A mundet një ndërtesë të sigurojë plotësisht energji elektrike, ngrohje, ujë të nxehtë dhe në të njëjtën kohë të shesë një pjesë të energjisë së tepërt anash?
Sigurisht! Nëse kujtojmë atomin e mirë të vjetër dhe pajisim shtëpinë tonë me një reaktor bërthamor në miniaturë. Po në lidhje me ekologjinë dhe sigurinë? Rezulton se këto probleme mund të zgjidhen duke përdorur teknologjive moderne. Kjo është pikërisht ajo që mendojnë ekspertët e Departamentit Amerikan të Energjisë, të angazhuar në zbatimin e të ashtuquajturit koncept. reaktor "i mbyllur".
Vetë ideja e krijimit të një pajisjeje të tillë lindi rreth dhjetë vjet më parë si një recetë për furnizim efikas me energji vendet në zhvillim. Elementi kryesor i tij është reaktori autonom i transportueshëm i vogël i mbyllur (SSTAR), i zhvilluar në Laboratorin Kombëtar Lawrence Livermore. Lawrence (Kaliforni).
E veçanta e këtij produkti është pamundësia e plotë e nxjerrjes së lëndës radioaktive (për të mos përmendur mundësinë e rrjedhjes së saj). Ky supozohej të ishte kushti kryesor për furnizimin e pajisjeve të të ashtuquajturave shtete. bota e "tretë", në mënyrë që të eliminohet tundimi për të përdorur përmbajtjen e saj për të krijuar armë bërthamore. Një kuti plotësisht e mbyllur, e pajisur me një sistem alarmi të besueshëm në rast përpjekjeje për ta hapur, dhe brenda saj ka një reaktor me një gjenerator avulli, të mbyllur si një xhind në një shishe.
Ndërsa kontradiktat në tregun global të energjisë thellohen, tregu dikton gjithnjë e më shumë kërkesën për sisteme autonome të furnizimit me energji. Nga pikëpamja ligjore, përdorimi i gjerë i reaktorëve të vegjël në vendet e zhvilluara premton shumë më pak vështirësi sesa furnizimi i tyre për vendet në zhvillim. Si rezultat, ëndrra e një termocentrali mikro-bërthamor po transformohet gjithnjë e më shumë në idenë e krijimit të një gjeneratori pikë energjie duke përdorur karburantin "të përjetshëm".
Teknologjitë ekzistuese SSTAR nuk lejojnë rimbushjen e bërthamës dhe jetëgjatësinë e pritshme funksionimin e vazhdueshëmështë 30 vjeç. Pas kësaj periudhe, propozohet thjesht zëvendësimi i të gjithë bllokut me një të ri. Vini re se një reaktor me fuqi 100 megavat përshtatet në një "shishe" 15 metra të lartë dhe 3 metra në diametër.
Këta tregues, shumë modestë për një termocentral, duken ende domethënës kur bëhet fjalë për furnizimin me energji të objekteve individuale. Megjithatë zhvillimin krijues Projekti tregoi mundësinë e një reduktimi të ndjeshëm të karakteristikave të peshës dhe madhësisë me një reduktim adekuat të fuqisë.
Në të ardhmen, projektuesit synojnë të vazhdojnë punën për miniaturizimin e njësisë së energjisë dhe përmirësimin e sistemeve të kontrollit. Një fushë tjetër e rëndësishme është zgjatja e jetës së "tabletës bërthamore" në 40-50 vjet, për të cilën është planifikuar të instalohen sisteme shtesë mbrojtëse brenda saj.
Pra, është e mundur që në të ardhmen e afërt të jetë e mundur të instalohet një burim pothuajse i përjetshëm energjie direkt në bodrumin e çdo shtëpie.
1. Një motor Stirling me piston të lirë mundësohet nga ngrohja me "avull atomik" 2. Një gjenerator me induksion siguron rreth 2 W energji elektrike për të fuqizuar një llambë inkandeshente 3. Shkëlqimi karakteristik blu është rrezatimi Cherenkov i elektroneve të rrëzuara nga atomet nga rrezet gama. Mund të shërbejë si një dritë e shkëlqyer e natës!
Për fëmijët mbi 14 vjeç, një studiues i ri do të jetë në gjendje të montojë në mënyrë të pavarur një reaktor bërthamor të vogël, por real, të mësojë se çfarë janë neutronet e shpejtë dhe të vonuar dhe të shohë dinamikën e përshpejtimit dhe ngadalësimit të një reaksioni zinxhir bërthamor. Disa eksperimente të thjeshta me një spektrometër gama do t'ju lejojnë të kuptoni prodhimin e produkteve të ndryshme të ndarjes dhe të eksperimentoni me riprodhimin e karburantit nga toriumi tani në modë (një pjesë e sulfurit të toriumit-232 është bashkangjitur). Libri i përfshirë "Bazat e fizikës bërthamore për të vegjlit" përmban përshkrime të më shumë se 300 eksperimenteve me reaktorin e montuar, kështu që ka hapësirë të madhe për kreativitet
Prototipi historik Seti i Laboratorit të Energjisë Atomike (1951) u dha nxënësve të shkollës mundësinë për t'u bashkuar me fushat më të avancuara të shkencës dhe teknologjisë. Elektrskopi, dhoma Wilson dhe numëruesi Geiger-Muller bënë të mundur kryerjen e shumë eksperimenteve interesante. Por, sigurisht, jo aq interesant sa montimi i një reaktori të punës nga grupi rus "Tabela Bërthamore"!
