О совершенствовании ядерного топлива

    image

    Ключевым элементом в системе производства атомной энергии является ядерное топливо. То самое, дорогое высокотехнологичное изделие, над созданием которого трудятся сотни инженеров на протяжении последних 50 лет. Однако, тяжелые аварии, например, на АЭС Три Майл Айленд и Фукусима-Дайичи, показали, что в экстремальных условиях ядерное топливо скорее всего потерпит неудачу и авария приведет к существенным последствиям.

    Признавая, что нынешние конструкции топлива уязвимы к тяжелым авариям, возобновляется интерес к проектам альтернативного топлива, которые будут более устойчивыми к отказу и производству водорода, как главному фактору, который приводит к этому отказу. Такие новые конструкции топлива должны быть совместимы с существующими топливными и реакторными системами и соответствовать всем нормативным требованиям современной атомной энергетики.

    Немного к истокам и нынешнее положение дел


    Около 400 работающих во всем мире энергоблоков АЭС, обеспечивающих свыше 1/10 выработки электричества на планете, за целый год потребляют меньше топлива (по весу), чем одна не самая крупная угольная электростанция — за один день.
    Такая вот обобщенная статистика для понимания энергоемкости ядерного топлива.

    Нынешнее ядерное топливо или тепловыделяющая сборка (ТВС) для большинства АЭС это машиностроительное изделие, представляющее собой пучок циркониевых цилиндрических оболочек (ТВЭЛов), заполненных таблетками из обогащенного урана и газом под давлением. Данный пучок объединяется в единую конструкцию дистанционирующими решётками «сотового» типа, закреплёнными на центральной трубе.

    image
    Входной контроль ТВС «западного» дизайна на АЭС

    Считается, что цирконий в качестве оболочки ТВЭЛ впервые был предложен адмиралом Хайманом Риковером в июне 1946, для программы транспортных реакторов морского флота США. Данный материал обладает нужными свойствами и прекрасно зарекомендовал себя за долгое время.

    В качестве материала таблеток повсеместно используется оксид тяжелого металла. Обычно это диоксид урана, гораздо реже — смесь окисей урана и плутония. Используется в современных энергетических реакторах уран с содержанием изотопа 235U, не превышающим 5%, в том числе уран природного изотопного состава (~0,71%) или слабообогащенный.

    При сохранении перечисленных общих черт на протяжении последних десятилетий происходило постепенное изменение «вторичных» конструктивных признаков тепловыделяющих сборок. Это улучшало потребительские свойства топлива, его надежность и безопасность, обеспечивая ощутимое конкурентное преимущество с ранними версиями ТВС.

    Вот некоторые из них:

    1. Увеличение уровня обогащения: в 1970-х годах оно едва превышало 3%, тогда как сегодня максимальное обогащение для легководных реакторов приближается к 5%. Наряду с повышением уровня обогащения происходит его профилирование в активной зоне реактора — вплоть до различий между частями таблетки в перспективном топливе.
    2. Увеличение загрузки урана по массе. Это изменение произошло прежде всего за счёт изменения геометрии ТВЭЛ и конструкционных частей ТВС. Например, для реакторов ВВЭР увеличивалась длинна «топливной» части сборки – приблизительно на 15 см. Для реакторов западного дизайна со временем изменилось количество ТВЭЛ в сборке квадратного профиля: было 15x15, стало 17x17.
    3. Существенные изменения в циркониевых сплавах. Яркий пример модернизации материалов оболочек — повсеместное внедрение ниобия в качестве одного из главных легирующих элементов. В противоположность сплавам, распространенным в прошлом, в которых ниобий отсутствовал или содержался в незначительных количествах (Zircaloy 4, Zircaloy 2), стали господствовать материалы, содержащие порядка 1% ниобия. Это касается, например, фирменных сплавов Westinghouse (Zirlo, улучшенный Zirlo, AXIOM), Framatome/Areva (сплавы M5, Q) и Росатома (сплавы Э110, Э635). При этом в ряде циркониевых сплавов уменьшались или исключались такие составляющие, как олово, никель и хром. Совершенствовались технологии по минимизации содержания гафния в циркониевом сплаве.
    4. Комплексное усовершенствование конструкций ТВС. В течение развития исключались некоторые элементы конструкции сборок (кожухи и чехлы ТВС). Появлялись решения, повышающие прочность тепловыделяющей сборки, её устойчивость к деформациям, решения, обеспечивающие дополнительную целостность ТВЭЛ (внедрение антидебрисных фильтров) и удовлетворяющие новые регуляторных требования, например, к сейсмостойкости. Конструкцию ТВС сделали разборной, тем самым допустив замену отдельных ТВЭЛов и продолжение эксплуатации.

    Выше перечислены далеко не все, а скорее самые основные изменения в конструкции топлива, которые произошли с момента фабрикации первых ТВС.

