Котел взрывного сгорания как средство наработки ядерного топлива

 
+
-
edit
 

HNIW-2

новичок

В книжке на Саров.ру упоминались эксперименты по наработке плутония-239 и урана-233 при взрывах. Теоретически , как сказано, можно получить наработку 0.5 кг с килотонны, реально 0.25 кг. Выходит что один КВС приличных размеров может снабжать ядерным топливом всю российскую ядерную электроэнергетику. Правда в случае урана-233 и плутония имеем проблемы с фабрикацией ТВЭЛ или нужны реакторы на расплавленных солях или растворе урана в висмуте/свинце.


П.С. на данном этапе КВС для наработки изотопов с водной завесой вместо натрия выглядит наиболее легко реализуемым и оправданным.Энергия взрывов по аналогии с реакторами для военного плутония на первом этапе просто отводится без утилизации.

П.П.С. Уран-233 получается с 0.1% примесью урана 232... Если получится менее 1% других изотопов в плутонии-239 то это для военных будет очень хорошо.
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Шо, опять?!
Уже раза три про эту байду тёрли...

Сон разума 100%. С храпом.
 
MD Serg Ivanov #16.08.2008 20:51
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал

Там упоминается и то, что это единственный способ получения Калифорния-251 в количествах достаточных для получения критмассы. А критмасса его - на порядок меньше чем у Плутония-239..
 

marata

Вахтер форумный
★☆
Fakir> Шо, опять?!
Fakir> Уже раза три про эту байду тёрли...
Fakir> Сон разума 100%. С храпом.
Один из них вот - Альтернативные источники энергии [marata#22.10.06 12:42]
 
MD Serg Ivanov #16.08.2008 21:44
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал

Взрывная дейтериевая энергетика

С середины 90-х гг. в Российском федеральном ядерном центре ВНИИТФ (г. Снежинск) разрабатывается метод получения ТЯ-энергии путем взрывов атомных зарядов, инициирующих d–d-реакцию. Попросту говоря, предлагается производить в камере КВС (котел вспышечного сгорания) термоядерные взрывы большой мощности (а не микровзрывы, как в инерциальном термояде) с целью получения энергии.

Группа ученых-практиков под руководством д.ф.-м.н. Г.А.Иванова давно занимается экспериментальными взрывами. Надежность КВС, судя по многолетнему опыту работы, обеспечена. Энергетическая выгода заключается в том, что выделяемая в реакции (2)** энергия идет на производство электричества, а нейтроны регенерируют плутоний-239 из урана-238, как это делается сейчас в реакторах на быстрых нейтронах (возможен ториевый цикл – получение из ядер тория-232 нового топлива, ядер урана-233). Как и в Сандиа, используется только дейтериевое топливо – благодаря высокой температуре, получаемой при взрыве атомного запала. Предлагаемая мощность зарядов – 10 килотонн в тротиловом эквиваленте, что в 105 раз больше мощности микровзрывов лазерных мишеней!

Такой взрыв может выдержать КВС очень большого размера – диаметр 120 м, высота 250 м, камера из железобетона со стенками толщиной 25 м, наполненная разреженным аргоном (рис. 4). Для смягчения ударной волны за секунды до взрыва перед стенками создается защитный занавес из жидкого натрия, одновременно используемого как теплоноситель первого контура и как аккумулятор наработанного ядерного топлива. Установка размещается под землей в скальном грунте. По размерам и техническим параметрам КВС – это монстр, по сравнению с которым ITER выглядит жалким лилипутом.

Дополнительное преимущество предлагаемого метода в том, что решается проблема оружейного плутония, запасы которого, согласно международным договорам по ядерному разоружению, некуда девать. Авторы утверждают, что накопленного плутония хватит для обеспечения мировой энергетики на тысячу лет. Именно этот «задел» позволит «взрывной энергетике» быстро заменить традиционные электростанции. Все необходимые элементы рабочего реактора известны, процессы досконально изучены. Необходимо признание научного сообщества и волевое решение директивных органов. Другие методы УТС ввиду незавершенности многих технических задач будут решаться в цейтноте и, по мнению авторов взрывной дейтериевой энергетики, обречены на неудачу.
 