Në vitet 1950, me ardhjen e reaktorëve bërthamorë, dukej se perspektivat e shkëlqyera për zgjidhjen e të gjitha problemeve të energjisë u shfaqën përpara njerëzimit. Inxhinierët e energjisë projektuan termocentrale bërthamore, ndërtuesit e anijeve projektuan anije elektrike bërthamore, madje edhe projektuesit e makinave vendosën t'i bashkohen festës dhe të përdorin "atomin paqësor". Një "bum bërthamor" u ngrit në shoqëri dhe industrisë filloi t'i mungonte specialistët e kualifikuar. Kërkohej një fluks i personelit të ri, dhe një serioz kompani arsimore jo vetëm mes studentëve të universitetit, por edhe mes nxënësve të shkollës. Për shembull, A.C. Kompania Gilbert u lëshua në 1951 komplet për fëmijë Laboratori i Energjisë Atomike, që përmban disa burime të vogla radioaktive, instrumentet e nevojshme, si dhe mostra të mineralit të uraniumit. Ky "komplet shkencor i teknologjisë së fundit", siç thuhej në kuti, i lejoi "kërkuesit e rinj të kryenin mbi 150 eksperimente shkencore emocionuese".
Personeli vendos gjithçka
Gjatë gjysmë shekullit të kaluar, shkencëtarët kanë mësuar disa mësime të hidhura dhe kanë mësuar të ndërtojnë reaktorë të besueshëm dhe të sigurt. Edhe pse industria aktualisht është në rënie pas aksidentit të fundit në Fukushima, së shpejti do të jetë përsëri në rritje dhe termocentralet bërthamore do të vazhdojnë të shihen si një mënyrë jashtëzakonisht premtuese për të ofruar energji të pastër, të besueshme dhe të sigurt. Por tani në Rusi ka mungesë të personelit, ashtu si në vitet 1950. Për të tërhequr nxënësit e shkollës dhe për të rritur interesin për energjinë bërthamore, Ndërmarrja Kërkimore dhe Prodhuese (SPE) “Ekoatomconversion”, duke marrë shembullin e A.S. Kompania Gilbert ka nxjerrë një grup edukativ për fëmijët mbi 14 vjeç. Natyrisht, shkenca nuk ka qëndruar ende gjatë këtyre gjysmë shekulli, prandaj, ndryshe nga prototipi i saj historik, set modern ju lejon të merrni një rezultat shumë më interesant, domethënë, të montoni një model të vërtetë të një termocentrali bërthamor në tryezë. Sigurisht, është aktive.
Shkrim-leximi nga djepi
“Kompania jonë vjen nga Obninsk, një qytet ku energjia bërthamore është e njohur dhe e njohur për njerëzit pothuajse nga kopshti i fëmijëve, shpjegon “PM” mbikëqyrës shkencor NPP "Ecoatomconversion" Andrey Vykhadanko. "Dhe të gjithë e kuptojnë se nuk ka absolutisht nevojë të kesh frikë prej saj." Në fund të fundit, vetëm rreziku i panjohur është vërtet i frikshëm. Kjo është arsyeja pse ne vendosëm të lëshojmë këtë grup për nxënësit e shkollave, i cili do t'i lejojë ata të eksperimentojnë dhe studiojnë parimet e funksionimit të reaktorëve bërthamorë pa e ekspozuar veten dhe të tjerët ndaj rrezikut serioz. Siç e dini, njohuritë e fituara në fëmijëri janë më të qëndrueshme, kështu që me lëshimin e këtij grupi shpresojmë të zvogëlojmë ndjeshëm mundësinë e një përsëritjeje të Çernobilit ose
Fukushima në të ardhmen”.
