Deja, neįmanoma sukurti mikroatominio reaktoriaus buitiniams poreikiams, ir štai kodėl. Branduolinio reaktoriaus veikimas pagrįstas grandinine urano-235 (²³⁵U) branduolių dalijimosi terminiu neutronu reakcija: n + ²³⁵U → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + γ (202,5 MeV) + 3n. Skilimo grandininės reakcijos modelis parodytas žemiau
Ant pav. matote, kaip neutronas, patekęs į branduolį (²³⁵U), jį sužadina ir branduolys skyla į du fragmentus (¹⁴¹Ba, ⁹²Kr), γ kvantą, kurio energija yra 202,5 MeV ir 3 laisvuosius neutronus (vidutiniškai). savo ruožtu gali suskaidyti kitus 3 jų kelyje esančius urano branduolius. Taigi kiekvieno skilimo veiksmo metu išsiskiria apie 200 MeV energijos arba ~3 × 10⁻¹¹ J, o tai atitinka ~80 TeraJ/kg arba 2,5 milijono kartų daugiau, nei būtų išleista degant tokiam pat kiekiui. anglis. Tačiau, kaip mums nurodo Murphy: „jei nutiks bėda, tada ji tikrai atsitiks“, o dalis dalijimosi metu susidarančių neutronų prarandama grandininėje reakcijoje. Neutronai gali išeiti (iššokti) iš aktyvaus tūrio arba būti absorbuojami priemaišų (pavyzdžiui, kriptono). Naujos kartos neutronų skaičiaus ir ankstesnės kartos neutronų skaičiaus santykis visame besidauginančios neutronų terpės (branduolinio reaktoriaus šerdies) tūryje vadinamas neutronų dauginimo koeficientu, k. Dėl k<1 цепная реакция затухает, т.к. число поглощенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся. При k>1, sprogimas įvyksta beveik akimirksniu.Kai k lygus 1, vyksta valdoma stacionari grandininė reakcija. Neutronų dauginimo koeficientas (k) yra jautriausias branduolinio kuro masei ir grynumui (²³⁵U). Branduolinėje fizikoje mažiausia skiliosios medžiagos masė, reikalinga savaime išsilaikančiai dalijimosi grandininei reakcijai pradėti (k≥1), vadinama kritine mase. Uranui-235 jis yra lygus 50 kg. Tai tikrai ne mikrodydis, bet ir šiek tiek. Siekiant išvengti branduolinio sprogimo ir sudaryti galimybę valdyti grandininę reakciją (dauginimo koeficientą), reikia padidinti kuro masę reaktoriuje ir atitinkamai įjungti neutronų absorberius (moderatorius). Būtent tokiai inžinerinei ir techninei reaktoriaus įrangai, siekiant stabiliai valdyti grandininę reakciją, aušinimo sistemai ir papildomoms personalo radiacinės saugos priemonėms, reikalingi dideli kiekiai.
Kalifornium-232 taip pat galima naudoti kaip kurą, kurio kritinė masė yra apie 2,7 kg. Riboje visiškai įmanoma pakelti reaktorių iki kelių metrų skersmens rutulio dydžio. Labiausiai tikėtina, kad tai daroma branduoliniuose povandeniniuose laivuose. Manau, kad artėjimas prie tokių reaktorių turėtų būti labai pavojingas ☠ dėl neišvengiamo neutroninio fono, bet detalesnės informacijos reikėtų teirautis karių.
Kalifornija nėra tinkama kaip branduolinis kuras dėl savo milžiniškų kainų. 1 gramas Kalifornijos-252 kainuoja apie 27 mln. Tik uranas plačiai naudojamas kaip branduolinis kuras. Kuro elementai torio ir plutonio pagrindu dar nebuvo plačiai paplitę, tačiau yra aktyviai kuriami.
