Comments 65
Отличная статья, познавательно! А насколько вообще фонит РИТЭГ? Может ли человек жить рядом (от 100 м) без ущерба здоровью? Насколько реалистична идея согреваться от РИТЭГа как это показано в фильме "Марсианин"?
РИТЭГи для автономных источников в СССР делали на основе стронция-90. Он при распаде испускает β⁻-частицы (электроны) с энергией ~546 кэВ и пробегом в воздухе 1.60 м. Образующийся в результате иттрий-90, в свою очередь, испускает β⁻-частицы с энергией ~2.4 МэВ и пробегом в воздухе ~10 м. В финале образуется стабильный цирконий-90. То есть, находиться в 10 метрах даже от начинки такого РИТЭГа без корпуса вполне безопасно. Ну а полсантиметра алюминия, например, полностью задерживают частицы таких энергий.
В Марсианине использовали РИТЭГ с марсохода Curiosity. Он создан на основе плутония-238, в его цепочке распада (ряд радия) α-частицы (гелий-4) с энергией до ~5.8 МэВ, редкие β⁻-частицы. Для защиты от α-излучения даже больших энергий достаточно обычной одежды или тонкого слоя бумаги/фольги/полиэтилена. Так что использовать этот РИТЭГ как обогреватель вполне безопасно.
Т.е. в фильме про лето наврали?
Фильм не смотрел. Но вот выше привели норму излучения для исправного РИТЭГа - 0.56 мкЗв/с. Это ~2 мЗв/ч. Острая лучевая болезнь начинается от кратковременной дозы в 2000 мЗв. Чтобы её набрать надо 1000 часов обнимать исправный РИТЭГ.
НА расстоянии 1 метр по стандарту излучение в 20 раз меньше, 100 мкЗв/ч.
Стронций-90 и иттрий-90 при распаде дают β⁻-частицы. Они достаточно быстро сталкиваются с молекулами воздуха и больше 10 метров (пробег зависит от энергии) в воздухе практически не пробегают. Получить дозу с такого расстояния практически невозможно.
Ну и, ЕМНИП, β⁻-излучение не даёт наведённой радиоактивности.
ОЛБ начинается от 1 Зв, а не от 2. А хроническая при длительном облучении и вовсе от 0,5 Зв. При 2 мЗв/ч такая доза накопится за 10 дней. Учитывая, что РИТЭГ Curiosity не предполагает нахождения людей рядом с ним, за исключением его монтажа, а каждый грамм массы биозащиты при космических запусках - на вес золота, можно предполагать, что на его поверхности мощность дозы побольше будет.
РИТЭГ Curiosity на плутонии-238. У него 100% α-распад в уран-234, период полураспада которого уже 245500 лет. А альфа-частицы задерживаются практически любым материалом и практически не создают вторичной радиации.
У него альфа-распад сопровождается испусканием гамма-квантов и флюоресцентного рентгеновского излучения в диапазоне 40-153 кэВ. Выход на распад там очень маленький (поэтому он и считается "чистым" альфа-излучателем), но когда у нас килограмм плутония-238, этот маленький выход дает очень немаленькую мощность дозы.
Обычно альфа-
распад сопровождается сильным гамма-излучением. 238 Pu – исключение. Энергия γ-квантов, сопровождающих распад его ядер, невелика, защититься от нее несложно: излучение поглощается тонкостенным контейнером. Мала и вероятность самопроизвольного деления ядер этого изотопа. Поэтому он нашел применение не только в источниках тока, но и в медицине. Батарейки с плутонием-238 служат источником энергии в специальных стимуляторах сердечной деятельности.
И.Н.Бекман. Плутоний. Учебное пособие.
Все это верно. Верно, когда мы имеем дело с миллиграммами плутония-238. Когда же мы имеем дело не с просто весовыми, а килограммовыми количествами, все меняется. Защищаться придется уже от этого "слабого" гамма-излучения. И с ростом его интенсивности - увеличивать толщину защиты.
От плутониевых кардиостимуляторов, к слову, пациент получал довольно существенную дозу облучения. МЭД на поверхности корпуса составляла 5-15 мбэр/ч. На все тело доза выходила порядка 10 мЗв/год, но локальные дозы на ткани, прилегавшие к корпусу стимулятора, оказывались многократно выше. И все это - от примерно 0,1 г плутония-238. И да, Бекману стоило бы оговориться в своем пособии, что плутониевые стимуляторы - это уже прошлое. Сейчас последние установленные людям стимуляторы такого типа доживают свой век вместе со своими пациентами, а новые не устанавливают уже лет 30 как.