Mbeturinat e plutoniumit
Gjatë viteve të funksionimit të shumë termocentraleve bërthamore, janë grumbulluar tonë të ashtuquajtur plutonium të reaktorit. Ai përbëhet kryesisht nga Pu-239 i shkallës së armëve, që përmban rreth 20% përzierje të izotopeve të tjerë, kryesisht Pu-240. Kjo e bën plutoniumin e shkallës së reaktorit plotësisht të papërshtatshëm për krijimin e bombave bërthamore. Ndarja e papastërtive rezulton të jetë shumë e vështirë, pasi diferenca në masë midis izotopit 239 dhe 240 është vetëm 0.4%. Prodhimi i karburantit bërthamor me shtimin e plutoniumit të reaktorit doli të ishte teknologjikisht kompleks dhe ekonomikisht i padobishëm, kështu që ky material mbeti jashtë përdorimit. Është plutoniumi "mbeturinë" që përdoret në "Kitin e shkencëtarëve të rinj bërthamorë" të zhvilluar nga Ndërmarrja e Kërkimit dhe Prodhimit të Ecoatomconversion.
Siç dihet, që të fillojë një reaksion zinxhir i ndarjes, karburanti bërthamor duhet të ketë një masë të caktuar kritike. Për një top të bërë me uranium-235 të shkallës së armëve është 50 kg, për një prej plutonium-239 - vetëm 10. Një predhë e bërë nga një reflektor neutron, për shembull berilium, mund të zvogëlojë masën kritike disa herë. Dhe përdorimi i një moderatori, si në reaktorët termikë të neutroneve, do të zvogëlojë masën kritike me më shumë se dhjetë herë, në disa kilogramë U-235 shumë të pasuruar. Masa kritike e Pu-239 do të jetë qindra gram, dhe është pikërisht ky reaktor ultra-kompakt që përshtatet në një tavolinë që u zhvillua në Ecoatomconversion.
Çfarë ka në gjoks
Paketimi i kompletit është projektuar në mënyrë modeste në bardh e zi dhe vetëm ikonat e zbehta të radioaktivitetit me tre segmente dallohen disi nga sfondi i përgjithshëm. "Nuk ka asnjë rrezik," thotë Andrey, duke treguar fjalët "Plotësisht i sigurt!" “Por këto janë kërkesat e autoriteteve zyrtare.” Kutia është e rëndë, gjë që nuk është për t'u habitur: ajo përmban një enë transporti të mbyllur me plumb me një montim karburanti (FA) prej gjashtë shufrash plutoniumi me një guaskë zirkoniumi. Për më tepër, kompleti përfshin një enë të jashtme të reaktorit të bërë nga xhami rezistent ndaj nxehtësisë me forcim kimik, një mbulesë strehimi me një dritare xhami dhe vula presioni, një strehë me bërthamë prej çeliku inox, një mbajtës për reaktorin dhe një shufër thithëse kontrolli të bërë prej karabit bor. Pjesa elektrike e reaktorit përfaqësohet nga një motor Stirling me piston të lirë me tuba polimer lidhës, një llambë të vogël inkandeshente dhe tela. Kompleti përfshin gjithashtu një qese prej një kilogrami pluhur acid borik, një palë kostume mbrojtëse me respiratorë dhe një spektrometër gama me një detektor neutron helium të integruar.
Ndërtimi i një centrali bërthamor
Montimi i një modeli pune të një termocentrali bërthamor sipas manualit shoqërues në foto është shumë i thjeshtë dhe zgjat më pak se gjysmë ore. Pasi kemi veshur një kostum mbrojtës elegant (është i nevojshëm vetëm gjatë montimit), ne hapim paketimin e mbyllur me montimin e karburantit. Më pas e fusim montimin brenda enës së reaktorit dhe e mbulojmë me trupin e bërthamës. Në fund, këputim kapakun me plumbat e mbyllur sipër. Ju duhet të futni shufrën e absorbuesit deri në fund në atë qendrore dhe të mbushni zonën aktive me ujë të distiluar përmes cilësdo prej dy të tjerëve deri në vijën në trup. Pas mbushjes, tubat për avull dhe kondensatë që kalojnë përmes shkëmbyesit të nxehtësisë së motorit Stirling lidhen me hyrjet e presionit. Vetë termocentrali bërthamor është tashmë i kompletuar dhe gati për t'u nisur është vetëm vendosja e tij në një stendë të veçantë në një akuarium të mbushur me një zgjidhje të acidit borik, i cili thith në mënyrë të përsosur neutronet dhe mbron studiuesin e ri nga rrezatimi neutron.
Tre, dy, një - filloni!
