Comments 108
https://habr.com/ru/company/macloud/blog/563830/?ysclid=l5c4806j4160457867 Реактор БРЕСТ-300 и замкнутый цикл в ядерной энергетике
Можно вопрос от дилетанта? Почему направление РИТЭГ мало используются? Если я правильно понимаю то в РИТЭГ используется простая термопара. Что мешает использовать технологию аналогично солнечных панелей но преобразовывать в электричество, излучение от атомного элемента, а не солнца?
Единственно что приходит в голову то что солнечные панели быстро деградируют и разрушаются (аналог ветряной мельницы в бурю).
дорого (в РИТЭГ нужно положить много дорогих распадающихся материалов);
неэффективно (небольшую разницу температур для термопар и тепловых машин никто не отменял, а иными способами превратить энергию распада в электричество еще менее эффективно, про батареи на бета-распаде статьи есть);
опасно (АЭС всё-таки под охраной и надзором, а к каждому РИТЭГу взвод не приставишь).
Поэтому РИТЭГи - это только для эксклюзивных ситуаций, когда других вариантов нет - типа космоса, когда нужна небольшая мощность, но на очень длительный срок и без возможности техобслуживания.
То есть получается малым АЭС все равно нужна охрана и надзор? И как без огромного контейнмента защищаться от землетрясения или падения самолёта например?
Охрана и надзор, конечно, нужны. Контейнмент не защищает от землетрясения, это вопрос общей прочности конструкции. И она нужна для критически важных элементов - первого контура, например. А он у малых АЭС гораздо компактнее и сам по себе находися внутри цельного моноблока. Конечно надо просчитывать эти варинаты для каждой конструкции, но думаю требуемую прочность такого моноблока обеспечить проще, чем большого контейнмента.
Спасибо за ответ. А почему тогда нельзя вместо термопары использовать солнечную панель? Поставить источник излучения, окружить в несколько слоев p-n кремния и получить электричество?
Такие проекты есть.
Забегая вперед и отвечая на вопрос ниже: "Поставить источник излучения, окружить в несколько слоев p-n кремния и получить электричество?"
Такие тоже есть!
Я видел доклад с описанием такого проекта для дальнего севера. И там получают автономность за счет эффективности.
Но в том проекте мощность 10-20 кВт. По моим прикидка, проще было привезти генератор и несколько цистерн бензина. Вроде выходило выгоднее и легче, чем строить реактор, пусть и "почти" не обслуживаемый.
Да, выше уже ответили. У РИТЭГов низкая плотность энергии, их плюс по большому счету лишь в длительности работы и надежности, но они дороги и маломощны для наземного использования. Раньше это не мешало СССР активно их использовать на севере, но сейчас это не очень соотвествует современным представлениям о безопасности и соблюдении режима нерастпространения.
СССР РИТЭГи активно использовало не только на условном севере, но и во вполне обжитых местах. Например, в Финском заливе, в границах Петербурга створные маяки были на РИТЭГах. Там до сих пор значки радиации на входе висят.
Да, я в курсе. Но основной объем все же был вдоль севморпути
К радиолюминофорам относятся вещества, обладающие способностью к радиолюминесценции, т.е. к свечению, которое возбуждается ионизирующим излучением. Возбудителями радиолюминесценции могут быть альфа- и бета-частицы, гамма- и рентгеновские лучи, быстрые электроны.
Радиолюминофоры находят применение в тех областях техники, где требуется высокая автономность источника света (морские бакены, осветители для работы в шахтах и на рудниках, источники света для циферблатов приборов, подсветки оружейных прицелов и т.д.).
Так-то уже ;)
Насчет маяков не нашел упоминания применения, возможно потому, что маяк не просто светит узким мощным пучком, так еще и делает это с определенным интервалом, чтобы корабли по интервалу вспышек могли определить, что за маяк они видят (у разных маяков разные интервалы).
Поэтому постоянно светящийся люминофор не очень подходит, и сфокусировать его сложнее, чем обычный источник.