    Камень преткновения


    Из первого пункта можно догадаться, что нынешние ТВС за долгое время развития уже успели дойти до предельных показателей эффективности и безопасности, но как минимум два фактора ныне обязывают конструкторов продолжать совершенствовать ядерное топливо дальше.

    Учитывая колоссальную удельную мощность энерговыделения активной зоны легководного реактора ~ 150 Вт / см3, в сочетании с возможностью введения положительной реактивности или потерей охлаждения в этой сложной системе, инженеры, проектирующие реакторы ещё с самого начала понимали важность проектирования систем безопасности.

    Чтобы разработать стратегию смягчения последствий, при возникновении аварий, за основу для проектирования систем безопасности были взяты два вида событий: события, основанные на положительном вводе реактивности (reactivity insertion accident (RIA)) и события основанные на потере теплоносителя (loss-of-coolant accident (LOCA)). Основные системы безопасности специально проектировались для реагирования на данные проектные события.

    Но опыт таких аварий как на АЭС Три Майл Айленд и Фукусима-Дайичи доказал, что при множественных отказах и наложениях исходных событий, активные системы безопасности не в состоянии справится с возложенными на них функциями, в особенности отводе остаточного тепла от ТВС, находящихся в активной зоне.

    Уравнение теплопереноса в его простой форме хорошо объясняет происходящее в ядерном реакторе при развитии аварии с потерей теплоотвода:

    image

    Левая часть уравнения описывает изменение температуры (T) по времени (t); данное изменение также определяется теплоемкостью материалов в активной зоне (рСр). Первое слагаемое в правой части в общем случае представляет в упрощенной форме процессы теплообмена (кондукцию, конвекцию и излучение) для отвода тепла от активной зоны. Второе слагаемое – количество генерируемого тепла в активной зоне (Q).

    Во время протекания вышеупомянутых событий, нарушается режим охлаждения активной зоны, первое слагаемое правой части становится численно меньше и тепло Q постепенно вызывает увеличение температуры. С того момента, как активная зона реактора становится частично или полностью оголенной (падает уровень воды, вода сменяется паром), резко падает эффективность теплоотвода от активной зоны, температуры ТВЭЛ продолжают расти, что служит началу химической и физической деградации ТВЭЛов. Физическая деградация оболочки ТВЭЛ начинается при температурах (700-1000 ̊С) и вызывает вздутие и разрыв оболочек.

    Химическая деградация выражается, главным образом, путем парового окисления циркония. Ключевым фактором является экзотермичность данной реакции. И конечно же, продуктом данной реакции является взрывоопасный водород. Для примера, ~ 125 кг циркония в каждой топливной сборке реактора под давлением производят около 820 МДж тепла и более чем 2700 моль газообразного водорода при реакции с паром.

    В зависимости от проекта легководного реактора, около 25-40 тонн циркония присутствует в активной зоне, при полном окислении которого будет произведено огромное количество тепла, в добавок к остаточному (в лучшем случае) энерговыделению самого топлива.

    image
    Величина тепловой мощности системы в зависимости от времени останова реактора с учетом экзотермической реакции окисления циркония

    Сгенерированный водород, в свою очередь, не будет мирно скапливаться, и без должного срабатывания систем по его утилизации, приведет к масштабному взрыву или пожару, пока активная зона может проплавить корпус и взяться за бетон реакторного отделения.

    Концепция топлива, устойчивого к авариям


    Описанный выше апокалиптический сценарий в основных чертах повторяет события на АЭС «Фукусима» в 2011 году. Данное событие привело к пересмотру ряда стандартов ядерной безопасности, особенно касающихся серьезных проектных и запроектных аварий (с полным обесточиванием реакторной установки и потерей теплоносителя). В том числе благодаря этой аварии во многих регионах мира обострилась конкуренция АЭС с другими энергоисточниками, что значительно повышает требования к экономике атомных станций, а также их безопасности (при равных или порой проигрышных экономических показателях проектов инвесторы могут отдать предпочтение неядерным источникам энергии).

    Данный фактор существенно повышает требования ко всем элементам производства электроэнернегии на АЭС в особенности к ядерному топливу. В нынешнем десятилетии активизировались работы по созданию принципиально нового топлива, способного противостоять условиям тяжелых аварий при сохранении или повышении экономических показателей и безопасности при нормальной эксплуатации. Множество разработок такого рода получили собирательное название Accident Tolerant Fuel (ATF) — топливо с повышенной устойчивостью к авариям.

    В основе философии изменений конструкции ТВС лежит замены материалов основных компонентов ядерного топлива, в основном оболочек ТВЭЛ и топливных таблеток на материалы, которые будут более устойчивы к процессам, происходящим в момент протекания аварии.

