불행하게도 국내 수요에 맞는 초소형 원자로를 만드는 것은 불가능하며, 그 이유는 다음과 같습니다. 원자로의 작동은 열중성자에 의한 우라늄-235(²³⁵U) 핵분열의 연쇄 반응을 기반으로 합니다. n + ²³⁵U → 1⁴¹Ba + ⁹²Kr + γ(202.5 MeV) + 3n. 핵분열 연쇄반응 사진은 아래와 같습니다
그림에서. 핵으로 들어가는 중성자(²³⁵U)가 어떻게 핵을 여기시키고 핵이 202.5MeV의 에너지와 3개의 자유 중성자(평균)를 갖는 γ-양자인 두 조각(1⁴1Ba, ⁹²Kr)으로 분할되는지 볼 수 있습니다. 방해가 되는 다음 3개의 우라늄 핵을 분할할 수 있습니다. 따라서 각 핵분열 사건 동안 약 200 MeV 또는 ~3 × 10⁻11 J의 에너지가 방출되며, 이는 동일한 양의 석탄 연소에서 방출되는 것보다 ~80 TerraJ/kg 또는 250만 배 더 많은 것에 해당합니다. 그러나 머피가 말했듯이 “나쁜 일이 일어나면 일어날 것입니다.” 핵분열에 의해 생성된 중성자 중 일부는 연쇄 반응에서 손실됩니다. 중성자는 활성 부피에서 빠져나오거나(뛰어나오거나) 불순물(예: 크립톤)에 흡수될 수 있습니다. 중성자 증식 매체(원자로 노심)의 전체 부피에서 이전 세대의 중성자 수에 대한 다음 세대의 중성자 수의 비율을 중성자 증배 인자 k라고 합니다. k에서<1 цепная реакция затухает, т.к. число поглощенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся. При k>1이면 거의 즉시 폭발이 일어나고, k가 1이면 제어된 고정 연쇄 반응이 발생합니다. 중성자 증식 인자(k)는 핵연료의 질량과 순도(²³⁵U)에 가장 민감합니다. 핵 물리학에서는 자립 핵분열 연쇄 반응(k≥1)을 시작하는 데 필요한 핵분열성 물질의 최소 질량을 임계 질량이라고 합니다. 우라늄-235의 경우 50kg에 해당합니다. 확실히 마이크로 사이즈는 아니지만 그렇다고 많지도 않습니다. 핵폭발을 방지하고 연쇄반응을 제어하는 능력(증배율)을 생성하려면 원자로의 연료 질량을 늘려야 하며 이에 따라 중성자 흡수체(감속제)를 작동해야 합니다. 연쇄 반응의 지속 가능한 제어를 목적으로 하는 원자로의 엔지니어링 및 기술 장비, 냉각 시스템 및 인력의 방사선 안전을 위한 추가 구조에는 많은 양이 필요합니다.
임계 질량이 약 2.7kg인 California-232를 연료로 사용할 수도 있습니다. 한계 내에서 원자로를 직경 수 미터의 공 크기로 만드는 것이 가능할 것입니다. 아마도 이것은 아마도 핵잠수함에서 행해지는 일일 것입니다. 그러한 원자로에 접근하는 것은 피할 수 없는 중성자 배경으로 인해 ☠ 매우 위험할 것이라고 생각하지만, 이에 대한 자세한 내용은 전사에게 문의해야 합니다.
캘리포니아산은 막대한 비용으로 인해 핵연료로 적합하지 않습니다. California-252 1g의 가격은 약 2,700만 달러입니다. 우라늄만이 핵연료로 널리 사용된다. 토륨과 플루토늄을 기반으로 한 연료 요소는 아직 널리 사용되지는 않지만 활발히 개발되고 있습니다.