Ne sjellim një spektrometër gama me një sensor neutron pranë murit të akuariumit: një pjesë e vogël e neutroneve, të cilat nuk përbëjnë kërcënim për shëndetin, ende dalin. Ngrini ngadalë shufrën e kontrollit derisa fluksi i neutronit të fillojë të rritet me shpejtësi, duke treguar fillimin e një reaksioni bërthamor të vetë-qëndrueshëm. Mbetet vetëm të prisni derisa të arrihet fuqia e kërkuar dhe ta shtyni shufrën 1 cm prapa përgjatë shenjave në mënyrë që shpejtësia e reagimit të stabilizohet. Sapo të fillojë zierja, një shtresë avulli do të shfaqet në pjesën e sipërme të trupit të bërthamës (përforimet në trup parandalojnë që kjo shtresë të ekspozojë shufrat e plutoniumit, gjë që mund të çojë në mbinxehjen e tyre). Avulli shkon lart në tub në motorin Stirling, ku kondensohet dhe rrjedh poshtë tubit të daljes në reaktor. Diferenca e temperaturës midis dy skajeve të motorit (njëri nxehet me avull dhe tjetri ftohet nga ajri i dhomës) shndërrohet në lëkundje të magnetit të pistonit, i cili, nga ana tjetër, shkakton një rrymë alternative në rrethon motorin dredha-dredha, ndezëse e dritës atomike në duart e studiuesit të ri dhe, siç shpresojnë zhvilluesit, interesi atomik në zemrën e tij.
Shënim i redaktorit: Ky artikull u botua në numrin e prillit të revistës dhe është një shaka 1 prilli.
NË kohët e fundit Të gjitha zhvillim më të madh merr konceptin e furnizimit autonom me energji elektrike. Qoftë ajo shtëpi fshati me mullinjtë e tij me erë dhe panelet diellore në çati ose një impiant të përpunimit të drurit me një kazan ngrohjeje që funksionon me mbeturina industriale - tallash, thelbi nuk ndryshon. Bota po vjen gradualisht në përfundimin se është koha për të braktisur furnizimin e centralizuar të ngrohjes dhe energjisë elektrike. Ngrohja qendrore praktikisht nuk gjendet më në Evropë, shtëpi individuale, rrokaqiejt e apartamenteve dhe ndërmarrjet industriale ngrohen në mënyrë të pavarur. Përjashtimi i vetëm janë disa qytete në vendet veriore - ku ngrohja e centralizuar dhe shtëpitë e mëdha të bojlerit justifikohen nga kushtet klimatike.
Sa i përket industrisë autonome të energjisë, gjithçka po shkon drejt kësaj - popullsia po blen në mënyrë aktive turbina me erë dhe panele diellore. Ndërmarrjet po kërkojnë mënyra për të përdorur në mënyrë racionale energjinë termike nga proceset teknologjike, ndërtojnë të tyren termocentralet dhe po blejnë edhe panele diellore me turbina me erë. Ata që janë veçanërisht të fokusuar në teknologjitë "gjelbër" planifikojnë madje të mbulojnë çatitë e punishteve të fabrikës dhe hangarëve me panele diellore.
Në fund të fundit, kjo rezulton të jetë më e lirë se blerja e kapacitetit të nevojshëm të energjisë nga rrjetet lokale të energjisë. Sidoqoftë, pas aksidentit të Çernobilit, të gjithë harruan disi se më miqësore me mjedisin, më të lirë dhe në mënyrë të arritshme marrja e energjisë termike dhe elektrike mbetet ende energjia e atomit. Dhe nëse gjatë gjithë ekzistencës së industrisë bërthamore, termocentralet me reaktorë bërthamorë janë shoqëruar gjithmonë me komplekse që mbulojnë hektarë sipërfaqe, tuba të mëdhenj dhe liqene për ftohje, atëherë një sërë zhvillimesh vitet e fundit synon të thyejë këto stereotipe.
Disa kompani njoftuan menjëherë se po hynin në treg me reaktorë bërthamorë "në shtëpi". Stacione miniaturë me përmasa nga kuti garazhi për një ndërtesë të vogël dykatëshe ata janë gati të furnizojnë nga 10 deri në 100 MW për 10 vjet pa karburant. Reaktorët janë plotësisht të pavarur, të sigurt, nuk kërkojnë mirëmbajtje dhe, në fund të jetës së tyre të shërbimit, thjesht rimbushen për 10 vjet të tjera. A nuk është një ëndërr për një fabrikë hekuri apo një banor komercial veror? Le t'i hedhim një vështrim më të afërt atyre prej tyre, shitjet e të cilëve do të fillojnë në vitet e ardhshme.
Toshiba 4S (Super i sigurt, i vogël dhe i thjeshtë)
Reaktori është projektuar si një bateri. Supozohet se një "bateri" e tillë do të varroset në një bosht 30 metra të thellë, dhe ndërtesa mbi të do të jetë 22 16 11 metra. Jo më shumë se një shtëpi e bukur fshati? Një stacion i tillë do të kërkojë personel mirëmbajtjeje, por kjo ende nuk krahasohet me dhjetëra mijëra metra katrorë hapësirë dhe qindra punëtorë në termocentralet tradicionale bërthamore. Fuqia e vlerësuar e kompleksit është 10 megavat për 30 vjet pa karburant.