    Оболочка ТВЭЛ

    Основным подходом в выборе материалов оболочки ТВЭЛ для ATF топлива является необходимость исключения или снижения степени пароциркониевой реакции и, как следствие, выделения дополнительного тепла и водорода. Быстрое и очевидное решение —применение защитного покрытия поверхности циркониевой оболочки. Тонкие покрытия на оболочку циркония должны оказывать минимальное влияние на тепло- и нейтроннофизические характеристики топлива. Учеными было установлено, что хорошую устойчивость к паровому окислению при высоких температурах имеют хром, алюминий, кремний. Данные примеси демонстрируют стабильность в высокотемпературной паровой среде, не смотря на то что могут несколько реагировать с паром.

    image
    Скорость параболического окисления для различных материалов в паре в зависимости от температуры

    Как видно из графика, скорость окисления этих материалов, которые образуют и соответственно защищены своими оксидными пленками на два порядка ниже чем скорость окисления циркония. Снижение скорости парового окисления непосредственно влияет на скорость выделения тепла и водорода при тяжелой LOCA в активной зоне реактора.

    Покрытие оболочек ТВЭЛ металлическим хромом ныне считается самой перспективной технологией для дальнейшего развития. Также перспективными считаются оболочки ТВЭЛ без использования циркония, например материалы FeCrAl, и SiC/SiC.

    image
    Тестирование кремниевой оболочки топлива EnCore (Westinghouse) при температуре выше 1300ºC

    Топливные элементы

    Вторым по значимости направлением в развитии ATF топлива является выбор и обоснование материала топливной матрицы, которая будет обладать лучшей, по сравнению с классической керамикой, теплопроводностью. Это, в свою очередь, требует решения ряда возникающих проблем: предотвращения химических реакций оболочки и топлива, распухания и повреждений оболочки топливом, локализации продуктов деления и т. д.

    Институт атомной энергии Южной Кореи (KAERI) работает над созданием микроэлементных таблеток (microcell) для увеличения способности удержания продуктов деления и лучшей, по сравнению с обычными таблетками диоксида урана, теплопроводности.

    image
    Концепт микроэлементной топливной таблетки

    На рисунке показана концептуальная иллюстрация, где видно, что зерна или гранулы UO2 окружены тонкой стенкой. Главной задачей создания таких таблеток является уменьшение выхода продуктов деления из таблетки. Улучшенная возможность удерживать продукты деления уменьшает коррозионное растрескивание под напряжением с внутренней стороны ТВЭЛ, вызванное йодом и цезием.

    Ожидается, что это может положительно влиять на прочность топливных стержней. Также микроэлементная структура предотвратит массированную фрагментацию таблетки при аварии, тем самым обеспечив дополнительное удержание радиоактивных продуктов деления.

    Теплопроводность таких таблеток можно повысить с помощью добавления материалов с высоким коэффициентом теплопроводности, например, используя металлы в виде стенки одного элемента.

    image
    Типичная структура микроэлементных таблеток с металлом

    Данное изменение позволит снизить температуру в центре таблетки при нормальных и аварийных условиях эксплуатации ТВЭЛ.

    Для понимания того, как вышеупомянутые нововведения реализуются на практике, приведу следующий пример. Westinghouse создает толерантное топливо под маркой EnCore, которое представляет собой таблетки силицида урана U3Si2, заключенные поначалу (на первом этапе данной программы) в оболочку из хромированного циркониевого сплава Zirlo.

    Как ожидается, топливо из силицида урана превзойдет традиционное диоксидное более чем в 5 раз по теплопроводности и на ~1/5 по плотности, а поглощение нейтронов карбидокремниевой оболочкой должно быть на ~1/4 меньше, чем у сплавов циркония.

    Благодаря последним двум параметрам компания предполагает удержать обогащение EnCore в пределах 5%, что облегчит его продвижение на рынке. В 2018 году Westinghouse планирует наладить опытное производство ТВЭЛов в хромированной циркониевой оболочке, в 2019 году — начать их испытание в составе штатных топливных сборок на АЭС «Байрон» в США.

    Итоги


    Изменения, описанные выше являются частью фактически реализуемых проектов сейчас. Возможно, в будущем мы станем свидетелями внедрения более экзотических решений.

    Пока только стоит отметить, что появление на рынке экономически выгодных и новых, с точки зрения безопасности, проектов ядерного топлива поможет укрепить позиции атомной энергетики в мире.

    Автор: Яценко Михаил.