MD Serg Ivanov #16.08.2008 21:55
+
-
edit
 
MD Serg Ivanov #17.08.2008 14:55
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал

К стати, полости для строительства КВС могут быть созданы на большой глубине (более 1км) в скальном грунте ядерными взрывами. Или могут быть использованы оставшиеся от подземных ядерных испытаний.
Раздробленная порода поднимается нагора с одновременным монтажом стального свода и стенок камеры. В зазор между стальной оболочкой котла и стенками трубы обрушения ЯВ закачивается цементный раствор.
Прикреплённые файлы:
тхт 151.jpg (скачать) [229,25 кбайт, 29 загрузок] [attach=112279]
 
gnome_cavity.jpg (скачать) [81,3 кбайт, 25 загрузок] [attach=112281]
 
 
 
Это сообщение редактировалось 17.08.2008 в 15:06
MD Serg Ivanov #17.08.2008 15:49
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал

1. «Обращение с беспрецедентными количествами жидкого натрия, загрязненного продуктами деления и плутонием… Уже после проведения первых взрывов жидкий натрий в первом контуре превратится в высокоактивные отходы, по действующим нормативным документам. Первый контур теплоносителя становится необслуживаемым уже после нескольких взрывов, так как натрий будет загрязнен продуктами деления».
Теплосъем должен производиться, как минимум, через три контура, в первом из которых обращается натрий, обслуживающий полость КВС и растворяющий продукты взрыва, включая радиоактивные. Необходимо разработать не имеющую аналогов особо надежную техническую систему 1-го контура, практически не требующую ремонта и имеющую резервные элементы, с периодической очисткой от примесей. По-видимому, загрязнения натрия будут затруднять работу насосов. Предотвратить проникновение радиоактивности во 2-й контур и защитить оборудование от нее тоже будет непросто. От того, насколько успешно будут решены эти задачи, зависят общие капитальные затраты на КВС и время его окупаемости, которое пока оценивается в несколько лет при периодичности подрывов 4 часа (менее года при проблематичной периодичности полчаса).
2. «При заведомо заниженной вероятности возникновения аварийной ситуации.., равной 10-7, можно считать гарантированными не менее 3 ядерных аварий в год».
В оценках автор исходит из завышенного количества взрывов. Тем не менее, проблема достаточно серьезна. Безусловно, необходимо разработать такую технологию подземного производства энергозарядов и проведения взрывов, такие организационные и технические защитные меры, которые бы детерминировано исключили возможность аварийного (несвоевременного) ядерного взрыва и, как следствие, жертв среди персонала, выведения КВС из строя; экологические последствия аварийного ядерного взрыва под землей не столь серьезны. Это одна из важнейших составляющих будущего проекта.
3. «…полномасштабная реализация идеи потребует 30 млн ядерных зарядов в год, притом, что за… 50 лет обладатели ЯО не сумели создать и 100 тыс. единиц».
Примерим полномасштабную реализацию ВДЭ к России. В книге рассматривается диапазон энергии взрыва от 10 до 50 кт, но сейчас предпочтительнее считается уровень 100 кт. На сегодня наше полное потребление энергии составляет 6 кВт на душу населения (электричества примерно 1 кВт). Если в России производить за сутки 150 взрывов по 100 кт, то суммарная мощность от них составит 720 ГВт или почти 5 кВт на душу. Дополнительная энергия, выделяющаяся при захвате нейтронов натрием и распаде натрия-24, увеличит это число в полтора раза. С учетом других источников (ГЭС, биомасса, уголь), такой уровень мощности ВДЭ сможет устраивать Россию долгое время, если удастся достичь высокой эффективности использования тепловой части производимой энергии*.
Для производства 150 взрывов в день нужно увеличить достигнутый уровень производства зарядов примерно на два порядка, что не выглядит непосильной задачей. Например, на один порядок поднимается численность рабочих (совсем немного для большой энергетики), и на один порядок поднимается производительность труда за счет высокой степени автоматизации и заметного упрощения конструкции энергозарядов, к которым не предъявляются столь жесткие требования, как к ядерному оружию.