잠수함 원자로의 상대적으로 높은 소형화는 설계의 차이(수랭식 경수로, VVER/PWR이 일반적으로 사용됨), 서로 다른 요구 사항(기타 안전 요구 사항 및 비상 정지; 선상에는 일반적으로 전기만을 위해 만들어진 지상 발전소의 원자로와 달리 많은 전기가 필요하지 않으며 다양한 수준의 연료 농축 (우라늄 농도와 관련하여 우라늄 -235 농도)을 사용합니다. 238). 일반적으로 해군 원자로의 연료는 훨씬 더 높은 농축도(미국 보트의 경우 20%~96%)의 우라늄을 사용합니다. 또한 세라믹(이산화우라늄) 형태의 연료를 사용하는 것이 일반적인 육상 발전소와 달리 해양 원자로는 우라늄과 지르코늄 및 기타 금속의 합금을 연료로 사용하는 경우가 가장 많습니다.
장치 생성 전기핵 붕괴 에너지 사용의 결과로 1913년부터 잘 연구되어 왔으며 오랫동안 생산에 능숙해졌습니다. 우주 탐사, 수중 차량, 무인 및 무인 기술 등 상대적으로 컴팩트하고 높은 자율성이 필요한 곳에 주로 사용됩니다. 국내 조건에서의 사용 가능성은 매우 낮습니다. 방사선 위험 외에도 대부분의 핵연료는 독성이 높으며 원칙적으로 다음과 접촉할 때 매우 안전하지 않습니다. 환경. 영어 문헌에서 이러한 장치를 원자 배터리라고 부르며 원자로라고 부르는 것이 관례는 아니지만 붕괴 반응이 일어나기 때문에 그렇게 간주될 수 있습니다. 원하는 경우 이러한 장치는 국내 요구 사항에 맞게 조정할 수 있으며 이는 남극 대륙과 같은 조건과 관련이 있을 수 있습니다.
방사성동위원소 열전 발전기는 오랫동안 존재해 왔으며 귀하의 요구를 완벽하게 충족시킵니다. 크기가 작고 매우 강력합니다. 이는 Seebeck 효과로 인해 작동하며 움직이는 부품이 없습니다. 이것이 상식, 안전 예방 조치 및 형법과 모순되지 않는다면 그러한 발전기는 시골의 차고 아래 어딘가에 묻혀서 전구 두 개와 노트북에 전원을 공급할 수도 있습니다. 말하자면 100~2와트의 전력을 위해 후손과 이웃의 건강을 희생하는 것입니다. 러시아와 소련에서는 총 1000대 이상의 발전기가 생산되었습니다.
다른 참가자들이 이미 답변한 바와 같이, 증기 터빈을 사용하여 전기를 생산하는 "고전적인" 원자력 발전용 원자로의 소형화에 대한 전망은 물리학 법칙에 의해 크게 제한되며 주요 제한은 원자로의 크기가 아니라 다음과 같은 요인에 의해 결정됩니다. 기타 장비의 크기: 보일러, 파이프라인, 터빈, 냉각탑. 아마도 "가정용" 모델은 없을 것입니다. 그럼에도 불구하고 현재 상당히 소형 장치가 활발히 개발되고 있습니다. 예를 들어 50MWe의 출력을 가진 유망한 NuScale 원자로는 크기가 76 x 15인치에 불과합니다. 약 2미터 x 40센티미터입니다.
핵융합 에너지를 사용하면 모든 것이 훨씬 더 복잡하고 모호해집니다. 한편으로 우리는 장기적으로만 이야기할 수 있습니다. 지금까지는 대형 핵융합로조차도 에너지를 공급하지 못하며 실질적인 소형화에 대한 이야기는 전혀 없습니다. 그럼에도 불구하고, 많은 진지하고 더욱 진지한 조직에서는 핵융합 반응을 기반으로 한 소형 에너지원을 개발하고 있습니다. Lockheed Martin의 경우 "콤팩트"라는 단어가 "밴 크기"를 의미한다면, 예를 들어 2009 회계 연도에 할당된 미국 기관 DARPA의 경우
원자력 안전 기술 연구소에서 일하는 중국 과학자들은 세계에서 가장 작은 원자력 발전소를 만드는 작업에 착수했습니다. 이것은 에 의해 보고됩니다.