    Источники:

    1. Kurt A. Terrani «Accident tolerant fuel cladding development: Promise, status, and
      challenges»;
    2. IAEA-TECDOC-1797 «Accident Tolerant Fuel Concepts
      for Light Water Reactors»;
    3. Материалы журнала «Атомный эксперт» №3, май 2018.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 53

      –5
      Печально, что Чернобыльская авария в статье не упоминается и следовательно не привела ни к каким совершенствованиям ядерного топлива.
      Не учимся на ошибках.
        +4
        Да нет, после аварии там очень много чего пересмотрели и изменили, в т.ч. на действующих реакторах этого же типа (РБМК). Ну и вообще кипящие реакторы после Чернобыля по сути всё.
          +1
          Системы безопасности, эксплуатационные инструкции, в топливе поменялось обогащение, которое скорее больше влияет на общие параметры активной зоны.
          +8
          Авария на ЧАЭС случилась не из-за недостатков в конструкции топлива. Она случилась по другим причинам, которые к топливу имеют косвенное отношение.
            +1

            На Фукусиме аналогично. Вопрос не в причинах аварии, а в минимизации

              +1
              Да, спасибо, за то что поправили. Вопрос как раз в том, что Фукусима ярко показала, что при отсутствии должного охлаждения, в начале целая активная зона сама себя расплавит, еще и к взрыву приведет.
              На ЧАЭС после взрыва не было понятия целостной активной зоны.
                0
                Фукусима ярко показала, что при отсутствии должного охлаждения, в начале целая активная зона сама себя расплавит, еще и к взрыву приведет

                Мне кажется, это вполне самоочевидно любому, кто оставлял на включенной газовой плите пустой чайник.
              0
              Чтобы разработать стратегию смягчения последствий, при возникновении аварий, за основу для проектирования систем безопасности были взяты два вида событий: события, основанные на положительном вводе реактивности (reactivity insertion accident (RIA)) и события основанные на потере теплоносителя (loss-of-coolant accident (LOCA)). Основные системы безопасности специально проектировались для реагирования на данные проектные события.

              Вы хотите сказать что в чернобыльской аварии не произошло ни первого, ни второго?

              На всякий случай моя версия
              inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/068/28068587.pdf
                0
                Нет, я не хочу этого сказать. Я просто не упоминал ЧАЭС и реакторы РБМК в статье, потому что их топливом заниматься уже никто не будет. РБМК в России доработают свой ресурс и будут остановлены. Новые блоки канального типа с графитовым замедлителем не пускаются.

                На ЧАЭС была реактивностная авария.
                0
                У вас довольно упрощенное представление о протекании аварии на ЧаЭС, там реализовался один из упомянутых в статье сценариев — повышения реактивности, после чего разрушилась активная зона, а в последствии циркониевые оболочки ТВЕЛ-ов прореагировали с водой с выделением водорода (~200кг), который привел к взрывы тротиловым эквивалентом ~10т.
                Этого дополнительного взрыва водорода могло не быть если бы использовалось более совершенное ЯТ без циркониевых оболочек.
                0
                Вы РБМК с «Кипятильниками» не путайте.
                +1
                К сожалению, после статьи осталось ощущение недосказанности, в частности почти нет сравнений или описания ТВЭЛ для ВВЭР-1000. Их то же дорабатывали и улучшали (улучшают), в каком направлении движется сейчас развитие ТВЭЛ под ВВЭР-1000?
                И хотелось бы у автора узнать, в чем разница и есть ли различия в квадратной форме ТВЭЛов и шестиугольных (сотовых)?
                Так же не очень понятно из статьи, почему продолжают держаться за цирконий? если он такой коварный? В чем преимущество новых материалов (или наоборот, чем приходится пожертвовать?)
                ps: лично моё мнение, что хромовое покрытие, если будет тонким, то в случае аварии за расчетным пределом деформируется, треснет и тогда цирконий вступит в реакцию и реализуется эффект положительной обратной связи, но с худшими последствиями. Выход может быть только в одном — полный отказ от циркония.
                  +1
                  Цирконий в своё время оказался удачным выбором благодаря относительно высокой прочности в рабочем диапазоне температур, коррозионной стойкости и низкой степени поглощения нейтронов. Это соотношение свойств выигрывает именно в легководных реакторах. В газовых, например, использовались магниевые сплавы, а в быстрых подходит и нержавейка.
                  +1
                  После прочтения поискал плашку «перевод», но нашел только «автор» и «источники».
                  Владение даже техническим русским вызвало приступ уныния. Тема интересная, важная, но…
                  Взять хотя бы фразу
                  в экстремальных условиях ядерное топливо скорее всего потерпит неудачу и авария приведет к существенным последствиям

                  Топливо одушевленное? Речь, если я таки правильно понял, идет о конструктивных элементах, содержащих «ядерное топливо».
                  Перевод без вычитки. Не верю я, что инженер/ученый в области ядерной энергетики не может адекватно изложить суть обсуждаемого предмета. Или Вы из «солсберецких»?..
                    +2
                    Спасибо за Ваш отзыв! Обрабатывал информацию, для этого и указывал источники. Вопрос сложный и без иностранных источников было не обойтись. По поводу «одушевленного топлива». Оборудование отказывает, отказывает топливо. Топливо потерпит неудачу=откажет, на всякий случай поясню. С технической стороны вопрос раскрыт.
                    По поводу «солсберецких» — читайте правила сайта.
                      0
                      Fuel will fail- так было в оригинале?
                      Прошу прощения, заглянул в профиль. А то ники разные бывают. В Вашем случае неродного русского такие fail прощаются.
                        0
                        Для Вас, мой ленивый комментатор, Я и привёл ссылки на источники. Не просите прощения.
                      +2
                      Да, очень похоже на машинный перевод без постредактирования.
                      Однако, тяжелые аварии, например, на АЭС Три Майл Айленд и Фукусима-Дайичи, показали, что в экстремальных условиях ядерное топливо скорее всего потерпит неудачу и авария приведет к существенным последствиям.

