Nuklearreaktor auf dem Mond

Die Zeit ist Quatsch, Reaktoren sind es per se nicht. Was gâbe es denn sonst in der 14 tägigen Mondnacht?

Batterien halt, so wie immer.
Wie groß sind eigentlich die Radiatoren, die auch kleine Kernreaktoren auf dem Mond benötigen? Die neuen Heatpipe-Studien lösen ja nicht das generelle Problem, daß am Ende trotzdem ganz viel Wärme irgendwo weg muss, und auf dem Mond gibts halt weder Luft noch Flüsse und Meere.
Wenn die Radiatoren ähnlich flächen-aufwendig wie PV Panele sind, dann hat sich das zumindest für den Mond wohl eh erledigt.
@Tomtom: Guter Punkt, aber zumindest dieser Beitrag soll nicht primär über Alternativen handeln, sondern nur den Sinn von Kernreaktoren auf dem Mond anzweifeln.

Wie groß sind eigentlich die Radiatoren, die auch kleine Kernreaktoren auf dem Mond benötigen? Die neuen Heatpipe-Studien lösen ja nicht das generelle Problem, daß am Ende trotzdem ganz viel Wärme irgendwo weg muss, und auf dem Mond gibts halt weder Luft noch Flüsse und Meere.

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, komme ich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz auf ca. 4000 m² (100 MW Thorium-Flüssigsalzreaktor mit 600°C Temperatur bei einer Mondtemperatur von 130°C) am Tag. In der Mondnacht würden 500 m² reichen. Allerdings könnte ein Problem sein, dass besonders am Tag von oben die Sonne draufknallt und von unten der Mondboden Hitze abstrahlt.
Bei kleineren Reaktoren würde natürlich weniger Radiatorenfläche benötigt, aber die müssen ja kritisch sein, d.h. beliebig klein wird man die nicht bauen können.
Die technische Umsetzung wird allerdings eine Herausforderung: am Tag darf das Ding nicht zu heiß werden (negativer Temperaturkoeffizient - die Leistung sinkt mit steigender Temperatur) und in der Nacht nicht zu kalt (das Salz erstarrt). Und das alles möglichst wartungsfrei.

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, komme ich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz auf ca. 4000 m²

Das ist ja mal eine Hausnummer!
Wenn ich mich nicht meinerseits verschätze, wäre das deutlich mehr als alle PV-Module der ISS zusammen (alte und neue), die eine vergleichbare Energiemenge zur Verfügung stellen.
Und da auch auf der Erde PV-Strom nur noch einen Bruchteil von dem kostet, was eine optimistische Schätzung für SMRs/GenIV gibt (gestern Schlagzeile: PV-Module billiger als Zaunelemente -> Gartenzaun aus PV), bleibt nur noch eine Frage:
Warum?

Vorläufig sprechen sie ja nur von einem 100kW Reaktor und wohl auch nicht von einem "Thorium-Flüssigsalzreaktor".

Bin bei weitem kein Fachmann auf diesem Gebiet aber es gibt da einige Veröffentlichungen zu den Micro-Reaktoren von Westinghouse und diese Firma wurde ja in den USA schon vor Jahren mit der Entwicklung eines Reaktors für den Mond beauftragt.
Westinghouse entwickelt da inzwischen den AstroVinci Microreaktor mit 100 kW, die Heatpipes und den LFR (Lead-cooled Fast Reactor). Keine Ahnung, wie weit sie mit der Entwicklung sind, ob dies alles mal auf dem Mond zum Einsatz kommt und wie sinnvoll das Ganze überhaupt ist, aber jedenfalls wird wohl fleißig dran gearbeitet.
Da neben der staatlichen und privaten Raumfahrt nun schon seit Jahren auch das Militär ein reges Interesse an diesen Reaktoren zeigt, wird wohl der Finanzierung nicht viel im Wege stehen. Inwiefern das dann (wieder) "rausgeschmissenes Geld" ist, wird sich erweisen.

https://www.nuklearforum.ch/de/news/fortschritte-beim-evinci-Mikroreaktor-von-westinghouse    vom März 2023!

https://westinghousenuclear.com/energy-systems/astrovinci-microreactor

https://westinghousenuclear.com/energy-systems/lead-cooled-fast-reactor

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Nuclear_microreactor

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Small_Modular_Reactor

Zitat von: thunder5 am 07. August 2025, 09:41:55

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, komme ich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz auf ca. 4000 m²

Das ist ja mal eine Hausnummer!