Не вижу проблем и с фокусировкой.
ledmuseum.net/fifth/ttorch.htm
«Елена АМ»… водо-водяной реактор тепловой мощностью 3 МВт с прямым термоэлектрическим преобразователем для выдачи до 400 кВт электроэнергии.по факту — смесь традиционного реактора (с парогенератором и турбиной) и РИТЭГа, верно?
солнечные батареи - это до Сатурна\Юпитера, а дальше - "Солнце светит не так ярко".
Или например на Марсе - пылевые бури или зима - и солнечные батареи тоже "не вытягивают" ..
РИТЕГ тоже со временем деградирует(за счёт полураспада и деградации термопар). Особенно хорошо это заметно на самых далёких искусственных объектах. Большую часть приборов пришлось отключить из за её недостатка.
Интересно, когда мы дойдем до того, что будет ящик размером с чемодан, который может обеспечить полную электрификацию загородного дома? Купил дом в лесу, приехал туда, подключил этот чемодан и пользуешься любой бытовой техникой. Либо, в багажник электромобиля положил его и у тебя почти анлимный пробег на машине.
в багажник электромобиля положил его и у тебя почти анлимный пробег
Были такие проекты, Ford Nucleon и Ford Seattle-ite XXI, но там не совсем чемодан и не совсем багажник.
Думаю что никогда
Ну помечтать-то хоть дайте, о прямом превращении массы в энергию, например. :)
Стоит такая вот установка, туда засыпаешь мусор (радиоактивные отходы от старых АЭС, например, то, чему на Земле не место), а на выходе имеешь чистую энергию, без каких-либо материальных отходов...
Ближайшая такая установка уже активно используется. И вторую такую собрать довольно просто. Надо свести весь мусор для переработки и оно само начнёт превращаться в энергию. Единственная проблема, надо много мусора за раз, чтобы fusion начался.
А так - см https://xkcd.com/1123/
Зачем мусор? Песчинки антивещества хватит на сотню лет эксплуатации автомобиля.
И бонусом угроза ядерного взрыва в случае поломки системы удержания той песчинки.
Это к любым аккумуляторам энергии относится, кстати. Чем больше емкость, тем больше опасность.
В случае с классическим топливом скорость реакции сильно ограничивает приток воздуха снаружи.
Я бы, на вашем месте, сперва попробовал. Не столь уж сложно его "взорвать", буде поставить такую цель. Как "подорвавший" три таких аккумулятора, скажу, что по законам подлости, в быту такие ситуации "сами по себе" возникают куда чаще. Попробуйте вызвать пожар, бросив тлеющий бычок. Однако по случайности пожары возникают не столь уж редко
Литий титанат на автобусах полыхает только в путь.
Да и из соображений закона сохранения энергии - куда бы делась его энергия при КЗ (внутреннем или внешнем)?
А безопаснее он на столько, на сколько меньше его удельная энергоемкость. Есть, конечно, и другие факторы, но этот основной.
Чем больше емкость, тем больше опасность.
Немного уточнить - чем больше плотность энергии и удельная мощность... Условный свинцовый аккумулятор, пусть даже огроменной емкости - сравнительно безопасен.
скорее мы дойдём до того, что будет 10 больших станций на всю планету + локальные хранилища для суточных манёвров. Экономию на объёмах никто не отменял
Вот же: https://habr.com/ru/post/17806/
Не совсем чемодан, но все же...
Компания Toshiba выпустила новый тип источника энергии — атомный мини-реактор.
Учитывая размеры реактора, 6x2 метра, его можно легко разместить в подвале Вашего дома и забыть про существование РАО «ЕЭС». К тому же устройство абсолютно автономно, не требует обслуживания и рассчитано на 40 лет службы. Мощность реактора 200 кВт и приблизительная стоимость одного кВт/часа около 5 центов USD (1,23 руб), что довольно не плохо, учитывая, что в Центральной части России 1 кВт/час стоит примерно 1,60 руб.
Toshiba планирует установить первые реакторы подобного типа в Японии уже в 2008. В Европе и Америке продажа начнется в 2009 году, так что у нас еще есть время, чтобы начать копить на собственную атомную электростанцию.
