ตัวสร้างอะตอม: เครื่องปฏิกรณ์บนโต๊ะ เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ระดับไมโครอะตอมสำหรับความต้องการภายในประเทศ? บุคลากรเป็นผู้ตัดสินใจทุกอย่าง

น่าเสียดายที่เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ระดับไมโครอะตอมสำหรับความต้องการภายในประเทศ และนี่คือเหตุผล การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม-235 (²³⁵U) โดยนิวตรอนความร้อน: n + ²³⁵U → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + γ (202.5 MeV) + 3n รูปภาพปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันแสดงไว้ด้านล่าง

ในรูป จะเห็นได้ว่านิวตรอนเข้าสู่นิวเคลียส (²³⁵U) กระตุ้นมันอย่างไร และนิวเคลียสแบ่งออกเป็นสองส่วน (¹⁴¹Ba, ⁹²Kr) ซึ่งเป็น γ-ควอนตัมที่มีพลังงาน 202.5 MeV และนิวตรอนอิสระ 3 ตัว (โดยเฉลี่ย) ซึ่งในทางกลับกัน สามารถแยกนิวเคลียสยูเรเนียม 3 ตัวถัดไปที่ขวางทางได้ ดังนั้น ในระหว่างเหตุการณ์ฟิชชันแต่ละครั้ง พลังงานประมาณ 200 MeV หรือ ~3 × 10⁻¹¹ J จะถูกปล่อยออกมา ซึ่งสอดคล้องกับ ~80 TerraJ/kg หรือมากกว่า 2.5 ล้านเท่าของพลังงานที่ปล่อยออกมาในปริมาณถ่านหินที่เผาไหม้เท่ากัน แต่ดังที่เมอร์ฟีย์บอกเราว่า “ถ้ามีอะไรเลวร้ายเกิดขึ้น มันก็จะเกิดขึ้น” และนิวตรอนบางส่วนที่เกิดจากฟิชชันจะสูญเสียไปในปฏิกิริยาลูกโซ่ นิวตรอนสามารถหลบหนี (กระโดดออกมา) จากปริมาตรแอคทีฟหรือถูกดูดซับโดยสิ่งเจือปน (เช่น คริปทอน) อัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนในรุ่นต่อมาต่อจำนวนนิวตรอนในรุ่นก่อนหน้าในปริมาตรทั้งหมดของตัวกลางในการคูณนิวตรอน (แกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) เรียกว่าปัจจัยการคูณนิวตรอน k ที่เค<1 цепная реакция затухает, т.к. число поглощенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся. При k>1 การระเบิดจะเกิดขึ้นเกือบจะในทันที เมื่อ k เท่ากับ 1 จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่คงที่ซึ่งควบคุมได้ ตัวคูณการคูณนิวตรอน (k) มีความไวต่อมวลและความบริสุทธิ์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มากที่สุด (²³⁵U) ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ มวลขั้นต่ำของวัสดุฟิสไซล์ที่จำเป็นในการเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันอย่างยั่งยืนในตัวเอง (k≥1) เรียกว่ามวลวิกฤต สำหรับยูเรเนียม-235 จะเท่ากับ 50 กิโลกรัม แน่นอนว่ามันไม่ได้มีขนาดไมโคร แต่ก็ไม่มากเช่นกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการระเบิดของนิวเคลียร์และสร้างความสามารถในการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ (ปัจจัยการคูณ) จะต้องเพิ่มมวลของเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ และด้วยเหตุนี้จึงต้องนำตัวดูดซับนิวตรอน (ตัวหน่วง) ไปใช้งาน อุปกรณ์ทางวิศวกรรมและทางเทคนิคของเครื่องปฏิกรณ์นี้มีจุดประสงค์เพื่อการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ ระบบทำความเย็น และโครงสร้างเพิ่มเติมเพื่อความปลอดภัยทางรังสีของบุคลากรอย่างยั่งยืน ซึ่งต้องใช้ปริมาณมาก