Ну вот вам график из исследования NASA по реальному MMRTG с тепловой мощностью 2 кВт.
График
Тут, правда, доза для кремния, не знаю как пересчитать её на человека. Плотность кремния выше, чем плотность человеческого тела, значит человек, вроде, должен поглотить меньше радиации при том же потоке. Но даже если принять их равными, то на расстоянии двух метров поглощённая доза будет 50 рад/год, то есть ~4 рад/месяц. Это соответствует двум компьютерным томограммам всего тела. А заметные изменения в крови наблюдаются где-то с кратковременной дозы в 25 рад.
Для РИТЭГ данные о пробеге бета-частиц бесмысленны, прошу прощения - это же закрытый источник и вне корпуса пробег их ноль, все поглотится сталью. Тут интерес в рентгене и гамме - только они наружу прорвутся
Изотопы для РИТЭГов специально подбирают из максимально чистых альфа/бета, чтобы гамиы не было, но какая-то часть часто все равно есть, плюс хоть и с низким (к счастью ) КПД тормозное рентгеновское излучение от беты высоких энергий (как раз наш случай)
Более 1 мЗв/ч уже недопустимо для населения, так что случайных людей рядом по закону быть не должно. А так 20 мЗв в год для работника только в рабочее время, иначе это персонал группы А со всеми вытекающими - дозиметрический контроль, карточка учета доз, инструкции, обучение, в общем по полной программе. 10 часов в год в обнимку, если не вру - и вы уже "вредник"
Ну, нормы для работников рассчитаны на долгую безопасную работу без особого ущерба для здоровья.
Так, чтобы на часик прислонился к исправному РИТЭГу и тут же слёг от острой лучевой болезни, не получится. Вот получить какое-то радиационное повреждение клеток, которое через несколько лет проявится в виде опухоли вполне можно.
Только в книге и фильме не Curiosity, а более древний Pathfinder, если не ошибаюсь
Когда мы имеем дело со столь большими количествами радионуклидов, нельзя пренебрегать малыми величинами. Так, возьмем стронций-90 с удельной активностью 5,1 ТБк/г и удельным энерговыделением 0,96 Вт/г. В РИТЭГе с выходной мощностью в десятки ватт содержится не менее килограмма стронция-90, это порядка 100 килокюри. Чтобы напомнить, что это такое, приведу пример: 1 г радия-226 (1 Ки по определению) создает мощность экспозиционной дозы 0,84 Р/ч на метре от себя. Бета-излучение Sr-90+Y-90 значительно более "жесткое", чем радия, так что поглощенная доза от его электронов будет выше.
Но от бета-излучения легко защититься, скажете вы. Да, действительно. Несколько миллиметров стали или пара сантиметров алюминия задержат излучение полностью. Но бета-лучи, взаимодействуя с окружающими материалами (в том числе и защитой), а также материалом самого источника - титанатом стронция - вызывают генерацию тормозного излучения и рентгеновской флюоресценции. И если от них не защититься, а только лишь создать защиту от бета-лучей, на метре от капсулы РИТЭГа будут сотни рентген в час. Поэтому и нужна вся эта защита из обедненного урана массой в тонны.
Даже когда идет речь о "чистом" альфа-излучателе - плутонии-238, оказывается, что при массе тепловыделяющего элемента порядка килограмма те слабенькие гамма-линии, что он излучает вместе с альфой, превращаются в десятки рентген в час вблизи капсулы.
На 100 метрах его вообще не будет заметно, а вот греться вполне реально. Он же выделяет киловатты тепла, и большая часть просто рассеивается. Главное не пытаться его разобрать)
Хорошая статья! Особенно понравилась игра "найди медведя". Я так понимаю что если проиграл - то в следующий раз в эту игру сыграть уже не получится.
Наш главный герой снимается в фильме «Как я провёл этим летом»
Боже, как же меня бомбило от потраченного на этот фильм времени, нейронок тогда не было, но мотивация героев как будто прописана ими. Чего этот меньжующийся паренек не сказал сразу мужику про аварию с семьей, не он же в ней виноват?? Чего этот мужик в поисках паренька вдруг по углам шмалять начал? Нахера паренек от него бегал, сначала ему рыбу облучал в РИТЭГе, а потом пришел как ни в чем не бывало (да-да, герои используют копеечный советский РИТЭГ, который как все дерьмовое и совковое типа ТРЕСНУЛ до активной зоны)?