Люблю старые новости про инновации :) У тошибы действительно хорошее отделение ядерной энергетики, но мелкий реактор (сейчас называется MoveluX) по-прежнему не существует (ну, "производство планируется после 2030 года"), более крупные 4S были более зрелыми, но проект остановлен в 2017. Если верить этой обзорной статье 2020г, то многие планируют, но готового продукта в состоянии лицензирования (не то что отгрузки) пока не существует.
Вопрос по теме раздела, но не статьи. Прошу сильно не пинать за вопрос уровня 8 класса, но он мучает меня много лет.
Вот смотрите, есть уран,плутоний,радий и т.п.. Да, он самопроизвольно делится, выделяет энергию и т.д. Все, что даёт нам сейчас много энергии (опускаем этап добычи) за относительно малую единицу массы, всё является радиоактивным. Но по настоящему много энергии выделяется, когда мы за счёт активности обстреливаем такой же элемент. Но ведь получается, в момент обстрела, цель является пассивной, просто внутри спрятана энергия.
Вопрос: а существует ли вообще вероятность, что мы научимся получать энергию из чего-то более доступного? Ну скажем, камень. Ведь не обязательно обстреливать цель её собственными родственниками, главное попасть с нужной энергией. А если не всем для распада нужно попадание с высокой энергией? А что, если энергия выделится не потому что "тяжело расщепить, но уж если удалось", а по какой-то другой причине? Условно, может ли быть так, что если завтра юный химик возьмет пучёк укропу реагент А, кислоту Б, подогреет, положит в раствор кусок гранита, богатый кварцем, может ли случиться так, что кварц такой "всё, пацаны, мне тут не нравится, расходимся" и давай выделять тепло?
Я не химик совершенно, но кажется, вы изобрели процесс сгорания.
Много энергии выделяется не просто при радиоактивном распаде, а именно при делении тяжелых и нестабильных ядер с атомным числом более 90 - урана, плутония и т.д. (если говорить про деление, а не синтез). И обстреливают их не родственниками, а нейтронами. Более легкие ядра делить теоретически можно, но надо затратить энергии сильно больше чем получишь, поэтому они и самопроизвольно то не делятся. Опять же тут не надо путать деление ядра и само понятие радиоактивности, т.е. испускание альфа, бета частиц, гамма-квантов и т.д.. Так что нет, на кварце никакой химик ядерный реактор не сделает.
На сколько я помню, энергостабильным веществом является железо. Всё что после него - делится, всё что до - соединяется с выходом энергии. Вот только период полураспада у некоторых веществ составляет время за гранью максимального возраста существования вселенной.
Формально, да. Фактически выход энергии (или условия) достаточные для практического применения только у очень тяжёлых и очень лёгких элементов, и то, что попало не годиться нужно - много нюансов.
Ещё нужно учесть изотопный состав - так, то можно атомный реактор и с железом вместо урана сделать и он будет давать энергию )
Правда, цена добычи достаточного кол-ва нужного изотопа железа на много порядков перекроет выработанное электричество )
Период полураспада не принципиален, наоборот с точки зрения безопасности чем больше тем лучше: запускать реактор внешним воздействием
При ядерном синтезе/распаде мы получаем разницу энергий, содержащейся в ядрах начальных и конечных элементов. Есть вот такой график, показывающий удельную энергию связи в ядре. Из него видно, что теоретически реакциями синтеза и распада можно выжать энергию почти из любого элемента, кроме железа-56, у которого энергия связи на нуклон максимальна. Но вот насчёт "сделать это легко" - это вряд ли. Тут дело в том, что энергия внутриатомного взаимодействия намного больше всего, с чем мы обычно имеем дело, причём "намного" - это очень намного. Например, удельная энергия связи между атомами в графите (между слоями) и в алмазе отличается всего в 10 раз, а удельные энергии связи между атомами углерода в алмазе и между нуклонами внутри самих атомов углерода отличаются примерно в миллион раз.