원자력 발전소는 고속 중성자로가 될 것이다. 과학자들은 이를 '휴대용 핵 배터리'라고 불렀습니다. 이 설계를 통해 원자로는 5년 동안 어려운 유지보수 조건 없이 작동할 수 있습니다. 냉각에는 용융된 납이 사용됩니다.
소규모 발전소는 최대 10MW의 전기를 생산할 수 있습니다. 또한 크기는 너비 2m, 높이 6m에 불과합니다. 과학자들이 지적한 바와 같이, 이 발전소는 약 5만 가구에 에너지를 공급할 수 있을 것입니다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 새 원자로의 첫 번째 가동 지점으로 남중국해에 위치한 담수화 공장을 선택했습니다.
중국 당국은 앞으로 5년 안에 이런 '휴대용 핵전지'를 실전에 투입할 계획이다.
건물이 전기, 열, 에너지를 완전히 자체적으로 공급할 수 있습니까? 뜨거운 물동시에 초과 에너지의 일부를 측면에 판매합니까?
틀림없이! 우리가 좋은 오래된 원자를 기억하고 우리 집에 소형 원자로를 장비한다면. 생태와 안전은 어떻습니까? 이러한 문제는 현대 기술을 사용하여 해결할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이것이 바로 소위 개념의 구현에 참여한 미국 에너지부의 전문가들이 생각하는 것입니다. "밀폐된" 원자로.
이러한 장치를 만들려는 아이디어는 개발도상국에 효율적인 에너지 공급을 위한 방법으로 약 10년 전에 나타났습니다. 그 핵심 요소는 로렌스 리버모어 국립 연구소에서 개발한 SSTAR(Small Sealed Transportable Autonomous Reactor)입니다. 로렌스(캘리포니아).
이 제품의 특징은 방사성 물질을 추출하는 것이 완전히 불가능하다는 것입니다(누설 가능성은 말할 것도 없습니다). 이것이 소위 국가에 장치를 공급하는 주요 조건으로 간주되었습니다. 핵무기를 만드는 데 핵무기를 사용하려는 유혹을 없애기 위해 “제3”세계를 건설합니다. 완전히 밀봉된 케이스, 열려고 시도할 경우 신뢰할 수 있는 경보 시스템을 갖추고 있으며, 내부에는 병 속의 요정처럼 밀봉된 증기 발생기가 있는 원자로가 있습니다.
글로벌 에너지 시장의 모순이 심화됨에 따라 시장은 점점 더 자율적인 에너지 공급 시스템에 대한 수요를 지시하고 있습니다. 법적 관점에서 볼 때, 선진국에서 소형 원자로를 널리 사용하는 것은 개발도상국에 공급하는 것보다 훨씬 적은 어려움을 약속합니다. 이에 따라 미세원전의 꿈은 점점 '영원한' 연료를 활용한 점에너지 발전기를 만드는 아이디어로 변모하고 있다.
기존 SSTAR 기술은 코어 재충전이 불가능하며 예상 연속 작동 수명은 30년이다. 이 기간이 지나면 전체 블록을 새 블록으로 간단히 교체하는 것이 좋습니다. 100메가와트 출력의 원자로는 높이 15m, 직경 3m의 "병"에 맞습니다.
발전소의 경우 매우 미미한 이러한 지표는 개별 시설의 에너지 공급에 있어서는 여전히 중요한 것으로 보입니다. 그러나 프로젝트의 창의적인 개발은 적절한 전력 감소로 무게와 크기 특성을 크게 줄일 수 있는 가능성을 보여주었습니다.
앞으로도 설계자들은 동력 장치를 소형화하고 제어 시스템을 개선하는 작업을 계속할 계획입니다. 또 다른 중요한 분야는 '핵 태블릿'의 수명을 40~50년으로 연장하는 것이며, 이를 위해 내부에 추가 차폐 시스템을 설치할 계획입니다.
따라서 가까운 장래에 모든 집의 지하실에 거의 영원한 에너지 원을 직접 설치하는 것이 가능할 것입니다.