Ich habe extra 100 MW als Beispiel genommen, weil in dieser Größenordnung schon gearbeitet wurde und auch bereits Entwicklungen in diese Richtung gehen. Die Flüssigsalzreaktoren hätten auch den Vorteil, Störfall-unkompliziert zu sein (kein thermisches durchgehen, mögliche Selbstabschaltung bei Kühlausfall, Kontamination der Umgebung mit Radioaktivität sehr unwahrscheinlich usw.). Wenn es nach mir ginge, würde ich diesen Reaktortyp unbedingt bevorzugen.
Bei dem eVinci-Microreaktor von Westinghouse (der ein normaler Siedewasserreaktor sein soll) sollen es 15 MW thermische Leistung sein (5 MW elektrisch), dies ergäben dann mit derselben Rechnung schon überschaubare 600 m² Radiatorfläche. Dieser ließe sich wohl kurzfristig realisieren.
Den astroVinci gibt es aber noch nicht, die Entwicklung wird dauern.
Wenn sich die Technik durchsetzt, wäre das auf dem Mond vielleicht sinnvoll (im sonnenferneren Raum auf jeden Fall). Aber wohl kaum in einem Zeitrahmen kürzer als 20 Jahre. Bis dahin wird man mit PV+Batterie auskommen müssen.

Ja, das macht Sinn.

Aber wohl kaum in einem Zeitrahmen kürzer als 20 Jahre. Bis dahin wird man mit PV+Batterie auskommen müssen.

Und bis dahin könnte man mit dem gleichen Kostenaufwand - wir reden von hunderten Milliarden! - auch ein sichereres, leistungstärkeres, nahezu abfall- und strahlungsfreies sowie moderneres Fusionskraftwerk entwickeln. Gerade für den Mond voll Helium-3. Das wäre nicht nur für die Raumfahrt sehr viel sinnvoller, sondern für alle Anwendungen, insbesondere irdisch.
Aber da ist die Spaltungslobby davor...

Aber da ist die Spaltungslobby davor...

Wird wohl der Grund sein, warum wir noch keine Fusion haben.
Ist doch immer so: wenn Du eine Goldmine (Ölquelle) hast und jemand anders den Stein der Weisen (PV, Elektromobilität, usw.) erfunden hat, wirst Du alles tun, seine Idee zu blockieren oder verzögern.

Wo wollt ihr mit dieser Diskussion hin, ins Sommerloch.

Zitat von: Gecko. am 07. August 2025, 14:22:22

Aber da ist die Spaltungslobby davor...

Wird wohl der Grund sein, warum wir noch keine Fusion haben.
Ist doch immer so: wenn Du eine Goldmine (Ölquelle) hast und jemand anders den Stein der Weisen (PV, Elektromobilität, usw.) erfunden hat, wirst Du alles tun, seine Idee zu blockieren oder verzögern.

Schmaler Grat zwischen Verschörungstheorie und plausibler Möglichkeit.
Leider haben sich ja diverse ursprünglich als solche abgestempelte Vorstellungen als wahr herausgestellt, von der Grund-für-den-Golfkriegs-Lüge bis zur Klimawandel-Leugner-Kampagne der Ölmultis (die jetzt gerade das Plastikabkommen torpedieren). Das alles hat Vertrauen zerstört, in Politik und Konzerne, und es würde mich doch sehr wundern, wenn die Atomlobby, die ja auch bei uns jahrelang behauptet hat, Wind und Sonne würden nie einen nennenswerten Anteil an der Energieversorgung haben und jetzt die Panik vor "Dunkelflaute" schüren, nicht auch für Minireaktoren, ob terrestrisch oder lunar, politisch aktiv werden.

So, zurück zum Thema: Ja, dass Du 100MW genommen hattest, war mir beim ersten Lesen entgangen.
Dass die Thorium-Flüssigsalz-Dinger nicht durchgehen können, hätte ich in meine Liste auch noch übernehmen können. Nicht nur, weil eine Kernschmelze unmöglich ist, da der Brennstoff ja schon flüssig ist
Zumal bei einem Reaktor, der auf dem Mond autark stehen muss und keine Hundertschaft Techniker dabei hat, um so wichtiger.
Ich hätte gern keinen der möglichen Reaktoren, weder hier noch auf dem Mond, aber wenn es sich nicht vermeiden lässt, dann am ehesten Flüssigsalz.

Hiernach ist das alles Geopolitik und ein 100 kW Reaktor nur der allererste kleine Schritt.
"Das wichtigste ist das Bereitstellen von power (Energie) und die Chinesen/Russen sitzen uns im Nacken"
Auch einige wichtige Reaktor-Hersteller werden aufgeführt und kurz auf unterschiedliche Programme wird eingegangen.