>> При ядерном синтезе/распаде мы получаем разницу энергий, содержащейся в ядрах начальных и конечных элементов
Поправьте пожалуйста, если я не прав. Полученная = начальная - затраченная? Если да, то затраченная зависит от способа, а значит, ищем другой способ. Мой кварц упрекнули в том, что при затраченных 100кв.ч, он вернул там лишь 100вт (условно). Да, это бессмысленно. Но что если ... (не знаю).
Вот мы уверены, что связь не разорвётся просто при "опускании" кварца в темную материю (когда и если её достанут, чем бы она не была?), или при облучении элемента звуком на сверхвысокой определенной частоте?
Вот я нарисовал черным стену и 2 огромных магнита. Сейчас мы пользуемся только способом "физически руками раздвинуть их". Но если на магните есть рубильник, достаточно дёрнуть за него. Или этого не может быть по определению? Ручается ли человечество за это?
Вы это, под закон сохранения энергии подкапываетесь, буквально на святое посягаете ;) Если бы такое было возможно, во Вселенной это бы уже происходило, а пока свидетельств саморазбора элементов с высокой энергией связи на элементы с низкой и еще и выделения при этом энергии нет.
Если бы была возможность доставать энергию "из ничего", то природа бы этим пользовалась. Пока же видно только один такой источник - расширение Вселенной, цепляете один трос к соседней галактике, другой к нашей, и пусть разлетающиеся галактики крутят генератор ;)
/* просто в качестве развития мысли */
а почему мы уверены, что огромные пустые объемы черной материи как раз пусты не из-за того, что черная материя заставила распасться всё, что в неё попало? Скажем, попало в поле черной материи 10млрд тонн гранита, огромный объем пустоты получил немного тепла, которое разлетелось во все стороны, а простейшие элементы блуждают бессвязно
"Огромные пустые объёмы", войды, реально тупо пустые, облака тёмной материи обычно привязаны к галактикам/скоплениям галактик (вернее наоборот - галактики к скоплениям тёмной материи, потому что скопления тёмной материи больше по массе), если бы они вызывали распад обычной материи, то галактик бы уже не было.
ну у нас же ничего не распадается. а тёмная энергия в нашей галактике есть.
Вот мы уверены, что связь не разорвётся просто
Мы ни в чем не уверены, потому что есть еще очень много того, что мы даже предположить не можем как устроено. Гипотетически можно предположить даже то, что есть бородатый мужик в предполагаемых райских садах.
Когда мы сможем окунуть кварц в темную материю, тогда видимо и будет ответ на ваш вопрос. Сейчас у нас есть некий набор правил, которыми человечество может пользоваться и давать ответы с этой точки зрения. И по этим правилам каменный цветок не выходит
В каком-то смысле ваша идея - это самопроизвольный распад - если взять радиоактивный изотоп кварца, то будет работать.
Проблемы: аналогии с магнитами:
пока нет идей как "выключить" силы держащие ядро единым целым
мы собираемся извлечь энергию из связи между нуклонами - при "выключении" этих сил и энергии не будет
Есть вот такой вот график, в соответствии с которым то, что до железа - энергетически выгодно подвергать синтезу, а то, что после железа - делению.
Из него собственно и видно, что из "камня" (кремний, кислород, железо...) энергию добыть не выйдет, синтез атомов дальше гелия - это к звездам, на Земле такие условия создать нереально. Да и энергии там немного.
Остается или осваивать синтез изотопов водорода/гелия, или деления тяжелых ядер. Со вторым у нас всё хорошо, а насчет первого - только бомбу бабахнуть пока удается.
может ли быть так, что если завтра юный химик возьмет
пучёк укропу
ну, условный юный химик может наколупать разных датчиков (см. "атомный бойскаут" - он колупал америций с датчиков дыма, радий со стрелок часов и т.д. Но это могут быть и старые дефектоскопы - на них запросто и убиться можно)
он даже может сделать термоядерную установку самостоятельно : см. Фузор (и получать с него нейтроны)
а вообще - разматывая обыкновенный скотч в вакууме, вы получите источник радиации , достаточный для рентгеновских снимков пальца! :)
вроде я видел фоточку от авторов исследования - там вполне обычный моток скотча.