Reaktori funksionon me neutrone të shpejta. Një reaktor i ngjashëm është instaluar dhe funksionuar që nga viti 1980 në NPP Beloyarsk në rajonin Sverdlovsk të Rusisë (reaktori BN-600). Parimi i funksionimit është përshkruar. Në instalimin japonez, natriumi i shkrirë përdoret si ftohës. Kjo bën të mundur rritjen e temperaturës së funksionimit të reaktorit me 200 gradë Celsius në krahasim me ujin dhe në presion normal. Përdorimi i ujit në këtë cilësi do të rriste presionin në sistem qindra herë.
Më e rëndësishmja, kostoja e gjenerimit të 1 kWh për këtë instalim pritet të variojë nga 5 deri në 13 cent. Ndryshimi është për shkak të veçorive të taksave kombëtare, kostove të ndryshme të përpunimit të mbetjeve bërthamore dhe kostos së çmontimit të vetë centralit.
Klienti i parë i “baterisë” nga Toshiba duket se është qyteti i vogël Galena, Alaska në SHBA. Dokumentacioni i lejes aktualisht është duke u koordinuar me agjencitë qeveritare amerikane. Partneri i kompanisë në SHBA është kompania e mirënjohur Westinghouse, e cila për herë të parë furnizoi asambletë e karburantit alternativë ndaj TVEL-ve ruse në termocentralin bërthamor të Ukrainës.
Gjenerimi i Energjisë Hyperion dhe Reaktori Hyperion
Këta djem amerikanë duket se janë të parët që hynë në tregun komercial për reaktorët bërthamorë në miniaturë. Kompania ofron instalime nga 70 deri në 25 megavat që kushtojnë afërsisht 25-30 milionë dollarë për njësi. Instalimet bërthamore Hyperion mund të përdoren si për prodhimin e energjisë elektrike ashtu edhe për ngrohjen. Që nga fillimi i vitit 2010, tashmë janë marrë mbi 100 porosi për stacione të kapaciteteve të ndryshme, si nga privatët ashtu edhe nga kompanitë shtetërore. Madje ka plane për të zhvendosur prodhimin e moduleve të përfunduara jashtë Shteteve të Bashkuara, duke ndërtuar fabrika në Azi dhe Evropën Perëndimore.
Reaktori funksionon në të njëjtin parim si shumica e reaktorëve modernë në termocentralet bërthamore. Lexoni. Më të afërt në parim të funksionimit janë reaktorët më të zakonshëm rusë të tipit VVER dhe termocentralet e përdorur në nëndetëset bërthamore të Projektit 705 Lira (NATO - "Alfa"). Reaktori amerikan është praktikisht një version me bazë tokësore i reaktorëve të instaluar në këto nëndetëse bërthamore, nga rruga - nëndetëset më të shpejta të kohës së tyre.
Lënda djegëse e përdorur është nitridi i uraniumit, i cili ka një përçueshmëri më të lartë termike në krahasim me oksidin e uraniumit qeramik, tradicional për reaktorët VVER. Kjo lejon funksionimin në temperatura 250-300 gradë Celsius më të larta se instalimet ujë-ujë, gjë që rrit efikasitetin e turbinave me avull të gjeneratorëve elektrikë. Gjithçka është e thjeshtë këtu - sa më e lartë të jetë temperatura e reaktorit, aq më e lartë është temperatura e avullit dhe, si rezultat, aq më i lartë është efikasiteti i turbinës me avull.
Një shkrirje plumb-bismut, e ngjashme me atë në nëndetëset bërthamore sovjetike, përdoret si një "lëng" ftohës. Shkrirja kalon nëpër tre qarqe shkëmbimi nxehtësie, duke ulur temperaturën nga 500 gradë Celsius në 480. Lëngu i punës për turbinën mund të jetë ose avulli i ujit ose dioksidi i karbonit i mbinxehur.
Instalimi me karburant dhe sistem ftohje peshon vetëm 20 ton dhe është projektuar për 10 vjet funksionim me një fuqi nominale prej 70 megavat pa karburant. Dimensionet në miniaturë janë vërtet mbresëlënëse - reaktori është vetëm 2.5 metra i lartë dhe 1.5 metra i gjerë! I gjithë sistemi mund të transportohet me kamion ose me hekurudhë, duke qenë mbajtësi absolut i rekordit botëror komercial për raportin fuqi-lëvizshmëri.
Pas mbërritjes në vend, "fuçi" me reaktorin thjesht varroset. Qasja në të ose ndonjë mirëmbajtje nuk pritet fare. Pas periudha e garancisë montimi gërmohet dhe dërgohet në fabrikën e prodhuesit për rimbushje. Karakteristikat e ftohjes me plumb-bismut ofrojnë një avantazh të madh sigurie - mbinxehja dhe shpërthimi nuk janë të mundshme (presioni nuk rritet me temperaturën). Gjithashtu, kur ftohet, aliazhi ngurtësohet dhe vetë reaktori shndërrohet në një bosh hekuri të izoluar me një shtresë të trashë plumbi, e cila nuk ka frikë nga stresi mekanik. Nga rruga, ishte pamundësia e funksionimit me fuqi të ulët (për shkak të ngurtësimit të aliazhit ftohës dhe mbylljes automatike) që ishte arsyeja e refuzimit të përdorimit të mëtejshëm të impianteve të plumbit-bismut në nëndetëset bërthamore. Për të njëjtën arsye, këta janë reaktorët më të sigurt të instaluar ndonjëherë në nëndetëset bërthamore të të gjitha vendeve.