Palyginti didelį povandeninių reaktorių kompaktiškumą užtikrina konstrukcijos skirtumas (dažniausiai naudojami suslėgto vandens reaktoriai, VVER / PWR), skirtingi jiems keliami reikalavimai (kiti saugos reikalavimai ir Avarinis sustojimas; laive paprastai nereikia daug elektros energijos, priešingai nei antžeminių elektrinių reaktoriuose, kurie buvo sukurti tik dėl elektros energijos) ir naudojant įvairaus laipsnio kuro sodrinimą (urano-235 koncentracija, palyginti su urano-238 koncentracija). Paprastai jūrinių reaktorių kurui naudojamas daug labiau prisodrintas uranas (nuo 20 % iki 96 % amerikietiškuose laivuose). Be to, skirtingai nei antžeminėse elektrinėse, kur įprastas kuro naudojimas keramikos pavidalu (urano dioksidas), jūriniuose reaktoriuose kaip kuras dažniausiai naudojami urano lydiniai su cirkoniu ir kitais metalais.
Įrenginiai generuojantys elektros dėl branduolinės skilimo energijos naudojimo yra gerai ištirtos (nuo 1913 m.) ir jau seniai įvaldytos gamyboje. Jie daugiausia naudojami ten, kur reikalingas santykinis kompaktiškumas ir didelis savarankiškumas – kosmoso tyrinėjimuose, povandeninėse transporto priemonėse, nepilotuojamose ir nepilotuojamose technologijose. Jų naudojimo namų sąlygomis perspektyvos yra gana kuklios, be radiacijos pavojaus, dauguma branduolinio kuro rūšių yra labai toksiški ir iš esmės yra itin nesaugūs, kai liečiasi su aplinką. Nepaisant to, kad anglų kalbos literatūroje šie įrenginiai vadinami atominėmis baterijomis ir nėra įprasta jų vadinti reaktoriais, juos galima tokiais laikyti, nes vyksta skilimo reakcija. Jei pageidaujama, tokius įrenginius galima pritaikyti buitiniams poreikiams, tai gali būti aktualu esant sąlygoms, pavyzdžiui, Antarktidoje.
Radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai egzistuoja jau seniai ir visiškai patenkina Jūsų pageidavimą – jie yra pakankamai kompaktiški ir galingi. Jie veikia dėl Seebeck efekto, neturi judančių dalių. Jei tai neprieštarautų sveikam protui, saugos priemonėms ir baudžiamajam kodeksui, tokį generatorių būtų galima užkasti kur nors po garažu užmiestyje ir net iš jo maitinti porą lempučių ir nešiojamąjį kompiuterį. Paaukokite, taip sakant, palikuonių ir kaimynų sveikatą dėl šimto ar dviejų vatų elektros. Iš viso Rusijoje ir SSRS buvo pagaminta daugiau nei 1000 tokių generatorių.
Kaip jau atsakė kiti dalyviai, „klasikinių“ atominių reaktorių, naudojančių elektrai garo turbinas, miniatiūrizavimo perspektyvas labai riboja fizikos dėsniai, o pagrindinius apribojimus nustato ne tiek reaktoriaus dydis, kiek kitos įrangos dydis: katilai, vamzdynai, turbinos, aušinimo bokštai. „Namų ūkio“ modeliai greičiausiai nebus. Nepaisant to, dabar aktyviai kuriami pakankamai kompaktiški įrenginiai, pavyzdžiui, perspektyvaus 50 MWe galios „NuScale“ reaktoriaus matmenys siekia vos 76 x 15 colių, t.y. maždaug du metrai x 40 centimetrų.
Su branduolių sintezės energija viskas yra daug sudėtingiau ir dviprasmiškiau. Viena vertus, galime kalbėti tik apie ilgalaikę perspektyvą. Kol kas net dideli branduolių sintezės reaktoriai nesuteikia energijos, o apie praktinį jų miniatiūrizavimą tiesiog nekalbama. Nepaisant to, nemažai rimtų ir dar rimtesnių organizacijų kuria kompaktiškus energijos šaltinius, pagrįstus sintezės reakcijomis. Ir jei „Lockheed Martin“ atveju žodis „kompaktiškas“ reiškia „furgono dydį“, tai, pavyzdžiui, amerikiečių agentūros DARPA atveju, kuri 2009 m.
Branduolinės saugos technologijų institute dirbantys Kinijos mokslininkai pradėjo kurti mažiausią pasaulyje atominę elektrinę. Pranešimai apie tai.