คุณยังสามารถใช้ California-232 เป็นเชื้อเพลิงที่มีมวลวิกฤติประมาณ 2.7 กก. ในขอบเขตที่กำหนด อาจค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะนำเครื่องปฏิกรณ์มีขนาดเท่าลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตร เป็นไปได้มากว่านี่คือสิ่งที่ทำกับเรือดำน้ำนิวเคลียร์ ฉันคิดว่าการเข้าใกล้เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวน่าจะอันตรายมาก ☠ เนื่องจากพื้นหลังของนิวตรอนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่คุณควรถามนักรบเพื่อขอรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้

ชาวแคลิฟอร์เนียไม่เหมาะที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เนื่องจากมีต้นทุนมหาศาล California-252 1 กรัมมีราคาประมาณ 27 ล้านดอลลาร์ มีเพียงยูเรเนียมเท่านั้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ องค์ประกอบของเชื้อเพลิงที่มีทอเรียมและพลูโตเนียมยังไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่กำลังได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขัน

ความกะทัดรัดที่ค่อนข้างสูงของเครื่องปฏิกรณ์ใต้น้ำนั้นมั่นใจได้จากความแตกต่างในการออกแบบ (โดยปกติแล้วจะใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำ, VVER/PWR), ข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับเครื่องปฏิกรณ์เหล่านั้น (ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยอื่นๆ และ หยุดฉุกเฉิน- โดยทั่วไปบนเครื่องไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมาก ซึ่งแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินซึ่งสร้างขึ้นเพื่อใช้ไฟฟ้าเท่านั้น) และการใช้ระดับการเสริมสมรรถนะเชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน (ความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 สัมพันธ์กับความเข้มข้นของยูเรเนียม- 238) โดยทั่วไปแล้ว เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ของกองทัพเรือจะใช้ยูเรเนียมที่มีการเสริมสมรรถนะที่สูงกว่ามาก (จาก 20% เป็น 96% สำหรับเรืออเมริกัน) นอกจากนี้ แตกต่างจากโรงไฟฟ้าบนบกที่การใช้เชื้อเพลิงในรูปของเซรามิก (ยูเรเนียมไดออกไซด์) เป็นเรื่องธรรมดา เครื่องปฏิกรณ์ทางทะเลส่วนใหญ่มักใช้โลหะผสมของยูเรเนียมกับเซอร์โคเนียมและโลหะอื่น ๆ เป็นเชื้อเพลิง

กำลังสร้างอุปกรณ์ ไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการใช้พลังงานสลายตัวของนิวเคลียร์ได้รับการศึกษาอย่างดี (ตั้งแต่ปี 1913) และเชี่ยวชาญด้านการผลิตมายาวนาน ส่วนใหญ่จะใช้งานเมื่อจำเป็นต้องมีความกะทัดรัดและความเป็นอิสระสูง ในการสำรวจอวกาศ ยานพาหนะใต้น้ำ เทคโนโลยีไร้คนขับและไร้คนขับ โอกาสสำหรับการใช้งานในสภาพภายในประเทศค่อนข้างน้อย นอกจากอันตรายจากรังสีแล้ว เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ยังเป็นพิษสูงและโดยหลักการแล้ว ไม่ปลอดภัยอย่างยิ่งเมื่อสัมผัสกับ สิ่งแวดล้อม- แม้ว่าในวรรณคดีภาษาอังกฤษอุปกรณ์เหล่านี้จะเรียกว่าแบตเตอรี่อะตอมมิกและไม่ใช่เรื่องปกติที่จะเรียกพวกมันว่าเครื่องปฏิกรณ์ แต่ก็ถือได้ว่าเป็นเช่นนั้นเพราะเกิดปฏิกิริยาการสลายตัวในตัวพวกมัน หากต้องการ อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถปรับเปลี่ยนตามความต้องการภายในประเทศได้ ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับเงื่อนไขต่างๆ เช่น ในทวีปแอนตาร์กติกา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกกัมมันตภาพรังสีมีมานานแล้วและตอบสนองความต้องการของคุณได้อย่างเต็มที่ - มีขนาดกะทัดรัดและทรงพลังมาก ทำงานได้เนื่องจากเอฟเฟกต์ Seebeck และไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว หากสิ่งนี้ไม่ขัดแย้งกับสามัญสำนึก ข้อควรระวังด้านความปลอดภัย และประมวลกฎหมายอาญา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวอาจถูกฝังไว้ที่ไหนสักแห่งใต้โรงรถในประเทศ และยังจ่ายไฟให้กับหลอดไฟสองสามดวงและแล็ปท็อปด้วย เสียสละสุขภาพของลูกหลานและเพื่อนบ้านเพื่อประโยชน์ของไฟฟ้าหนึ่งร้อยหรือสองวัตต์ โดยรวมแล้วมีการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวมากกว่า 1,000 เครื่องในรัสเซียและสหภาพโซเวียต