Einwurf von mir, ich denke wir müssen uns loslösen von klassischen Reaktoren.
Ich denke da eher an so was, skaliert nach oben.

Veröffentlicht am 25.01.2018   

Der Prototyp wurde für die ersten Tests noch ohne Generatoren betrieben. In der nächsten Testreihe, die im März starten soll, wird der Reaktor mit Stirlinggeneratoren gekoppelt und soll damit erstmals Strom produzieren.

https://nuklearia.de/2018/01/25/nasa-testet-erfolgreich-neuen-kilopower-reaktor/

Während Radionuklidbatterien typischerweise nur einige hundert Watt elektrische Leistung liefern, sind Kilopower-Modelle mit 500 W bis 10 kW elektrischer Leistung möglich, mit einem etwas abgewandeltem Aufbau sogar 40 kW und mehr.

Das Grundprinzip finde ich interressant.
Mit dem Sterlingmotor.

Ja. Ich meinte mit meiner Formulierung zur Zeit den Umsetzungszeitraum. Es sei denn, man ist schon weiter als bekannt.
Also Akkus als Überbrückung.Klingt auch schwer und groß. Das mit dem Fusionskraftwerk würde mir definitiv am Besten gefallen. Da könnte man dann auf der Erde auch gleich die Landschaften von ihren technologischen Einbauten "befreien". Leider waren sich da in den letzten Jahrzehnten Öl- und Ökolobby einig, sowas nicht zu wollen.

Warum ein vollständiger Reaktor ohne nennenswerte Verbraucher sinnvoll? Eine Radionuklidbatterie wäre doch viel sinnvoller, um eine winzige Station zu heizen?

Es sei denn die Mondstation würde militärisch genutzt werden. Damit hätte man zur nuklearen Bewaffnung einen Reaktor als Plutonium-239-Fabrik

Warum ein vollständiger Reaktor ohne nennenswerte Verbraucher sinnvoll?

Das ist das berühmte "Henne-Ei-Problem". Aber das löst sich ja von ganz alleine, man muss nur anfangen. Ist die Energiequelle erstmal vorhanden, können Energieverbraucher folgen.

Zudem:

Eine Radionuklidbatterie erzeugt nur sehr wenig Strom mit miesem Nutzungsgrad, das ist was für Raumsonden, nicht sinnvoll für eine Mondstation. Wärme, ok.

Plutoniumbrüten: Ist Dir klar, was für großtechnische Anlagen auf der Erde nötig sind, um Plutonium aus Kraftwerken zu holen, aufzuarbeiten, anzureichern, daraus Bomben zu bauen, ... Von den Trägern ganz zu schweigen, die dann völlig unnötig auch noch erst das Mondschwerefeld überwinden müssten, um Tage später ein Ziel zu erreichen...  Sowas auf dem Mond geht noch viele Jahrzehnte nicht und macht zudem wenig Sinn, erst recht nicht strategisch.

Woher kommt der Notstrom für den Reaktor, der die Kühlung auch dann 24/7 betreiben kann, wenn der Reaktor mal aus ist?

Monderne Reaktorkonzepte  - v.a. für SMRs - brauchen für diese Nachkühlung überhaupt keinen Notstrom, weil sie sich völlig passiv durch Naturzug o.Ä. unbeschränkt selbst kühlen müssen können. Das ist für Reaktoren der 4. Generation und für SMRs laut IAEA unbedingte Bedingung. Die Technik entwickelt sich halt auch immer weiter und bleibt nicht stehen.

Zitat von: Hugo am 06. August 2025, 17:19:01

Woher kommt der Notstrom für den Reaktor, der die Kühlung auch dann 24/7 betreiben kann, wenn der Reaktor mal aus ist?

Monderne Reaktorkonzepte  - v.a. für SMRs - brauchen für diese Nachkühlung überhaupt keinen Notstrom, weil sie sich völlig passiv durch Naturzug o.Ä. unbeschränkt selbst kühlen müssen können. Das ist für Reaktoren der 4. Generation und für SMRs laut IAEA unbedingte Bedingung. Die Technik entwickelt sich halt auch immer weiter und bleibt nicht stehen.