Оптимальное число КВС, на которое распределятся эти взрывы, пока не определено. С его ростом пропорционально повышается часть капитальных затрат, связанная с удержанием взрывов (на строительство камеры, производство натрия и т.п.), зато снижаются затраты на линии передач энергии, частота подрывов в отдельном КВС.
В варианте энергетики 1-го этапа с наработкой топлива АЭС нет необходимости увеличивать потенциал производства ядерных зарядов.
4. «Ежегодная потребность в плутонии оружейного качества ВДЭ, при планируемых авторами масштабах, составляет не менее 300 тысяч тонн. Для справки – современные запасы такого плутония во всем мире, накопленные за полвека, не превышают 200 т».
Расход 300 тысяч тонн плутония в год соответствует 30 млн взрывов в год с использованием 10 кг плутония в каждом. Во-первых, обе исходные величины преувеличены. Во-вторых, предполагается в одном взрыве сжигать менее 100 г делящегося материала (ДМ), а несгоревший ДМ периодически возвращать почти полностью. В третьих, предполагается использовать упрощенные способы выделения ДМ из натрия и продуктов взрыва, поскольку к его качеству не предполагаются столь жесткие требования, как к оружейному материалу. При использовании уран-ториевого топливного цикла выделению ДМ поможет большая разница в плотностях урана и тория.
5. «…авторов… не заботит… интегральное энерговыделение в отдельно взятом КВС, за год составляющее 200 Мт, из которых, по меньшей мере, 8 Мт за счет реакции деления. Для всей КВС энергетики это значение составляет 400000 Мт, а за проектный срок эксплуатации (25 лет) – 4×107 Мт. Для справки – суммарная мощность всех ядерных взрывов… до сего дня не превышает 2000 Мт, т.е. на 4 порядка меньше».
Количество и суммарная мощность ядерных взрывов определялись технологией их проведения, ограниченными возможностями немногих ядерных полигонов и, в конце концов, потребностями разработок оружия. Все это не имеет отношения к ВДЭ.
Что же касается озабоченности образованием РАО в виде продуктов деления, то оно намного меньше, чем в традиционной ядерной энергетике, ведь при проведении 100-килотонных взрывов всего ~1% энергии будет вырабатываться за счет деления. Кроме того, большие нейтронные выходы дают возможность обходиться без специальных выжигателей для трансмутации долгоживущих изотопов.
6. «Авторы игнорируют удовлетворительно зарекомендовавший себя в традиционной ядерной энергетике принцип глубоко эшелонированной защиты… топливная матрица и герметизирующая оболочка… удержание активности в пределах топливного элемента».
Принцип эшелонированной защиты не игнорируется, только предусматриваются свои барьеры для распространения активности – герметизирующая стальная оболочка КВС, бетон, грунт. Естественно, что принятую в традиционной атомной энергетике систему радиационной защиты нельзя буквально в том же виде перенести на ВДЭ. В оценках эффективности бетона и грунта как радиационной защиты авторы книги исходят из опыта проведения подземных ядерных испытаний и возникавшей в них радиационной обстановки. Десятки метров бетона сами по себе обеспечивают непроницаемую защиту, а стальная оболочка – дополнительный и еще более эффективный барьер.
В норме радиационная обстановка вокруг КВС сведется к естественному фону. Последствия образования в оболочке отдельных трещин требуют специального изучения, хотя ничего серьезного на поверхности грунта не ожидается. По оценкам, через них до спада внутреннего давления после взрыва успеет выйти лишь малая доля радиоактивных газов, которые не проникнут через бетон без наличия в нем сквозных трещин. Возможно «самозалечивание» трещин пробкой из застывшего в бетоне натрия. Но даже при полном разрушении оболочки и бетона, до которого дело дойти не может, не произошло бы серьезных экологических последствий: твердые и жидкие частицы не способны преодолеть большую толщу грунта, а выходящие через нее газы имеют короткие периоды полураспада.
7. «…массу жидкого натрия… примерно 300 тыс. тонн для одного котла. Для справки: мировое производство натрия составляет… 600 тыс. тонн… По-видимому, авторы полагают, что человечество может обойтись без этого химического элемента».