ตามที่ผู้เข้าร่วมคนอื่นๆ ได้ตอบไปแล้ว โอกาสในการย่อขนาดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ "คลาสสิก" โดยใช้กังหันไอน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้านั้นถูกจำกัดอย่างยิ่งตามกฎของฟิสิกส์ และข้อจำกัดหลักนั้นไม่ได้กำหนดไว้มากนักตามขนาดของเครื่องปฏิกรณ์ แต่โดย ขนาดของอุปกรณ์อื่นๆ: หม้อไอน้ำ, ท่อ, กังหัน, หอทำความเย็น เป็นไปได้มากว่าจะไม่มีโมเดล "ครัวเรือน" อย่างไรก็ตาม ขณะนี้อุปกรณ์ที่ค่อนข้างกะทัดรัดกำลังได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขัน ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์ NuScale ที่มีแนวโน้มซึ่งมีกำลัง 50 MWe มีขนาดเพียง 76 x 15 นิ้ว เช่น ประมาณสองเมตรคูณ40เซนติเมตร

ด้วยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น ทุกอย่างจะซับซ้อนและคลุมเครือมากขึ้น ในด้านหนึ่งเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับระยะยาวเท่านั้น จนถึงขณะนี้ แม้แต่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดใหญ่ก็ยังไม่สามารถให้พลังงานได้ และไม่มีการพูดถึงเรื่องการย่อขนาดในทางปฏิบัติของพวกมันเลย อย่างไรก็ตาม องค์กรที่จริงจังและจริงจังกว่าจำนวนหนึ่งกำลังพัฒนาแหล่งพลังงานขนาดกะทัดรัดโดยอาศัยปฏิกิริยาฟิวชัน และหากในกรณีของ Lockheed Martin คำว่า "กะทัดรัด" หมายถึง "ขนาดของรถตู้" ดังนั้น ในกรณีของหน่วยงาน DARPA ของอเมริกา ซึ่งจัดสรรในปีงบประมาณ 2009

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนที่ทำงานในสถาบันเทคโนโลยีความปลอดภัยพลังงานนิวเคลียร์ได้เริ่มทำงานเพื่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่จะมีขนาดเล็กที่สุดในโลก รายงานเรื่องนี้โดย.

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว นักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า "แบตเตอรี่นิวเคลียร์แบบพกพา" การออกแบบนี้จะช่วยให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถทำงานได้โดยไม่มีเงื่อนไขการบำรุงรักษาที่ยากลำบากเป็นเวลา 5 ปี ตะกั่วหลอมเหลวจะถูกนำไปใช้ในการทำความเย็น

โรงไฟฟ้าขนาดเล็กจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากถึง 10 เมกะวัตต์ นอกจากนี้ขนาดของมันจะกว้างเพียง 2 เมตรและสูง 6 เมตรเท่านั้น ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุไว้ จะสามารถจ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือนได้ประมาณ 50,000 หลังคาเรือน อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เลือกโรงงานแยกเกลือออกจากน้ำซึ่งตั้งอยู่ในทะเลจีนใต้ เป็นจุดแรกของการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์แห่งใหม่

ทางการจีนตั้งใจที่จะนำ “แบตเตอรี่นิวเคลียร์แบบพกพา” ดังกล่าวไปใช้งานภายใน 5 ปีข้างหน้า

อาคารสามารถจัดหาไฟฟ้า ความร้อน , น้ำร้อนและในขณะเดียวกันก็ขายพลังงานส่วนเกินบางส่วนให้กับด้านข้าง?