Naturzug ist Kamineffekt? Das klappt auf dem Mond nicht.
Im vom mir anderenorts erwähnten Podcast "Sag mal Du als Physiker", Folge 16, "Volle Kernkraft voraus" wurde die Kühlung für Weltraum-Kraftwerke kurz angesprochen, die muss rein über Strahlung passieren und benötigt entsprechend große Radiatoren (wie bei der ISS auch). Inwieweit dort ein Kühlmittel zirkulieren muss oder ob es passiv über Wärmeleitung reicht, weiß ich nicht.
Über Stirlingmotoren könnte man die Wärme direkt in Bewegung umwandeln und so z.B. Kühlmittel pumpen. Solange es warm ist, und nur dann braucht man es, erzeugen diese den Notstrom nebenbei, sofern man ihn überhaupt braucht.

Generell bin ich eher der Ansicht, dass Reaktoren im All mittelfristig eher Brut- statt Leichtwasserreaktoren sein werden. Einge Vorteile der deutlich effizienteren Brutreaktoren sprechen aus meiner Sicht dafür:
1. Sehr deutlich bessere Ausnutzung des Kernbrennstoffs und damit längere Lebensdauer ohne Nachbefüllung oder Tausch des gesamten Reaktors sowie sehr deutlich kurzlebigere hochaktive Reststoffe.
2. Möglichkeit der Transmutation, um aus zuvor partitionierten Spaltprodukten oder bestehenden Isotopen bestimmte andere Isotope herzustellen, die für den Wertstoffkreislauf einer dauerhaften Mond- oder auch Marsbasis nötig sind.
3. Synthese von Triebstoff und Düngemitteln für landwirtschaftlichen Anbau
4. Günstige Energiequelle, um klassisches Plasmarecycling von Abfällen zu betreiben
5. Möglichkeit für strahleninduzierte chemische Prozesse für diverse Anwendungen

Langfristig werden ohne Frage auch Kernfusionsreaktoren dazukommen, was v.a. wegen der Helium-3-Vorkommen auf dem Mond eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle wäre. Auch kann man damit noch deutlich effektivere Neutronenbestrahlung vornehmen, was vor allem für Punkt 2 einen wesentlichen Fortschritt bringen wird. Zusätzlich zu allen obigen Möglichkeiten hätte man noch eine weitere gesteigerte Sicherheit sowie bei Punkt 4 eine weitere Steigerung, um durch das Erzeugen von ultraheißem Plasma alle Abfälle isotopenrein trennen zu können und sie so wieder dem Weststoffkreislauf zuzuführen (egal ob Restmüll, Biomüll, Plastikmüll, klinischer Abfall, chemischer Abfall, Radiotoxika, etc.). Für diesen Zweck wäre v.a. ein sog. Fusor gut geeignet.

Naturzug ist Kamineffekt? Das klappt auf dem Mond nicht.

Nö, es bedeutet nur, dass das Kühlmedium ohne jegliches aktives Zutun von selbst so zirkuliert, dass der Reaktor somit rein passiv gekühlt wird.
Bitte meine Beiträge genau lesen. Zudem: Derartige Rabulistik ist keine gute Grundlage für eine sachliche Diskussion.

Im Übrigen hast du ja schon gleich zwei Möglichkeit für "o.Ä." genannt. Als Kühlmittel kann hier z.B. Helium, (kritisches) Kohlendioxid oder Natrium genutzt werden, wobei Ersteres sehr gut geeignet ist, da es keine chemischen Reaktionen eingeht und auch unter extremen Temperaturen funktioniert. Und eben dieses Zirkulieren des Kühlmediums dabei ist klassischer Naturzug, weil es völlig passiv ohne Pumpen oder andere Dinge passiert, also rein durch thermodynamische Prozesse.

Zitat von: Gecko. am 03. September 2025, 23:15:04

Naturzug ist Kamineffekt? Das klappt auf dem Mond nicht.

Nö, es bedeutet nur, dass das Kühlmedium ohne jegliches aktives Zutun von selbst so zirkuliert, dass der Reaktor somit rein passiv gekühlt wird.
Bitte meine Beiträge genau lesen. Zudem: Derartige Rabulistik ist keine gute Grundlage für eine sachliche Diskussion.

1. Ich habe eigens nachgefragt, weil ich den Begriff nur aus dem Kaminbau kenne. Deshalb das Fragezeichen.
2. Dann lies du meine Beitrge auch richtig und mache keine Unterstellungen wie "Rabulistik".
3. Denn solche pampige Antworten sind erst recht keine Grundlage.

Nichts für ungut, aber da solltest Du mal ab und an in den Spiegel schauen.

Zitat von: Gecko. am 03. September 2025, 23:15:04

Naturzug ist Kamineffekt? Das klappt auf dem Mond nicht.