Fillimisht, centralet bërthamore në miniaturë u zhvilluan nga Hyperion Power Generation për nevojat e industrisë minerare, përkatësisht për përpunimin e argjilës së naftës në vaj sintetik. Rezervat e vlerësuara të naftës sintetike në argjil argjilor të mundshëm për përpunim duke përdorur teknologjitë e sotme vlerësohen në 2.8-3.3 trilion fuçi. Për krahasim, rezervat e naftës “të lëngshme” në puse vlerësohen në vetëm 1.2 trilion fuçi. Megjithatë, procesi i rafinimit të argjilës në naftë kërkon ngrohjen e tij dhe më pas kapjen e avujve, të cilët më pas kondensohen në vaj dhe nënprodukte. Është e qartë se për ngrohje ju duhet të merrni energji diku. Për këtë arsye, prodhimi i naftës nga argjilori konsiderohet ekonomikisht i parealizueshëm në krahasim me importimin e tij nga vendet e OPEC-ut. Kështu që kompania e sheh të ardhmen e produktit të saj zona të ndryshme aplikacionet.
Për shembull, si një termocentral i lëvizshëm për nevojat e bazave ushtarake dhe aeroporteve. Këtu ka edhe perspektiva interesante. Kështu, gjatë luftës së lëvizshme, kur trupat operojnë nga të ashtuquajturat pika të forta në rajone të caktuara, këto stacione mund të fuqizojnë infrastrukturën "bazë". Ashtu si në strategjitë kompjuterike. I vetmi ndryshim është se kur detyra në rajon të përfundojë, termocentrali ngarkohet në automjeti(aeroplan, helikopter mallrash, kamionë, tren, anije) dhe u dërgua në një vend të ri.
Një tjetër aplikim ushtarak është furnizimi me energji stacionare i bazave të përhershme ushtarake dhe fushave ajrore. Në rast të një sulmi ajror ose sulmi me raketa, një bazë me një nëntokë centrali bërthamor, e cila nuk kërkon personel mirëmbajtjeje, ka më shumë gjasa të ruajë efektivitetin luftarak. Në të njëjtën mënyrë, është e mundur të fuqizohen grupet e objekteve të infrastrukturës sociale - sistemet e furnizimit me ujë të qyteteve, objektet administrative, spitalet.
Epo, aplikime industriale dhe civile - sistemet e furnizimit me energji elektrike për qytetet dhe qytezat e vogla, ndërmarrjet individuale ose grupet e tyre, sistemet e ngrohjes. Në fund të fundit, këto instalime gjenerojnë kryesisht energji termike dhe në rajonet e ftohta të planetit mund të formojnë thelbin sistemet e centralizuara ngrohje. Kompania konsideron gjithashtu si premtues përdorimin e termocentraleve të tillë të lëvizshëm në impiantet e shkripëzimit në vendet në zhvillim.
SSTAR (reaktor i vogël, i mbyllur, i transportueshëm, autonom)
Një reaktor autonom i vogël, i mbyllur, i lëvizshëm është një projekt që po zhvillohet në Laboratorin Kombëtar Lawrence Livermore, SHBA. Parimi i funksionimit është i ngjashëm me Hyperion, vetëm ai përdor Uranium-235 si karburant. Duhet të ketë një jetëgjatësi prej 30 vitesh me një kapacitet prej 10 deri në 100 megavat.
Dimensionet duhet të jenë 15 metra të larta dhe 3 metra të gjera me një peshë reaktori prej 200 ton. Ky instalim është projektuar fillimisht për përdorim në vendet e pazhvilluara sipas një skeme leasing. Kështu, vëmendja e shtuar i kushtohet pamundësisë për të çmontuar strukturën dhe për të nxjerrë ndonjë gjë të vlefshme prej saj. Ajo që është e vlefshme është uraniumi-238 dhe plutoniumi i shkallës së armëve, të cilat prodhohen pasi skadojnë.
Në fund të marrëveshjes së qirasë, marrësi do t'i kërkohet të kthejë njësinë në Shtetet e Bashkuara. A jam unë i vetmi që mendoj se këto janë fabrika të lëvizshme për prodhimin e plutoniumit të shkallës së armëve për paratë e njerëzve të tjerë? 🙂 Megjithatë, shteti amerikan nuk ka avancuar më tej këtu punë kërkimore Nuk ka ende një prototip.