С "No Nukes In Space" тоже припекает. Помню, ребенком узнал про Кассини и прям ждал, когда вырасту и долетит. Так по телеку после запуска года полтора ядерным топливом по мозгам ездили А ВОТ ОН ГРОВИТОЦИОННЫЙ МАНЁВОР ДЕЛАЕТ У ЗЕМЛИ ЧЕРЕЗ ПОЛТОРА ГОДА А ЧТО ЕСЛИ А ВДРУГ
Мы (ну как "мы", держава) в свое время ядерный реактор, не РИТЭГ, на Канаду уронили. Компенсацию выплатили и всё. Конечно, время было другое, такое же плохое, как сейчас (((
Штаты регулярно роняли йадерные боеголовки, и тоже в общем-то ничего и не произошло, расходитесь, тут не на что смотреть.
Атомка - такая же отрасль человеческой деятельности, как и другие. В ней работают такие же раздолбаи люди, как и везде. Да, строже отбор, да, строже нормативка, поэтому АЭС не взрываются ежегодно. Да, атомная энергия относительно безопасна, но страхов-то в мировом обществе полно - вот и есть те, кто этот страх вольно или зарплатно канализирует.
Друг работал тогда в "Комете", рассказывал, что они за это падение премию получили. Когда стало ясно, что падения не избежать, всем причастным организациям дали команду просчитать зону вероятного падения. Только их контора включила север Канады. Он упал туда - им дали премию.
Паника вокруг Кассини просто пример невежества, помноженного на жажду хайпа
как же меня бомбило от потраченного на этот фильм времени, нейронок тогда не было, но мотивация героев как будто прописана ими
Нейронок не было, а вот "свой, особый взгляд" у киношников на то, как писать сценарии - испокон веков был. На то, что наличие внутреннего нерва и конфликта между героями - гораааздо важнее реалистичности действий героев. В какой-то момент осознав это - я практически перестал смотреть кино :)
Упомянуть Аполлон -14 и не упомянуть Луноходы. Хоть там и не РИТЭГ, но авария на старте была и поиск радиоактивных обломков в степи. К слову теплообменник у Апполон на фото какой-то земной - вертикальные ребра создают впечатление, что они охлаждаются воздухом как у земных собратьев. :)
У Луноходов теплообменник направлен в бесконечные глубины космоса
Пишут, КПД АЭС находится где-то на уровне 30-40%. Если так то 10-15% ритэга - это совсем неплохо. Что если построить станцию РИТЭГов размером с АЭС и с тем же бюджетом, это ж наверное десятки мегаватт можно получать, при на пару порядков более простой (а значит выгодной) эксплуатации.
А в качестве активного вещества отходы со старых АЭС подойдут?
Отходы АЭС некоторое время немного греют воду в хранилище.
кВт час такой электроэнергии будет, все же, дорогим, а установка не такой компактной, как АЭС. Если их размещать не концентрированно в одном месте, то возникает проблема обеспечения физической безопасности (от злоумышленников). Цены на РИТЭГИ посмотрел тут https://inis.iaea.org/records/jqw7g-f6s23 пишут, что варьируется от 5 до 50 тыс долларов. Пусть будет 5 при массовом производстве. Мощность пусть будет 100 Вт. Стоимость кВт часа при 15-летней эксплуатации будет $5000/0.1kW/24h/365/15 = $0.38. Стоимость энергии в США - 3 цента, в других странах может быть больше - до 15 центов. https://www.nei.org/CorporateSite/media/filefolder/resources/reports-and-briefs/2024-Costs-in-Context_final.pdf
стоимость топлива для ритега на несколько порядков выше чем стоимость топлива для реакторов.
Вот меня тоже как дилетанта всегда интересовало, почему отработанное топливо в такие мега ритеги не сливать, где нибудь на "Новой земле" условно и не получать тепловую и немного электрической энергии. Проблем с местом вроде в РФ нету
Для безопасности нужно не абы какое топливо, а то, у которого в процессе распада минимум гамма-излучения. А желательно вообще только альфа. Ну и период полураспада должен быть достаточно большим, но не черезмерно.
При этом ряд распада может быть довольно длинным и включать 10-20 промежуточных элементов до получения стабильного.
Его нельзя выключить, это ставит точку в сколь нибудь крупной выработке (больше пары кВт). Ядерный реактор это обычно 1 ГВт электрической энергии = 3 ГВт тепловой энергии. При обслуживании, внештатной ситуации и в целом, когда энергия не требуется его можно выключить и относительно безопасно находиться рядом. В случае даже 1 МВт теплового РИТЭга это целый 1 МВт тепла, которое обязательно надо отводить и пассивным радиатором тут не отделаться, а это сразу риски - в случае отказа охлаждения отходы начнут плавиться и прожигать путь наружу. И ради чего? Выработка минимальная, даже затраты на обслуживание никогда не покроет.