                      Признавая, что нынешние конструкции топлива уязвимы к тяжелым авариям, возобновляется интерес к проектам альтернативного топлива, которые будут более устойчивыми к отказу и производству водорода, как главному фактору, который приводит к этому отказу.

                      Предположительно, вот первоисточник:
                      www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE1797web.pdf
                      Severe accidents, such as those at the Three Mile Island and Fukushima Daiichi have shown that
                      under such extreme conditions, nuclear fuel will fail and the high temperature reactions between
                      zirconium alloys and water will lead to the generation of hydrogen, with the potential for
                      explosions to occur, damaging the plant further.

                      Recognizing that the current fuel designs are vulnerable to severe accident conditions, there is
                      renewed interest in alternative fuel designs that would be more resistant to fuel failure and
                      hydrogen production.

                      Конечно же, hydrogen production — это не «производство водорода», а образование водорода (как вариант, выделение водорода). Термин fuel designs, наверное, можно перевести как «конструкция топливных сборок». А фразу nuclear fuel will fail можно передать, например, как «произойдет разрушение топливных сборок».
                        0
                        P.S. Как говорится, лучше позже, чем никогда. Я полистал англоязычный документ, ссылку на который привел выше, и пришел к выводу, что там речь идет, наверное, не о топливных сборках, а о ТВЭЛах (тепловыделяющих элементах), которые входят в состав этих самых сборок. Извиняюсь, если ввел кого-то в заблуждение.
                      0
                      «за целый год потребляют меньше топлива (по весу), чем одна не самая крупная угольная электростанция — за один день» — это же после очистки, а если посчитать «отбракованую» породу?
                        0
                        Уголь тоже не на деревьях растет. И его добыча и сжигание также не очень «чистые»
                          0
                          Если бы уголь рос на деревьях, его бы добыча была бы гораздо сложнее.
                        +1
                        Спасибо, очень интересно.
                        Появились вопросы:
                        Westinghouse создает толерантное топливо под маркой EnCore, которое представляет собой таблетки силицида урана U3Si2, заключенные поначалу (на первом этапе данной программы) в оболочку из хромированного циркониевого сплава Zirlo.
                        Топливо из силицида урана превзойдет традиционное диоксидное более чем в 5 раз по теплопроводности и на ~1/5 по плотности, а поглощение нейтронов карбидокремниевой оболочкой должно быть на ~1/4 меньше, чем у сплавов циркония.
                        Благодаря последним двум параметрам компания предполагает удержать обогащение EnCore в пределах 5%, что облегчит его продвижение на рынке.

                        В новых ТВС сечение поглощения будет меньше, на 25%, тогда не понятно, какие проблемы с удержанием обогащения 5%? Должно и 4% хватить.
                        Почему-то не сказано, приведет ли внедрение хрома в активную зону к дополнительной потере нейтронов и, соответственно, как скажется на обогащении и стоимости топлива.
                        Усложнение АЭС может привести к потере их конкурентных преимуществ среди источников энергии. А заявления, что мы станем «свидетелями внедрения более экзотических решений..» оптимизма не добавляют, но вне всякого сомнения добавят стоимости к квтчасу.
                        Мы и так уже стали свидетелями колоссального ужесточения регуляторов (и с моей точки зрения, не всегда разумного и обоснованного). Количество каналов безопасности увеличилось в новых проектах до 5, и что? Рядовое событие на АЭС Фукусима показала всю ущербность этих усилий.
                        "появление на рынке экономически выгодных и новых, с точки зрения безопасности, проектов ядерного топлива поможет укрепить позиции атомной энергетики в мире
                        Не существует таких проектов, направления антагонисты, либо выгода, либо безопасность. А поскольку стоимость э/э растет, то и атомщики бодро подключились к экономически выгодному для них повышению безопасности.
                          0
                          Ядерное топливо совершенствуется — это конечно очень здорово. Но насколько на хватит существующих запасов если уже наблюдается дефицит?
                          Быстрые реакторы которых должно было уже быть вагон и маленькая тележка в массовом производстве не замечены. Заводов по переработке отработанного топлива нет.
                          И не кажется ли что при существующих темпах развития все полимеры уже протеряны и ториевого цикла мы никогда не увидим и в ближайшие 400 лет будем вынужены топить углём?
                            0
                            Урана хоть седалищем жуй. Другое дело что его добыча нерентабельна при нынешних ценах на него.
                            Переработка есть но… Этот цикл короткий. Топливо может побывать в реакторе 1-2 раза, то есть 1-2 цикла переработки.
                              0
                              Это тория хоть жопой жуй на 4000 лет. А урана не так много как кажется. Почему 40% потребляемого урана берут из запасов которые скоро кончаться, если хоть жопой жуй. И при нерентабельной добыче, в ближайшие вырастут цены и реакторы встанут колом. Останутся только военные реакторы.
                              +1
                              Вы будете удивлены но такие заводы есть например Маяк.
                                0
                                А вы озвучьте сколько топлива надо переработать и сколько и что они могут.
                                  0
                                  Услугами предприятия Маяк пользуется весь ( нормальный ) мир.