Për ta përmbledhur, duhet theksuar se deri tani zhvillimi më real është nga Hyperion dhe dërgesat e para janë planifikuar për vitin 2014. Unë mendoj se mund të presim një avancim të mëtejshëm të termocentraleve bërthamore "xhepi", veçanërisht pasi ndërmarrje të tjera, duke përfshirë gjigantë të tillë si Mitsubishi Heavy Industries, po kryejnë punë të ngjashme për krijimin e stacioneve të ngjashme. Në përgjithësi, një reaktor bërthamor në miniaturë është një përgjigje e denjë për të gjitha llojet e turbullirave të baticës dhe teknologjive të tjera tepër "të gjelbërta". Duket se së shpejti mund të shohim që teknologjia ushtarake të kalojë përsëri në përdorim civil.
Fatkeqësisht, është e pamundur të krijohet një reaktor mikroatomik për nevojat e brendshme, dhe ja pse. Punë reaktor bërthamor bazohet në reaksionin zinxhir të ndarjes së bërthamave të Uranium-235 (235U) nga një neutron termik: n + 235U → 141Ba + 92Kr + γ (202,5 MeV) + 3n. Fotografia e reaksionit të zinxhirit të ndarjes është paraqitur më poshtë
Në Fig. mund të shihet se si një neutron që hyn në bërthamë (²35U) e ngacmon atë dhe bërthama ndahet në dy fragmente (141Ba, 92Kr), një γ-kuant me një energji prej 202,5 MeV dhe 3 neutrone të lira (mesatarisht), të cilat nga ana tjetër mund të ndajë 3 bërthamat e ardhshme të uraniumit që u penguan. Kështu, gjatë çdo ngjarje të ndarjes, çlirohet rreth 200 MeV energji ose ~3 × 10-11 J, që korrespondon me ~ 80 TerraJ/kg ose 2.5 milionë herë më shumë sesa do të çlirohej në të njëjtën sasi qymyri të djegur. Por siç na udhëzon Murphy: "nëse diçka e keqe do të ndodhë, do të ndodhë" dhe disa nga neutronet e prodhuara nga ndarja humbasin në reaksionin zinxhir. Neutronet mund të dalin (të kërcejnë) nga vëllimi aktiv ose të përthithen nga papastërtitë (për shembull, Krypton). Raporti i numrit të neutroneve të gjeneratës pasuese me numrin e neutroneve në gjeneratën e mëparshme në të gjithë vëllimin e mediumit të shumëzimit të neutronit (bërthama e reaktorit bërthamor) quhet faktori i shumëzimit të neutronit, k. Në k<1 цепная реакция затухает, т.к. число поглощенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся. При k>1, një shpërthim ndodh pothuajse në çast Kur k është e barabartë me 1, ndodh një reaksion zinxhir i palëvizshëm i kontrolluar. Faktori i shumëzimit të neutronit (k) është më i ndjeshëm ndaj masës dhe pastërtisë së karburantit bërthamor (235U). NË fizika bërthamore masa minimale e materialit të zbërthyeshëm që kërkohet për të filluar një reaksion zinxhir të ndarjes vetë-qëndrueshme (k≥1) quhet masa kritike. Për Uranium-235 është e barabartë me 50 kg. Sigurisht që nuk është me madhësi mikro, por nuk është as shumë. Për të shmangur një shpërthim bërthamor dhe për të krijuar aftësinë për të kontrolluar reaksionin zinxhir (faktori i shumëzimit), masa e karburantit në reaktor duhet të rritet dhe, në përputhje me rrethanat, thithësit (moderatorët) neutron duhet të vihen në punë. Është pikërisht kjo pajisje inxhinierike dhe teknike e reaktorit, për efekt të kontrollit të qëndrueshëm të reaksionit zinxhir, të sistemit të ftohjes dhe strukturave shtesë për sigurinë rrezatimi të personelit, që kërkojnë vëllime të mëdha.
Ju gjithashtu mund të përdorni California-232 si lëndë djegëse me një masë kritike prej rreth 2.7 kg. Në kufi, është ndoshta mjaft e mundur që reaktori të sjellë madhësinë e një topi me një diametër prej disa metrash. Me shumë mundësi, kjo është ndoshta ajo që bëhet në nëndetëset bërthamore. Unë mendoj se afrimi me reaktorë të tillë duhet të jetë shumë i rrezikshëm ☠ për shkak të sfondit të pashmangshëm të neutronit, por ju duhet të pyesni luftëtarët për më shumë detaje rreth kësaj.
Kaliforniani nuk është i përshtatshëm si lëndë djegëse bërthamore për shkak të kostos së tij të madhe. 1 gram California-252 kushton rreth 27 milionë dollarë. Vetëm uraniumi përdoret gjerësisht si lëndë djegëse bërthamore. Elementet e karburantit të bazuar në torium dhe plutonium nuk përdoren ende gjerësisht, por po zhvillohen në mënyrë aktive.
