مفاعل شظايا الانشطار

على غرار كيفية توليد صاروخ الشظايا الانشطارية للدفع، يُعد مفاعل الشظايا الانشطارية مفاعلاً نووياً يُولّد الكهرباء عن طريق إبطاء حزمة أيونية من نواتج الانشطار بدلاً من استخدام التفاعلات النووية لتوليد الحرارة . وبذلك، يتجاوز دورة كارنو ، ويحقق كفاءة تصل إلى 90% بدلاً من 40-45% التي يمكن تحقيقها بواسطة المفاعلات الحرارية الفعالة التي تعمل بالتوربينات . تُمرر حزمة أيونات الشظايا الانشطارية عبر مولد مغناطيسي هيدروديناميكي لإنتاج الكهرباء.

تشترك تصاميم مفاعلات شظايا الانشطار عمومًا في عدة مكونات أساسية. تحتوي حجرة المفاعل على وقود نووي ذي مساحة سطحية كبيرة لتسهيل الانبعاث المباشر لشظايا الانشطار والمساعدة في تبريد الوقود. عادةً، إذا استُخدمت أنواع من الوقود قابلة للتحول إلى الحالة الحرجة بدلًا من تلك التي تتحلل طبيعيًا (كما في البطاريات النووية )، يُستخدم مُهدِّئ أيضًا. تقوم مرآة مغناطيسية، مُستحثة بواسطة مجال مغناطيسي محوري ، بتجميع الشظايا في حزمة يمكن إبطاؤها لتوليد الطاقة . يعتمد معدل تباطؤ الجسيمات على طاقتها؛ ونتيجةً لذلك، يمكن أن تُسهم عملية التباطؤ أيضًا في توفير فصل نظائري كمرحلة إعادة معالجة تلقائية . من الممكن معالجة النفايات النووية التقليدية باستخدام مفاعلات شظايا الانشطار .

تضمن تصميم سابق لعلماء في مختبر أيداهو الوطني للهندسة ومختبر لورانس ليفرمور الوطني فكرة تغليف أسلاك كربونية دقيقة بوقود انشطاري. ورغم أن هذا التصميم يتميز بمساحة سطحية كبيرة، إلا أنه لم يكن كافياً لتبديد الحرارة الممتصة أثناء التفاعلات، لذا تم تعديل التصميم بحيث تدور الأسلاك الطويلة داخل قلب المفاعل، مما يتيح لها الوقت الكافي للتبريد.

يتضمن تصميم لاحق من قِبل رودني أ. كلارك وروبرت ب. شيلدون ^{[ 1 ]} استخدام بلازما غبارية من جسيمات نانوية وقودية معلقة كهروستاتيكيًا في قلب المفاعل. يزيد هذا من مساحة السطح بما يكفي للسماح بتبريد إشعاعي فعال. وبما أن الجسيمات تتأين بشكل طبيعي أثناء حدوث الانشطار، فإن التعليق الكهروستاتيكي عملية بسيطة.

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أجرت مختبرات سانديا الوطنية ، ومختبر لوس ألاموس الوطني ، وجامعة فلوريدا ، وجامعة تكساس إيه آند إم، وشركة جنرال أتوميكس أبحاثًا لاستخدام التحويل المباشر لاستخلاص الطاقة من تفاعلات الانشطار. وتتلخص هذه الأبحاث في محاولة استخلاص الطاقة من الحركة الخطية للجسيمات المشحونة الناتجة عن تفاعل الانشطار. ^{[ 2 ]}