                                  А «ненормальный» мир, как вассалы янки в Японии, вместо сотрудничества с Россией, складируют переработанное топливо в сарайчиках. И когда цунами эти сарайчики смыло, а топливом засыпало рабочие залы АЭС, и получилось, что в течение 2-х недель Японская АЭС и её личный состав героически не желали чистить последствия своего преступного политического спектакля, и спокойно ждали, пока патрон — США — выполнят свои контрактные обязательства. Обама играл в гольф. Вода, залившая рабочие залы, устроила то, что она всегда делает — короткие замыкания в проводке, в результате температурный цикл активной зоны вышел из под контроля, насосы охлаждения отключились, по причине плавких предохранителей расплавившихся в результате короткого замыкания. А вторичные насосы не смогли завестись, поскольку ( по мудрому решению Американских проектировщиков, пытавшихся защитить дублирующие линии от агрессора, который мог быть, в их пресвященных умах единственной причиной обрыва в работе первичных устройств, и. е. Российской Федерации ) были построены в подвальных помещениях, и их дизельные моторы, залитые водой не смогли завестись.

                                  Первопричина аварии Фукусимы в политических решениях руководства США, их дикости, расовой ненависти, и невежестве. Можно ли спрашивать что — то с Японии в этой ситуации дело экспертов человеческих отношений и военно — дипломатического анализа Американо — Японских отношений. Для простого человека должно быть прозрачно, что люди, относящиеся с подобным пренебрежением к жизни и благополучию своих собственных сограждан, будь — то соверен или его вассалы, что от них ждать по отношению к тем, кого они считают чужими.
                                      0
                                      Пепел Клааса стучится в чье-то сердце… Персонал там не американцев ждали, а мудрого решения местного руководства, которое либо было занято последствиями одного из самых разрушительных цунами в этом веке, либо просто было недоступно из-за обрывов связи и бардака по вышеупомянутой причине. США проектировали станцию исходя совсем не из-за возможного нападения СССР, а по выданным им, опять же, самими японцами условиям, где волны высотой в 15 метров не упоминались, зато были землетрясения, которые и не позволили аварийные дизеля поставить повыше.
                                0

                                Топливо это, наверное, хорошо, но меня интересует вопрос: когда мы наконец-то уйдём от добывания электроэнергии методом паровоза на ядерном топливе?

                                  0
                                  Бета-распад могут позволить себе только вояки.
                                    –1
                                    Да просто обидно как-то…
                                    image
                                    0
                                    Наверное, примерно тогда же, когда люди перестанут ездить на работу по утрам, разгоняя металло — пластмассовые коробочки, в которые сами себя запихивают как сельди в бочке десятками, а потом разгоняют на встречных курсах, до скорости на которой человеческий скелет превращается в крошку при столкновении. А потом частенько печатают в газетах, как скелеты превратились в крошку, добавляя «это была случайность».

                                    Иными словами, один человек может задать столько вопросов, что все мудрецы никогда не ответят. Особенно, когда вопросы бессмысленные и глупые.

                                    Что касается АЭС, до за 70 лет их эксплуатации инженерами СССР, которые их создали, не было ни одного случая, в котором техника была причиной происшествия. И потому АЭС Три Майл Айленд в строю, сегодня.
                                      0
                                      Подобное словоблудие про корочки гораздо глупее самого вопроса
                                      0
                                      Вово, меня тоже всегда это удивляло. Я не очень физик, но неужели нет какого-то способа преобразовать напрямую тепло в электричество с хорошим кпд. Пусть даже на данный момент теоретического…
                                        +1
                                        Существует термоэлекрический эффект, но его КПД довольно низкий.
                                        О практическом применении можно почитать, вбив в поиск, «элемент Пельтье».
                                          0
                                          На сегодня АЭС это самый компактный, дешевый и безопасный инструмент производства электроэнергии для нужд людей.