Kompaktësia relativisht e lartë e reaktorëve të nëndetëseve sigurohet nga ndryshimi në dizajn (zakonisht reaktorët e ujit nën presion, VVER/PWR), kërkesat e ndryshme për ta (kërkesat e ndryshme të sigurisë dhe mbylljes emergjente; në bord zakonisht nuk nevojitet shumë energji elektrike, ndryshe nga reaktorët të termocentraleve me bazë tokësore, të cilat u krijuan vetëm për hir të energjisë elektrike) dhe përdorimi i shkallëve të ndryshme të pasurimit të karburantit (përqendrimi i uraniumit-235 në raport me përqendrimin e uraniumit-238). Në mënyrë tipike, karburanti i reaktorit detar përdor uranium shumë më të lartë shkallë të lartë pasurimi (nga 20% në 96% për anijet amerikane). Gjithashtu, ndryshe nga termocentralet me bazë tokësore, ku përdorimi i karburantit në formën e qeramikës (dioksid uraniumi) është i zakonshëm, reaktorët detarë më së shpeshti përdorin lidhjet e uraniumit me zirkon dhe metale të tjera si lëndë djegëse.
Pajisjet që gjenerojnë rrymë elektrike si rezultat i përdorimit të energjisë së prishjes bërthamore janë studiuar mirë (që nga viti 1913) dhe janë zotëruar prej kohësh në prodhim. Ato përdoren kryesisht aty ku nevojitet kompaktësia relative dhe autonomia e lartë - në eksplorimin e hapësirës, automjetet nënujore, teknologjitë pa pilot dhe pa pilot. Perspektivat për përdorimin e tyre në kushte shtëpiake janë mjaft modeste, përveç rrezikut nga rrezatimi, shumica e llojeve të karburanteve bërthamore janë shumë toksike dhe, në parim, jashtëzakonisht të pasigurta kur janë në kontakt me; mjedisi. Përkundër faktit se në literaturën në gjuhën angleze këto pajisje quhen bateri atomike dhe nuk është e zakonshme t'i quajmë reaktorë, ato mund të konsiderohen fare mirë si të tilla, sepse në to ndodh një reagim i kalbjes. Nëse dëshironi, pajisje të tilla mund të përshtaten për nevojat shtëpiake, kjo mund të jetë e rëndësishme për kushtet, për shembull, në Antarktidë.
Gjeneratorët termoelektrikë me radioizotop kanë ekzistuar për një kohë të gjatë dhe plotësojnë plotësisht kërkesën tuaj - ata janë kompakt dhe mjaft të fuqishëm. Ato funksionojnë për shkak të efektit Seebeck dhe nuk kanë pjesë lëvizëse. Nëse kjo nuk binte ndesh me sensin e përbashkët, masat paraprake të sigurisë dhe kodin penal, një gjenerator i tillë mund të varrosej diku nën një garazh në vend dhe madje të fuqizonte disa llamba dhe një laptop prej tij. Të sakrifikosh, si të thuash, shëndetin e pasardhësve dhe fqinjëve për hir të njëqind apo dy vateve të energjisë elektrike. Në total, më shumë se 1000 gjeneratorë të tillë u prodhuan në Rusi dhe BRSS.
Siç janë përgjigjur tashmë pjesëmarrësit e tjerë, perspektivat për miniaturizimin e reaktorëve "klasikë" të energjisë bërthamore që përdorin turbina me avull për të prodhuar energji elektrike janë shumë të kufizuara nga ligjet e fizikës, dhe kufizimet kryesore vendosen jo aq shumë nga madhësia e reaktorit, por nga madhësia e pajisjeve të tjera: kaldaja, tubacione, turbina, kulla ftohëse. Me shumë mundësi nuk do të ketë modele "shtëpiake". Sidoqoftë, pajisjet mjaft kompakte tani po zhvillohen në mënyrë aktive, për shembull, reaktori premtues NuScale me një fuqi prej 50 MWe ka dimensione vetëm 76 me 15 inç, d.m.th. rreth dy metra me 40 centimetra.
Me energjinë e shkrirjes bërthamore, gjithçka është shumë më e ndërlikuar dhe e paqartë. Nga njëra anë, ne mund të flasim vetëm për afat të gjatë. Deri më tani, edhe reaktorët e mëdhenj të shkrirjes bërthamore nuk japin energji dhe thjesht nuk flitet për miniaturizimin praktik të tyre. Sidoqoftë, një numër organizatash serioze dhe akoma më serioze po zhvillojnë burime kompakte të energjisë bazuar në reagimin e shkrirjes. Dhe nëse në rastin e Lockheed Martin, fjala "kompakt" do të thotë "madhësia e një furgon", atëherë, për shembull, në rastin e agjencisë amerikane DARPA, e cila ndau në vitin fiskal 2009