Atominė elektrinė bus greitųjų neutronų reaktorius. Patys mokslininkai tai pavadino „nešiojama branduoline baterija“. Tokia konstrukcija leis reaktoriui dirbti be sunkių priežiūros sąlygų 5 metus. Aušinimui bus naudojamas išlydytas švinas.
Nedidelė elektrinė galės pagaminti iki 10 megavatų elektros energijos. Tuo pačiu metu jo matmenys bus tik 2 metrai pločio ir 6 metrų aukščio. Pasak mokslininkų, jis galės aprūpinti energija apie 50 000 namų. Nepaisant to, mokslininkai pirmuoju naujojo reaktoriaus veikimo tašku pasirinko Pietų Kinijos jūroje esančią gėlinimo gamyklą.
Kinijos valdžia tokias „nešiojamąsias branduolines baterijas“ ketina pradėti eksploatuoti per ateinančius 5 metus.
Ar pastatas gali visiškai apsirūpinti elektra, šiluma, karštas vanduo ir tuo pačiu vis tiek parduoti dalį energijos pertekliaus į šoną?
Žinoma! Jei prisiminsite seną, išskirtinai gerą atomą ir aprūpinkite namą miniatiūriniu branduoliniu reaktoriumi. Bet kaip su aplinka ir saugumu? Pasirodo, šias problemas galima visiškai išspręsti naudojant šiuolaikines technologijas. Būtent tai JAV Energetikos departamento ekspertai, užsiimantys vadinamosios koncepcijos įgyvendinimu. „uždarytas“ reaktorius.
Pati idėja sukurti tokį įrenginį kilo prieš maždaug dešimt metų kaip efektyvaus energijos tiekimo besivystančioms šalims receptas. Pagrindinis jo elementas yra „mažas sandarus transportuojamas autonominis reaktorius“ (SSTAR), sukurtas Livermoro nacionalinėje laboratorijoje. Lawrence (Kalifornija).
Šio gaminio ypatybė yra visiškai neįmanoma išgauti radioaktyviosios medžiagos (jau nekalbant apie jos nutekėjimo galimybę). Tai turėjo būti pagrindinė sąlyga aprūpinti įrenginius vadinamosios valstybės. „trečiajam“ pasauliui, siekiant panaikinti pagundą panaudoti jo turinį branduoliniams ginklams kurti. Visiškai sandarus korpusas, kuriame įrengta patikima signalizacija, jei būtų bandoma jį atidaryti, o viduje – reaktorius su garo generatoriumi, užsandarintas kaip džinas butelyje.
Pasaulinėje energijos rinkoje gilėjant prieštaravimams, rinka vis labiau diktuoja autonominių energijos tiekimo sistemų paklausą. Teisiniu požiūriu plačiai paplitęs mažų reaktorių naudojimas išsivysčiusiose šalyse žada daug mažiau sunkumų nei jų tiekimas besivystančioms šalims. Dėl to svajonė apie mikro atominę elektrinę vis labiau virsta idėja sukurti taškinį energijos generatorių naudojant „amžinąjį“ kurą.
Esamos SSTAR naudojimo technologijos nenumato branduolio įkrovimo, o numatomas nepertraukiamo veikimo laikotarpis yra 30 metų. Pasibaigus šiam laikotarpiui, visą bloką siūloma tiesiog pakeisti nauju. Atkreipkite dėmesį, kad 100 megavatų galios reaktorius puikiai telpa į 15 metrų aukščio ir 3 metrų skersmens „butelį“.
Šie jėgainei itin kuklūs rodikliai vis dar atrodo reikšmingi, kalbant apie atskirų objektų aprūpinimą energija. Tačiau kūrybingas projekto vystymas parodė galimybę žymiai sumažinti svorio ir dydžio charakteristikas tinkamai sumažinus galią.
Ateityje projektuotojai ketina ir toliau tęsti energijos bloko miniatiūrizavimo ir valdymo sistemų tobulinimo darbus. Kita svarbi sritis – „branduolinės piliulės“ gyvavimo trukmės pailginimas iki 40-50 metų, tam jos viduje planuojama įrengti papildomas ekranavimo sistemas.
Taigi, gali būti, kad artimiausiu metu beveik amžiną energijos šaltinį bus galima įrengti tiesiai kiekvieno namo rūsyje.