Nö, es bedeutet nur, dass das Kühlmedium ohne jegliches aktives Zutun von selbst so zirkuliert, dass der Reaktor somit rein passiv gekühlt wird.
Bitte meine Beiträge genau lesen. Zudem: Derartige Rabulistik ist keine gute Grundlage für eine sachliche Diskussion.

Die Allgemeinheit versteht unter Naturzug den Kamineffekt:
"Der Kamineffekt ist der physikalische Effekt, der zur verstärkten Anfachung eines Feuers führt und der durch die Führung von heißen Rauchgasen durch einen Kamin oder ähnlichen vertikalen Schacht entsteht. Er steht im Gegensatz zum Abbrand eines offenen Herdfeuers (etwa einer Rauchküche, wo die Rauchgase durch das Haus zogen) oder eines offenen Lagerfeuers."

Falls Naturzug in der KKW Branche ein spezifisches Fachwort ist, bitte dies hier (in einem Raumfahrtforum) zu erklären.

PS: Die Nachfrage als Rabulistik zu bezeichnen lässt aber schon auch Zweifel an deiner Diskussionskultur hoch kommen 

@Mojschele, danke!
Zudem, "passive Zirkulation" (thermodynamisch aufgrund Dichteunterschieden und Schwerkraft) funktioniert im All gar nicht und auf dem Mond so schlecht, dass sie mEn auch nicht sinnvoll nutzbar ist.

Auch wenn die entsprechende Industrie aktuell mal wieder die "pro-Atom"-Werbetrommel rührt, die Energieversorgung auf dem Mond wird in den nächsten Jahrzehnten ausschließlich mittels Solarenergie erfolgen, also durch PV-Module und Speicher für die Mondnacht.

Nachgeführte PV-Module weisen eine Effektivität des Systems (PV + Speicher) von ca. 20% auf. Eine Fläche von 1qm erzeugt im Jahr ca. 1.000 kWh. Nur zum Vergleich: das ist mehr als ein Deutscher im Jahr an elektrischer Energie verbraucht.

Solange man nur einige Unterkünfte/Labore/Fahrzeuge betreiben will, gibt es natürlich keine sinnvolle Alternative zur Solarenergie, zumal die zusätzliche Wärmespeicherung im Mondboden als „Geothermie“ ein bewährtes Verfahren ist.

Ein Kernspaltungsreaktor wird also erst benötigt für industrielle Anwendungen und er hat einen zusätzlichen Nachteil: Wenn er ausfällt muss die gesamte abhängige Infrastruktur evakuiert werden.

zyn:
Es gibt allerdings einen Vorteil ggü. der Erde: Man kann den radioaktiven Müll einfach in einen kleinen Krater schütten, mit ein bisschen Regolith als Schutz gegen Mikrometeorite bedecken und ein Warnschild aufstellen. So wie man es jetzt bei dem Endlager „Asse2“ machen wird (wobei man allerdings Salz statt Regolith verwendet). ;-)

@rok, dem stimme ich komplett zu.
Der "Mondreaktor" ist meiner Meinung nach eine politisch gepushte Wunschvorstellung der Atomkonzerne. Aber wie auch deine leider sehr richtige "Asse"-Anmerkung; ich habe gelernt, dass ein zu weit über den Tellerrand Blicken, vor allem Richtung Politik, nicht gern gesehen ist.

Noch dazu, weil zu viele Fragezeichen bei mir:

Einge Vorteile der deutlich effizienteren Brutreaktoren ...
2. Möglichkeit der Transmutation....
3. Synthese von Triebstoff und Düngemitteln für landwirtschaftlichen Anbau
4. Günstige Energiequelle, um klassisches Plasmarecycling von Abfällen zu betreiben

Bevor ich wieder Fachbegriffe falsch verstehe und mir das vorgeworfen wird, bitte ich um Erklärungen - wie Mojschele schrieb, dies ist ein Raumfahrtforum, daher dürfte wohl kaum jemand direkt etwas damit anfangen können:

Transmutation - macht das ein Brutreaktor nicht sowieso?

Wie erzeuge ich mit einem Brutreaktor Düngemittel? Vor allem nichtstrahlende.

Was genau ist "klassisches Plasmarecycling von Abfällen"?

Und warum kann das ein Brutreaktor besser als ein anderer Reaktortortyp oder eine ganz andere Energiequelle?

Ohne diese Hintergrundinfos sind zumindest für mich die Ausführungen wenig aussagekräftig.