Desafortunadamente, es imposible crear un reactor microatómico para las necesidades domésticas, y he aquí por qué. El funcionamiento de un reactor atómico se basa en la reacción en cadena de la fisión de núcleos de Uranio-235 (²³⁵U) por un neutrón térmico: n + ²³⁵U → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + γ (202,5 MeV) + 3n. La imagen de la reacción en cadena de fisión se muestra a continuación.
En la Fig. Se puede observar cómo un neutrón que ingresa al núcleo (²³⁵U) lo excita y el núcleo se divide en dos fragmentos (¹⁴¹Ba, ⁹²Kr), un cuanto γ con una energía de 202,5 MeV y 3 neutrones libres (en promedio), que a su vez puede dividir los siguientes 3 núcleos de uranio que se interpusieron en su camino. Por lo tanto, durante cada evento de fisión, se liberan alrededor de 200 MeV de energía o ~3 × 10⁻¹¹ J, lo que corresponde a ~80 TerraJ/kg o 2,5 millones de veces más de lo que se liberaría con la misma cantidad de carbón quemado. Pero como nos instruye Murphy: “si algo malo va a pasar, sucederá”, y algunos de los neutrones producidos por la fisión se pierden en la reacción en cadena. Los neutrones pueden escapar (saltar) del volumen activo o ser absorbidos por impurezas (por ejemplo, criptón). La relación entre el número de neutrones de la generación siguiente y el número de neutrones de la generación anterior en todo el volumen del medio de multiplicación de neutrones (núcleo del reactor nuclear) se denomina factor de multiplicación de neutrones, k. en k<1 цепная реакция затухает, т.к. число поглощенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся. При k>1, se produce una explosión casi instantáneamente. Cuando k es igual a 1, se produce una reacción en cadena estacionaria controlada. El factor de multiplicación de neutrones (k) es más sensible a la masa y pureza del combustible nuclear (²³⁵U). En física nuclear, la masa mínima de material fisionable necesaria para iniciar una reacción en cadena de fisión autosostenida (k≥1) se denomina masa crítica. Para el uranio-235 es igual a 50 kg. Ciertamente no es de tamaño micro, pero tampoco es mucho. Para evitar una explosión nuclear y crear la capacidad de controlar la reacción en cadena (el factor de multiplicación), se debe aumentar la masa de combustible en el reactor y, en consecuencia, se deben poner en funcionamiento absorbentes de neutrones (moderadores). Precisamente este equipamiento técnico y de ingeniería del reactor para el control sostenible de la reacción en cadena, el sistema de refrigeración y las estructuras adicionales para la seguridad radiológica del personal requieren grandes volúmenes.
También se puede utilizar California-232 como combustible con una masa crítica de unos 2,7 kg. En el límite, probablemente sea posible llevar el reactor al tamaño de una bola con un diámetro de varios metros. Lo más probable es que esto sea lo que se hace en los submarinos nucleares. Creo que acercarse a tales reactores debería ser muy peligroso ☠ debido al inevitable fondo de neutrones, pero deberías preguntarles a los guerreros más detalles sobre esto.
El californiano no es adecuado como combustible nuclear debido a su enorme coste. 1 gramo de California-252 cuesta alrededor de 27 millones de dólares. Sólo el uranio se utiliza ampliamente como combustible nuclear. Los elementos combustibles a base de torio y plutonio aún no se utilizan ampliamente, pero se están desarrollando activamente.
La compacidad relativamente alta de los reactores submarinos está garantizada por la diferencia en el diseño (generalmente se utilizan reactores de agua refrigerados por agua, VVER/PWR), diferentes requisitos para ellos (otros requisitos de seguridad y parada de emergencia; a bordo generalmente no requiere mucha electricidad, a diferencia de los reactores de las centrales eléctricas terrestres, que fueron creados solo para electricidad) y el uso de diferentes grados de enriquecimiento de combustible (concentración de uranio-235 en relación con la concentración de uranio- 238). Normalmente, el combustible para los reactores navales utiliza uranio con un grado de enriquecimiento mucho mayor (del 20% al 96% para los barcos estadounidenses). Además, a diferencia de las centrales eléctricas terrestres, donde es común el uso de combustible en forma de cerámica (dióxido de uranio), los reactores marinos suelen utilizar aleaciones de uranio con circonio y otros metales como combustible.
Dispositivos generadores electricidad como resultado del uso de la energía de desintegración nuclear, han sido bien estudiados (desde 1913) y han sido dominados durante mucho tiempo en producción. Se utilizan principalmente donde se necesita una compacidad relativa y una alta autonomía: en exploración espacial, vehículos submarinos, tecnologías no tripuladas y no tripuladas. Las perspectivas para su uso en condiciones domésticas son bastante modestas; además del peligro de radiación, la mayoría de los tipos de combustible nuclear son altamente tóxicos y, en principio, extremadamente inseguros cuando entran en contacto con ambiente. A pesar de que en la literatura inglesa estos dispositivos se denominan baterías atómicas y no es costumbre llamarlos reactores, bien pueden considerarse como tales, porque en ellos se produce una reacción de desintegración. Si se desea, estos dispositivos se pueden adaptar a las necesidades domésticas, lo que puede ser relevante para las condiciones, por ejemplo, en la Antártida.