но (ГЛАВНОЕ) - в вакууме. Просто на воздухе - радиации не получится.
Это же все для задачи "как получить радиацию из пучка укропу чего попало", а не "ужас-ужас" :)
Я когда говорят про «домашний рентген» всегда вспоминаю историю одного печально знаменитого московского школьника.
с веществами с более низкой атомной массой на распад придётся затратить как минимум такую же энергию (бомбардировка нейтронами на пример) что и выделится при распаде образованной нестабильной изотопа.. а вероятнее всего ещё больше энергии нужно будет затратить. закон сохранения энергии короче всему этому мешает.
теоретически можно получить энергию из всего, что не железо.
но юнный химик такого сделать не сможет. там требуемые энергии не те(если мы про ядерные реакции, а не окисление)
Для многих проектов вопросы безопасности, конечно, надо обосновывать, но в целом компактный рамер SMR позволяет сделать их более прочными (по крайней мере весь критически важный первый контур внутри моноблока) или вообще разместить под землей. Ну а из перечисленных рисков, которые бывали в реальности, т.е. цунами и фукусимский сценарий, малые АЭС готовы в силу ествественной пассивной безопасности - тут их уровень безопасности выше, чем у многих классических АЭС.
А где вы нашли информацию об пассивной безопасности малых реакторов? Я на рисунках не обнаружил такой, которая например присутствует в "классических" больших реакторах. Для примера система пассивной безопасности в которой при достижении определенной температуры активной зоны реактора, тормозящие стержни сами проваливаются под действием гравитации и останавливают реактор. В такой системе активное охлаждение активной зоны выходит на второй план.
Не все показано на картинках в статье, но по тексту многое написано. В конце статьи есть список ссылок, там много информации. Например тут - https://aris.iaea.org/Publications/SMR_Book_2020.pdf
Пассивные системы это не только сброс стержней, это и пассивный отвод тепла после останова блока, который заложен почти у всех SMR. Про стержни добавлю. У морских SMR стержни, глушащие реатор, срабатывают даже при опрокидывании и переворачивании реаткора, т.е. не глядя на гравитацию.
Если жидкостный закипел - реакция тормозится, чем сильней кипит, тем сильней тормозится.
В реакторах других типов используется схожий принцип.
Особено, если реактор заявлен необслуживаемым.
Для террористов это будет лакомая цель.
у меня такой вопрос, я как то посмотрел в вики текущие подтвержденные запасы урана 6 147 800 тонн поделил на мировую годовую добычу 54 752 тонн и получил цифру 112 лет добычи до исчерпания мировых подтвержденных запасов. А сколько запасов всего( в том числе не разведанных), ест ьоценки? То есть если новых залежей не найдут, все реакторы превратяться в тыкву? А если запилят замкнутый цикл, тогда на сколько лет хватит? Есть вообще какие нибудь оценки пика нефти для атомной отрасли?
Если удастя ввести 238 уран, то его хватит с запасом до тория, а тория столько, что там уже компактный термояд будет.
Ходят слухи что урана на тыщи лет, но надо научится фильтровать его из морской воды.
Имхо, там ещё веселее чем с нефтью, до исчерпания которой лет 30, причём за последние 70 лет эта цифра сильно не менялась )
Фактически и больше и меньше: что-то будет добывать не выгодно, скорость потребления/добычи растёт и будет расти, зато постепенно появляется смысл обогащать тот уран, который раньше "выкидывали", да и как только приблизимся к моменту исчерпания - подберут другие цепочки распада, будет дороже и сложнее, но без энергии не останемся)
Замкнутый цикл - формально навсегда, фактически посчитать сложно - в какой-то момент это станет экономически не оправдано или нужной мощности не будет.
его заводить с толкача
с тягоча!
хз, наверно считается, что если раз уж произошла разгерметизация, то горение натрия - менее страшное, чем все остальное (радиация)
Не страшно. С натрием и даже его течами давно научились работать, по крайней мере у нас в стране, натриевые реакторы эксплуатируются не один десяток лет - БН-350, БН-600, БН-800 и много других поменьше.