А можно ли греть Ритегом термоакустические генераторы ? Там тоже почти нет движущихся частей а те что движуться могут и без трения работать. Тоже Очень надежно а КПД выше.
А так РИТЕГ если его не разбирать очень и очень хороший генератор из разряда поставил и забыл. А еще он дает Тепло что тоже очень нужно если лететь к границе солнечной системы.
А про ТГК-1 или его потомка ТГК-3 я не слышал. Как я понимаю телефон . навигатор зарядит без проблем.
А про холостой ход ритега в чем опасность ?
Захотел.. Идеальное решение для дачи. И картошку можно хранить рядом, чтобы не прорастала
Дороговастенько выходит. Как писали выше, самый дешевый 5 тыс долларов, ну примерно полмиллиона рублей на 10 лет, это 50 тысяч в год. Газ\дрова\уголь дешевле выйдут, но конечно с ними так не выйдет - поставил и забыл.
Ну и картошку рядом хранить идея не очень хорошая, радиация хоть в принципе и небольшая от него, но картошке в целом может поплохеть от такого соседства.
Так-то еду жесткой гаммой облучают, чтобы не портилась.
В основном медицинские изделия стерилизуют. На канале "Химия просто" интересно рассказано.
Наведенка может иметь место. Стерилизуют рафинированным источником на стронции быстро. Нет, как пишут - оно безопасно если с ним не обниматься неделю, а картоха там полгода рядом лежать будет, не в обнимку но рядом.Вот тут надо бы и подумать.
"Наведенка" в 99% практических случаев -- дремучий миф. Наведенная активность возникает при нейтронном облучении и при бомбардировке мишеней высокоэнергетическими (>10 МэВ) частицами на ускорителях. И очень слабое -- при облучении некоторых элементов альфа-частицами (у которых большая энергия). От бета- и гамма-излучения радиоактивных изотопов наведенная радиоактивность не возникает.
В итоге, сейчас есть какие-то эффективные походные термоэлектрические генераторы энергии? Типа закинул в котелок и заряжаешь телефон.
История с мародерами и выброшенными капсулами это конечно квинтэссенция девяностых..
Высокие технологии столкнулись с суровой реальностью и в очередной раз оказалось, что самый ненадежный элемент любой системы это человек)
Концепт АТСТ (атомной термоэлектрической станции теплоснабжения) Елена-АМ. Елена Прекрасная!
Красиво конечно. Но с точки зрения истории, мне кажется, аллегория звучит несколько противоречиво. Все же помнят, что она была не только Прекрасная, но и Троянская, и каков физический смысл одноименной единицы измерения красоты https://en.m.wikipedia.org/wiki/Helen_(unit).
Was this the face that launch'd a thousand ships / And burnt the topless towers of Ilium?
Только мне показалось, что аппарат "Сеностав" - это двоюродный брат R2D2? :)
А нет таких изотопов, которые сами по себе более-менее стабильны, но столкновение с протоном вызвало бы их распад с большим выделнием энергии? В космосе протонов летает довольно много, и работать на таком изотопе батрейка могла бы дольше, поскольку энерговыделние определяется больше не наличем изотопа, а внешней радиацией.
РИТЭГ даёт и электричество, и тепло. Идеально для одинокой избушки. Можно даже бассейном открытым круглогодичным обзавестись.
Проблема лишь в дураках и негодяях.
Касаемо 39 "утопленных" флотских РИТЭГ - утопить можно очень по разному, от "привязать кирпич и выкинуть" до надежного закрепления на дне морском в обозначенном месте для питания чего то... ну, как минимум, секретного.
насколько я понимаю, двигатель Стирлинга способен работать на минимальной разнице температур, а также он наверняка отводит тепло в процессе
почему никто не додумался цеплять их на полигоны с ядерными отходами? это ж сколько энергии зря в космос улетает...
Отличная статья! Но настолько сильно разбавлена сомнительного качества юмором, что возникает ощущение, будто ее писал Владимир Владимирович Шахиджанян.
Спасибо за интересную и познавательную статью. Можете прокомментировать тему прямого преобразования ионизирующего излучения в электрический ток? Есть ли подвижки и действующие решения?
Тёплый атомный ток