แน่นอน! หากคุณจำอะตอมเก่าที่ดีและจัดเตรียมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กให้กับบ้านของคุณ แล้วระบบนิเวศและความปลอดภัยล่ะ? ปรากฎว่าปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้ เทคโนโลยีที่ทันสมัย- นี่คือสิ่งที่ผู้เชี่ยวชาญจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาซึ่งมีส่วนร่วมในการนำแนวคิดที่เรียกว่าไปใช้คิด เครื่องปฏิกรณ์แบบ "ปิดผนึก"

แนวคิดในการสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อประมาณสิบปีที่แล้วเพื่อเป็นสูตรในการจัดหาพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพให้กับประเทศกำลังพัฒนา องค์ประกอบหลักของมันคือเครื่องปฏิกรณ์อัตโนมัติแบบเคลื่อนย้ายได้ปิดผนึกขนาดเล็ก (SSTAR) ซึ่งพัฒนาขึ้นที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ ลอว์เรนซ์ (แคลิฟอร์เนีย)

คุณสมบัติพิเศษของผลิตภัณฑ์นี้คือไม่สามารถสกัดสารกัมมันตภาพรังสีได้อย่างสมบูรณ์ (ไม่ต้องพูดถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดการรั่วไหล) นี่ควรจะเป็นเงื่อนไขหลักในการจัดหาอุปกรณ์ให้กับรัฐที่เรียกว่า โลก "ที่สาม" เพื่อขจัดสิ่งล่อใจที่จะใช้เนื้อหาเพื่อสร้างอาวุธนิวเคลียร์ กล่องปิดผนึกอย่างสมบูรณ์พร้อมระบบเตือนภัยที่เชื่อถือได้ในกรณีที่พยายามเปิด และภายในนั้นมีเครื่องปฏิกรณ์พร้อมเครื่องกำเนิดไอน้ำปิดผนึกเหมือนจินนี่ในขวด

เนื่องจากความขัดแย้งในตลาดพลังงานโลกมีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ ตลาดจึงกำหนดความต้องการระบบจ่ายพลังงานอัตโนมัติมากขึ้นเรื่อยๆ จากมุมมองทางกฎหมาย การใช้เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กอย่างแพร่หลายในประเทศที่พัฒนาแล้วสัญญาว่าจะมีความยุ่งยากน้อยกว่าการส่งเครื่องปฏิกรณ์ไปยังประเทศกำลังพัฒนามาก เป็นผลให้ความฝันของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็กกลายเป็นแนวคิดในการสร้างเครื่องกำเนิดพลังงานจุดโดยใช้เชื้อเพลิง "นิรันดร์" มากขึ้น

เทคโนโลยี SSTAR ที่มีอยู่ไม่อนุญาตให้ชาร์จแกนหลัก และอายุการใช้งานต่อเนื่องที่คาดหวังคือ 30 ปี หลังจากช่วงเวลานี้ขอเสนอให้เปลี่ยนบล็อกทั้งหมดเป็นบล็อกใหม่ โปรดทราบว่าเครื่องปฏิกรณ์ที่มีกำลัง 100 เมกะวัตต์จะพอดีกับ "ขวด" สูง 15 เมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เมตร

ตัวชี้วัดเหล่านี้แม้จะเรียบง่ายมากสำหรับโรงไฟฟ้า แต่ก็ยังดูมีความสำคัญเมื่อพูดถึงการจัดหาพลังงานของโรงงานแต่ละแห่ง อย่างไรก็ตาม การพัฒนาอย่างสร้างสรรค์ของโครงการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการลดน้ำหนักและขนาดลงอย่างมากด้วยการลดกำลังลงอย่างเพียงพอ

ในอนาคต ผู้ออกแบบตั้งใจที่จะดำเนินการต่อไปในการย่อหน่วยกำลังและปรับปรุงระบบควบคุม สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคือการยืดอายุของ "แท็บเล็ตนิวเคลียร์" เป็น 40-50 ปีซึ่งมีการวางแผนที่จะติดตั้งระบบป้องกันเพิ่มเติมภายใน

ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ จะสามารถติดตั้งแหล่งพลังงานที่เกือบจะเป็นนิรันดร์ได้โดยตรงที่ชั้นใต้ดินของบ้านทุกหลัง