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos existen desde hace mucho tiempo y satisfacen plenamente su solicitud: son compactos y bastante potentes. Funcionan gracias al efecto Seebeck y no tienen partes móviles. Si esto no contradijera el sentido común, las precauciones de seguridad y el código penal, un generador de este tipo podría estar enterrado en algún lugar debajo de un garaje en el campo e incluso alimentar con él un par de bombillas y un ordenador portátil. Sacrificar, por así decirlo, la salud de descendientes y vecinos por cien o dos vatios de electricidad. En total, se produjeron más de 1.000 generadores de este tipo en Rusia y la URSS.
Como ya han respondido otros participantes, las perspectivas de miniaturizar reactores nucleares "clásicos" utilizando turbinas de vapor para generar electricidad están muy limitadas por las leyes de la física, y las limitaciones principales no vienen impuestas tanto por el tamaño del reactor, sino por el tamaño de otros equipos: calderas, tuberías, turbinas, torres de enfriamiento. Lo más probable es que no existan modelos "domésticos". Sin embargo, ahora se están desarrollando activamente dispositivos bastante compactos, por ejemplo, el prometedor reactor NuScale con una potencia de 50 MWe tiene unas dimensiones de sólo 76 por 15 pulgadas, es decir. unos dos metros por 40 centímetros.
Con la energía de fusión nuclear todo es mucho más complicado y ambiguo. Por un lado, sólo podemos hablar de largo plazo. Hasta ahora, ni siquiera los grandes reactores de fusión nuclear proporcionan energía y simplemente no se habla de su miniaturización práctica. Sin embargo, varias organizaciones serias y aún más serias están desarrollando fuentes de energía compactas basadas en la reacción de fusión. Y si en el caso de Lockheed Martin la palabra “compacto” significa “del tamaño de una furgoneta”, entonces, por ejemplo, en el caso de la agencia estadounidense DARPA, que asignó en el año fiscal 2009
Los científicos chinos que trabajan en el Instituto de Tecnología de Seguridad de la Energía Nuclear han comenzado a trabajar en la creación de una central nuclear que será la más pequeña del mundo. Así lo informa .
La central nuclear será un reactor de neutrones rápidos. Los propios científicos la llamaron “batería nuclear portátil”. Este diseño permitirá que el reactor funcione sin condiciones difíciles de mantenimiento durante 5 años. Se utilizará plomo fundido para enfriar.
Una pequeña central eléctrica podrá producir hasta 10 megavatios de electricidad. Además, sus dimensiones serán de sólo 2 metros de ancho y 6 metros de alto. Como señalan los científicos, podrá suministrar energía a unos 50 mil hogares. A pesar de ello, los científicos eligieron la planta desaladora de agua, situada en el Mar de China Meridional, como primer punto de operación del nuevo reactor.
Las autoridades chinas tienen la intención de poner en funcionamiento estas “baterías nucleares portátiles” en los próximos cinco años.
¿Puede el edificio abastecerse plenamente de electricidad, calor, agua caliente y al mismo tiempo vender parte del exceso de energía a un lado?
¡Ciertamente! Si recordamos el viejo átomo y equipamos nuestra casa con un reactor nuclear en miniatura. ¿Qué pasa con la ecología y la seguridad? Resulta que estos problemas se pueden resolver utilizando tecnologías modernas. Esto es exactamente lo que piensan los expertos del Departamento de Energía de Estados Unidos que participan en la implementación del llamado concepto. reactor "sellado".
La idea misma de crear un dispositivo de este tipo surgió hace unos diez años como una receta para un suministro energético eficiente a los países en desarrollo. Su elemento clave es el pequeño reactor autónomo transportable sellado (SSTAR), desarrollado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Lorenzo (California).
Una característica especial de este producto es la total imposibilidad de extraer la sustancia radiactiva (sin mencionar la posibilidad de fuga). Esta debería ser la condición principal para el suministro de dispositivos a los llamados estados. el “tercer” mundo, para eliminar la tentación de utilizar su contenido para crear armas nucleares. Una caja completamente sellada, equipada con un sistema de alarma confiable en caso de intentar abrirla, y en su interior hay un reactor con un generador de vapor, sellado como un genio en una botella.
A medida que se profundizan las contradicciones en el mercado energético mundial, el mercado dicta cada vez más la demanda de sistemas autónomos de suministro de energía. Desde un punto de vista legal, el uso generalizado de reactores de pequeño tamaño en los países desarrollados promete muchas menos dificultades que su suministro a los países en desarrollo. Como resultado, el sueño de una microcentral nuclear se está transformando cada vez más en la idea de crear un generador de energía puntual utilizando combustible "eterno".
Las tecnologías SSTAR existentes no permiten la recarga del núcleo y la vida útil esperada en funcionamiento continuo es de 30 años. Después de este período, se propone simplemente reemplazar todo el bloque por uno nuevo. Tenga en cuenta que un reactor con una potencia de 100 megavatios cabe en una “botella” de 15 metros de alto y 3 metros de diámetro.
Estos indicadores, muy modestos para una central eléctrica, siguen pareciendo significativos cuando se trata del suministro energético de instalaciones individuales. Sin embargo, el desarrollo creativo del proyecto mostró la posibilidad de reducir significativamente las características de peso y tamaño con una reducción adecuada de potencia.
En el futuro, los diseñadores pretenden seguir trabajando para miniaturizar la unidad de potencia y mejorar los sistemas de control. Otro aspecto importante es la extensión de la vida útil de la “tableta nuclear” a 40-50 años, para lo cual está previsto instalar sistemas de blindaje adicionales en su interior.
Por tanto, es posible que en un futuro próximo sea posible instalar una fuente de energía casi eterna directamente en el sótano de cada casa.