Как отдать контроль над ядрёным устройством, существам которые сушат кошек в микроволновке или пилят снаряды для сдачи в металлолом?
Массовые АЭС — значит они идут «в народ».
Ну не до такой степени они массовые. Малая АЭС на 100МВт это энергостанция на 20 тыс. квартир (считая в среднем, одна квартира используют 5Квт), это достаточно важный объект, чтобы его обслуживали специалисты и охраняли специальные люди (это ведь обеспечивает небольшой город на 50-60 тыс. жителей). Это не то же самое, что ядерная электростанция в каждой квартире.
Энергосистема, а не электростанция. Может там Гидроаккумулятор(хз как называется, когда ГЭС не только генерирует электричество, но и наверх воду закачивает) стоит?
>во многих малых АЭС планируется использовать более обогащенное топливо – до 20% по урану-235
Знаете, как мне кажется, МАГАТЭ столько лет поощряет и даже спонсирует переход даже исследовательских реакторов на как можно более низкообогащенный уран, чтобы уменьшить мировое распространение как высокообогащенного урана, так и тех заводов, которые способны его обогащать до высоких значений. И ваша идея в каждую деревню по ведру 20% урана у МАГАТЭ точно не встретит поддержки.
Знаете, как мне кажется, МАГАТЭ столько лет поощряет и даже спонсирует переход даже исследовательских реакторов на как можно более низкообогащенный уран,
Не на как можно более низкий, а как раз на обогащение менее 20%, к которому у МАГАТЭ претензий в плане распространения уже нет. https://www.iaea.org/ru/bulletin/strany-perehodyat-na-nizkoobogashchennyy-uran-v-kachestve-topliva-dlya-svoih-issledovatelskih-reaktorov
И ваша идея в каждую деревню по ведру 20% урана у МАГАТЭ точно не встретит поддержки.
Во-первых, не моя, а в том числе и МАГАТЭ, которые приветствуют разработки и внерение SMR. А во-вторых, не в каждую деревню, а все же в места покрупнее.
Ох, а граница ВОУНОУ как раз по 20% оказывается проходит. Я почему-то был уверен, что там раза в три ниже должно быть обогащение.
Возможно что-то подобное отложилось в голове когда-то:
Россия взяла на себя обязательство поставить в США в течение 20 лет (до 2013 года) низкообогащённый уран (с обогащением по изотопу U-235 менее 20 %, фактически в диапазоне от 3,2 — 4,9 %)
Спасибо за информацию!
Зато его нужно меньше, грязная бомба получиться и из 5%, особенно если к концу срока эксплотации брать, а для ядерного взрыва и 20% недостаточно
Недавно на харбре была стать я про 93 грамма стронция, про которые "забыли"...
Прекрасный обзор.
Мне всегда интересно как у таких реакторов будет обстоять дело с материаловедением и контролем качества металла при эксплуатации.
Как вот проверить, например, что патрубки передачи теплоносителя в парогенератор не полопались (как они имеют обыкновение делать на некоторых "больших" реакторных установках)
Для территорий где живёт 99% людей проще и дешевле кинуть провод и поставить пару трансформаторов. Что, в реальности, и делается. Кроме РФ не так много стран с таким количеством неосвоенных территорий. По этому проекты малых АЭС, я так думаю, так и будут болтаться в разделе атомной экзотики.
Актуальнее научить текущие реакторы РФ суточному маневрированию в широких пределах без ущерба безопасности.
Актуальнее научить текущие реакторы РФ суточному маневрированию в широких пределах без ущерба безопасности.
Это во-первых, сложно, во-вторых, не имеет особого экономического смысла, так как затраты на содержания реактора почти на зависят от мощности. ИМХО, проще избытки тратить на что-нибудь вроде выплавки алюминия, гидролиза водорода или тупо греть воды для отопления и горячего водоснабжения «про запас».
У нас многие города задыхаются от смога из-за угольной генерации, ну и где эти малые реакторы, именно там, где они так нужны? Десятилетиями только планы от Росатома, одна станция в Певеке за 30 лет.
Плюс на добыче много народа болеет и умирает.
Малые АЭС и зачем они нужны