Во-первых, натрий один из наиболее распространенных элементов в природе. Во-вторых, производство металлического натрия пока фактически ограничено потреблением и не видно, что при необходимости его нельзя было бы поднять на 1–2 порядка величины. Затраты энергии на электролиз возвращаются быстро [2].
8. «О том, что авторская оценка является заниженной… не на один порядок величин, свидетельствуют… затраты на сооружение хранилища оружейных делящихся материалов на ПО «Маяк»… 600 млн долларов… В сравнении с ХДМ предлагаемый проект предусматривает применение чрезвычайно сложных технологий…».
Непонятна опора на стоимость хранилища делящихся материалов (ХДМ), не имеющего к КВС никакого отношения.
Полномасштабный КВС, безусловно, намного дороже $600 млн; только затраты на сдерживание взрывов оцениваются в $150 млн/кт, не считая энергетического оборудования, стоимость которого пропорциональна производимой мощности. Экспериментальный же КВС должен обойтись, наоборот, много дешевле. Во-первых, как говорилось выше, моделирование полномасштабных взрывов обеспечивают взрывы уровня 0,1 кт. Во-вторых, для отработки стойкости КВС взрывы достаточно проводить эпизодически, один раз в течение многих дней, без большой нагрузки на теплосъем. Информацию, необходимую для отработки полномасштабного теплового оборудования, можно получить в небольшом числе экспериментов.
9. «Вообще, специалистам неизвестно, имеются ли какие-либо научные работы, посвященные химическим процессам, протекающим при экстремальных давлениях и температурах, характерных для термоядерного взрыва».
В условиях термоядерного взрыва любое вещество представляет собой плазму, в которой химические процессы не происходят. А по соседству с взрывом они протекают по известным законам, о чем свидетельствуют, в частности, радиохимические пробы из мест проведения подземных взрывов, динамика образования окислов азота в огненном шаре ядерного взрыва.
10. «…некорректная оценка выхода продуктов деления в килограммах; при этом авторы не считают нужным приводить общепринятые единицы их активности».
Измерение выхода продуктов деления в килограммах удобно, когда речь идет о ядерных взрывах. Оценки в единицах активности пришлось бы сопровождать перечислением ее значений на множество моментов времени после взрыва, либо чисел кюри для десятков образовавшихся радиоактивных веществ вместе с периодами их полураспадов (хотя почти все эти сведения можно почерпнуть из справочной литературы). В килограммах также проще сравнивать образование продуктов деления в АЭ и ВДЭ, поскольку оно однозначно связано с сопровождающим его выделением энергии.
Тем не менее, авторы не избегают оценок активности в общепринятых единицах, когда это имеет смысл. Например, в разделе 6.3 книги [2] приводятся данные по установившейся гамма-активности цезия-137 (Мэв/с) в единице массы теплоносителя.
11. Отмечено полное отсутствие публикаций по ВДЭ в научных журналах.
Периодические научные публикации естественны при проведении НИР. Но НИР пока не открыта, а идеи сами по себе еще не дают достаточного материала для научных статей. Пока они выставляются на всеобщее обозрение другими способами.
 

lenivec

аксакал

Ик! %( :kos:
Нада отдельную планету отвести под КВС. Астероид из жидкого натрия панимаешь. Удерживаться натрий после взрывов будет силами тяжести. Энергию отводить излучением через соответсвующих размеров параболическое зеркало :kos:
"Вся история науки на каждом шагу показывает, что отдельные личности были более правы в своих утверждениях, чем целые корпорации ученых или сотни и тысячи исследователей, придерживающихся господствующих взглядов". В. И. Вернадский  
MD Serg Ivanov #17.08.2008 17:50
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал

Это примерно как закрытие/открытие Армянской АЭС в сейсмозоне.
Ежели глобальное потепление вдруг сменится глобальным похолоданием все покажется очень даже экологично и безопасно. Мёрзнуть то неохота.. :-)
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru