les petits microréacteurs doivent être conçus pour maintenir la vie. L'énergie nucléaire est le seul moyen dont nous disposons actuellement pour alimenter de si longs voyages dans l'espace. Le combustible doit être très durable, capable de résister à l'impact du lancement et de fonctionner de manière fiable pendant de nombreuses années."
« Les scientifiques et ingénieurs exceptionnels de l'Institut pour l'avenir du nucléaire relèvent ce défi, mais il en faudra bien d'autres dans les années à venir, et nous espérons que la nouvelle spécialisation en ingénierie de l'université offrira une multitude d'opportunités passionnantes aux étudiants qui souhaitent poursuivre une carrière dans ces domaines passionnants de la recherche et du développement.