                                          Весь мир ищет пути, как их строить. А в научном журнале России кучка отщепенцев пытается поднять скандал на тему «мне богородица во сне казала, что это не правильно, после того как я к мощам приложился», с фотографиями из статей описывающих дорожные ДТП с кишками младенцев наружу.
                                            0
                                            С какой целью вы мне это пишите? Я просто указал uups'у способ получения э/энергии.
                                              0
                                              Мы тут о том как отказаться от всяких паровых механизмов, а не о вреде АЭС.
                                              0
                                              Да я про Пельтье знаю. Но КПД не очень и мне интересно, это какие-то фундаментальные ограничения или просто по какой-то причине этим вопросом не занимаются? Ну просто по логике получать напрямую из тепла электричество без каких-либо движущихся механизмов было бы гораздо удобнее.
                                              0
                                              Фундаментальные ограничения на КПД есть. Максимальный теоретический КПД не может быть больше (Т2-Т1)/Т1. Здесь Т2 — «горячая» температура, Т1 — «холодная». И неважно, какая там физика внутри. Хоть паровоз, хоть нано-позитроника. Второму началу термодинамики пофиг.
                                              Т1 на нашей Земле задано климатом — это примерно 300К, температура окружающей среды. Ближе к полюсам прохладнее, ближе к экватору жарче, но в среднем примерно так. Абсолютно все электростанции в мире, кроме гидро- и ветряков, стоят или возле водоёма (и сбрасывают тепло в воду), или имеют воздушное охлаждение (и сбрасывают тепло в воздух). Хоть АЭС, хоть тепловые, хоть солнечные. Других вариантов нет. Гениальная идея поставить холодильник разбивается об тот банальный факт, что холодильник потратит больше энергии, чем даст эффект от его внедрения.
                                              Теперь про АЭС: примерно все действующие АЭС, кроме Белоярской, используют в качестве теплоносителя жидкую воду. Ну потому что дёшево и сердито. Но с водой вот какая штука: при 600К она ещё может оставаться жидкой при давлении порядка 100 атмосфер. А вот при 700К уже превращается в пар при любом давлении. Пар развивает буквально «любое давление» и разрывает реакторы и трубопроводы, что мы, собственно, и наблюдали в Чернобыле. Теоретический КПД не превышает 50%, реальный ниже 40% (с учётом потерь и затрат на собственные нужды реактора).
                                              В Белоярске эксплуатируются два реактора — БН-600 и БН-800, использующих в качестве теплоносителя расплавленный металл (а именно, натрий). Реакторы всяких там ледоколов, подлодок и авианосцев также работают на расплавленном металле, но там обычно свинец и/или висмут. Это позволяет поднять температуру до 1000К, (плюс-)минус пару сотен Кельвинов, а теоретический КПД до ~70%. Но экономически это вообще нифига не оправдано, реакторы на воде в разы дешевле. В Белоярске работают на очень отдалённую перспективу, когда закончится дешёвый природный уран. А на судах свои тонкости: много бесплатной холодной воды прямо под боком, жесткие ограничения по массе и габаритам и, вообще, «партия сказала надо».
                                              Наконец, были газоохлаждаемые реакторы. Т.е. вместо воды — гелий, или реже водород. Там температуры можно поднять до 1500-2000К. Дальше включается ядерный эффект Допплера, плюс мы просто не знаем материалов, способных работать в реакторе при таких температурах (был РД-0410, работавший при 3000К, но его ресурс работы составлял 1 час). Такие реакторы были в промышленной эксплуатации в США, СССР, Франции, Германии и Японии. Для энергетики ценник выходил совершенно безумным, но такие реакторы использовались там, где нужна очень высокая температура сама по себе (металлургия и т.п.). Но после Чернобыля всё везде накрылось медным тазом во всём мире. На рубеже 2000 года была вялая совместная попытка США и России сделать такой реактор для переработки протухшего оружейного плутония, но дальше испытаний топлива дело не дошло.
                                                0
                                                Во-первых, совсем не Белоярск. Или Белоярский район, или деревня Белоярка, или, на самом деле, город Заречный Свердловской области.
                                                Во-вторых, вопрос Landgraph был скорее про en.wikipedia.org/wiki/Direct_energy_conversion, то есть почему энергетике уже не один десяток лет, а АЭС до сих пор греют воду.
                                                  0
                                                  Максимальный теоретический КПД не может быть больше (Т2-Т1)/Т1. Здесь Т2 — «горячая» температура, Т1 — «холодная».

                                                  Все-таки (T2-T1)/T2. Иначе было бы замечательно конечно.

                                                    0
                                                    Занятно. Только вот как тогда работают ТЭС на сверхкритических параметрах пара вплоть до 550 — 650 С (это более 800К)? Нарушают законы физики? Проблема высоких температур в реакторах упирается в характеристики материалов активной зоны. Пока не нашли материал который бы не жрал нейтроны и выдерживал значительные температуры и давления. Почему же в натриевых реакторах температура повыше? Они работают на быстрых нейтронах, что позволяет использовать в твэлах жаростойкую нержавейку, которая этим быстрым нейтронам не преграда. Однакож и обогащение топлива там на порядок выше чем в ВВЭР.
                                                      0
                                                      Там у меня обчепятка, следует читать (T2-T1)/T2. Для 800К (и 300К «наружных») это даёт теоретический предел кпд 62.5%.
                                                      С повышением температуры реакторов две проблемы. Первая, как вы пишите, в материалах, только там ещё важный фактор — устойчивость к коррозии теплоносителем (а горячий пар — он очень любит жрать всё подряд). Поэтому замена воды на натрий, свинец, или в пределе гелий/водород позволяет поднять температуру.
                                                      Вторая — ядерный эффект Доплера. Атомы урана начиная с 1500-2000К колеблются уже так быстро, что начинают размываться резонансы поглощения нейтронов, и цепная реакция начинает «тухнуть». Собственно, газоохлаждамые (гелием или водородом) высокотемпературные реакторы имеют отличную пассивную безопасность. Материалы реактора, замедлитель (графит) и само топливо «держат» обычно до 3000К и выше, и если включить реактор с неработающим контуром охлаждения, он нагреется до своей критической температуры в 2 с чем-то тысячи К и будет находиться в этом состоянии без разрушения конструкции.
                                                      0
                                                      Спиновые эффекты с вторым законом термодинамики никак не конфликтуют.

                                                      Если рассматривать все волновые процессы обмена информацией — энергией, то симфонический оркестр сидящий на сцене вместо передачи музыки нагревал бы комнату своими смычками. Но, тем не менее, благодаря гармонии когерентного сигнала, кинетическая энергия смычка и струны превращается в звук, который преодолевая большие расстояния вызывает одинаковый эффект у слушателей, независимо от их количества, а изменения температуры не происходят.

                                                      Вообще, особенность всех законов физики в том, что они требуют точного описания контекста, среды, в которой их применяют. Так вот, среда/контекст когерентного сигнала никогда не противоречила законам физики, но события в этой среде разворачиваются иначе, чем обычно описывается в учебниках для учеников средней школы. И в этом контексте коэффициент передачи сигнал — энергия от источника к приемнику стремится к единице.

                                                      И здесь возникает совершенно четко отслеживаемый парадокс современных исследователей извлечения энергии с КПД превышающим статистическую среднюю. Они пытаются использовать в своих экспериментах физические явления, основывающиеся на работе выполненной частицами возбужденными хаотично, будь то пламя огня или подобное. В подобных системах максимальный КПД не 1/2, а 1/2 в степени логарифм дистанции от источника возбуждения до места извлечения энергии. То есть КПД 1/2 это результат неправильного подхода к вычислению полученной работы, на самом деле он намного ниже. Мало того, КПД за тем надо разделить на коэффициент потерь физической мембраны, которая присутствует в инструменте сбора сигнала — энергии.

                                                      То есть если рассудить, то КПД 50% буквально означает не КПД извлекаемый из источника энергии, а потери на механическое трение внутри двигателя. На самом деле КПД современных систем не превышает, на вскидку, 10%, возможно ниже.

                                                      Самое ужасное, это если вообще убрать трение, то КПД останется на уровне 20%. Что, конечно, в 2 раза лучше, но в плане порядкового изменения не существенно. Тот, кто первый решит эти проблемы заселит космос.
                                                  0

                                                  Жаль, что в холодных и пустынных областях РФ не строят огромные поля РБМК-реакторов, с охлаждением через форточку, в комплекте с огромными датацентрами (с охлаждением через форточку)...

                                                    0
                                                    Зачем они там? Ни инфраструктуры, ни потребителей, ни обслуживающего персонала.
                                                      0
                                                      • датацентры съедят энергию от АЭС.
                                                      • смены обслуживания АЭС и ДЦ (молодых парней) можно забрасывать вертолетами. вахтами.
                                                        ** обслуживающий [их женский] персонал — тоже.
                                                      • Если что-то пойдет не так → будет вот совсем не очень страшно, и жалко, но ---
                                                        0
                                                        Только для строительства ЭС и потребителей необходимо будет там построить и запустить заводы стройматериалов и всего прочего. Слишком затратный проект.
                                                        ДЦ можно строить возле существующих ГЭС Сибири, но там не очень холодно.
                                                          0

                                                          Ну фишка РБМК что они не требуют сложности корпусных реакторов… бетон, металлоконструкции. Вполне реально забросить. Не нужно будет 100500 перестраховок, как если строить в населенных пунктах.


                                                          ДЦ возле ГЭС идея тоже интересная, там проточной водой можно охладить все. Но это не про АЭС.

                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                  Самое читаемое