Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Ядерная энергетика будущего  (Прочитано 98904 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1200 : 19 Апр 2018 [15:28:58] »
Логично предположить и третий вариант, сочетающий и урановую и ториевую ядерную энергетику.

Там места мало. :)

Т.е. вся ядерная часть должна быть помещена между первой стенкой и нейтронной защитой катушек. А это довольно небольшое пространство, что-то около 50 см. Вот приблизительный вид  разреза бублика проекта DEMO (см. приложенный рисунок). Бланкет на нём - то что обозначено БЛ. АЗ толщиной даже 50 см - это не так чтобы много, особенно учитывая, что сделать её из сплошного монолитного урана/тория нельзя. Внутри неё должны быть ТВЭЛы от которых ещё надо отводить тепло. Средняя плотность тяжёлых ядер в результате в ней будет не очень велика. В этой ситуации нужно думать, что делать с утечкой нейтронов, а не о двухзонной АЗ. :)

Второй неприятный инженерный момент в энергопроизводящем бланкете - охлаждение. Тут проблема в том, что любые лишние материалы в АЗ будут замедлять нейтроны и снижать коэффициент усиления мощности. Идеальный вариант было бы газовое охлаждение (гелием), но он очевидно сталкивается с теми же проблемами, что и газоохлаждаемые быстрые реакторы - низкие допустимые значения плотности мощности, и, главное, безопасность. Т.е. при потере охлаждения (а газ из первого контура может быть потерян очень легко) в этом случае высок риск разрушения ТВЭЛов, а сделать очень жаростойкие ТВЭЛы вроде тех, которые используются в газоохлаждаемом HTR, тут нельзя, т.к. они содержат очень много графита, который является хорошим замедлителем. Из-за этих проблем у нас кстати и нет газоохлаждаемых быстрых реакторов, хотя казалось бы именно они должны обеспечивать максимально жёсткий спектр и максимальное КВ. Вместо этого все реальные быстрые реакторы используют жидкометаллическое охлаждение.

Вода - очень удобный теплоноситель, но она одновременно лучший замедлитель, поэтому её тут тоже использовать нельзя.

Жидкие металлы - среды достаточно коррозионные, кроме того если брать натрий - то он довольно сильно будет смягчать спектр нейтронов, с ним о 5 делениях на термоядерный нейтрон можно точно забыть. Свинец и свинец-висмут в неупругих столкновениях тоже будут замедлять нейтроны, но всё же с ними итоговый спектр будет несколько жёстче (но ни о каких 5 делениях и в этом случае речь не идёт, на это можно надеяться только с гелиевым охлаждением и минимальным количеством посторонних материалов в АЗ), но у них довольно большая температура плавления, что при наличие большого количества тонких трубопроводов это создаёт очень большие проблемы в части возможности застывания теплоносителя в них, а тут из-за малой толщины бланкета будет как раз этот случай - большая сетка сравнительно тонких трубопроводов. Тоже не совсем то, что хотелось бы видеть.

Очень сложно совместить столь неудобную конфигурацию АЗ, эффективное охлаждение и обеспечение максимально жёсткого спектра нейтронов в ней. В этом плане неэнергопроизводящий ториевый бланкет имеет то достоинство, что во-первых охлаждать его просто проще из-за меньшей плотности энерговыделения, а во-вторых можно это делать обычной водой (замедление нейтронов ей в этом случае даже полезно, т.к. будет снижать наработку не очень приятного U-232). А вот инженерная проблема создания энергопроизводящего уранового — куда сложнее (прежде всего в части сочетания плохо сочетаемых требований на максимально жёсткий спектр нейтронов и эффективный теплоотвод при большой плотности мощности).

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1201 : 19 Апр 2018 [15:38:45] »
ри реакции D + D   → 3He + n энергия нейтрона лишь 2,45 МэВ (против 14,1  для реакции    D + T)

Вторая ветка реакции D+D производит тритий, который, если его не сжигать, едва ли можно рассматривать как-то, кроме как радиоактивный отход. Поэтому реальный D-D реактор будет сжигать не только дейтерий, но и образующийся из него же тритий (благо реакция D+D идёт куда охотнее, чем D+T :)). Соответственно поток нейтронов который в этом случае будет получаться на 50% будет иметь энергию 2,45 МэВ и на 50% 14,1 МэВ.

Преимущество такого варианта в том, что нет нужды нарабатывать тритий из лития (на что расходуются нейтроны, да и это ещё требует создание целого дополнительного радиохимического производства, что для экономики весьма нехорошо). Это на самом деле потенциально гигантский плюс. Правда плазменная часть установки в этом случае получится куда сложнее, чем для D-T реактора (что на самом деле может убить все преимущества этого варианта, хотя ничего невозможно в D-D (c дожиганием собственного трития) реакторе c Q~1 в целом нет).

Оффлайн ВадимZero

  • *****
  • Сообщений: 8 703
  • Благодарностей: 94
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ВадимZero
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1202 : 19 Апр 2018 [15:52:07] »
Второй неприятный инженерный момент в энергопроизводящем бланкете - охлаждение.
Видимо по этому не чего кроме жидкосолевого бланкета не рассматривается. Использование твлов и нейтронный баланс портит, и плотность топлива в рабочей зоне сокращает. К тому же не будет возможности на лету извлекать топливо, а без этого мощность реактора вырастет запредельно.
Т.е. вся ядерная часть должна быть помещена между первой стенкой и нейтронной защитой катушек. А это довольно небольшое пространство, что-то около 50 см.
Тогда не выходит ли так что подкритичные реакторы на уране вообще перспектив не имеют, так как в маленьких установках места под бланкет еще меньше.
« Последнее редактирование: 19 Апр 2018 [15:58:32] от ВадимZero »

Оффлайн snickers

  • *****
  • Сообщений: 2 944
  • Благодарностей: 124
    • Сообщения от snickers
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1203 : 19 Апр 2018 [16:18:33] »
Вторая ветка реакции D+D производит тритий, который, если его не сжигать, едва ли можно рассматривать как-то, кроме как радиоактивный отход.
Тритий по сути водород.. он почти не усваивается организмом.. то есть если он попадет в легкие то он оттуда и выйдет.. то есть он ка бы не самый опасный отход, да и период полураспада 11 лет.. если его сжечь получим радиоактивную водичку которая прекрасно усваивается организмом и растениями.. и если  из не сделать чаек любимой теще...))
А тритий используют в китайских светящихся брелках, тактических фонарях.. где то год или более тому я приводил пример комнатной СЭС на брелках тритиевых и фотопанели.. КПД там мищерный зато 11+ лет стабильной работы гарантированно.. где то проскакивали идеи типа светящегося раствора трития и куча фотопанелек в него погруженных такой вариант АКБ... ничего не доливать ни заряжать 11 лет не надо..
Убрал .. вот кто трет сообщения...)

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1204 : 19 Апр 2018 [16:22:24] »
Тритий по сути водород.. он почти не усваивается организмом..

Вы уверены, что вода не усваивается организмом. :) Как раз тритий с С-14 во многом неприятны тем, что водород и углерод входит в состав всех биологических молекул, включая ДНК. :)

Оффлайн snickers

  • *****
  • Сообщений: 2 944
  • Благодарностей: 124
    • Сообщения от snickers
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1205 : 19 Апр 2018 [16:52:23] »
Вы уверены, что вода не усваивается организмом.
А прочитать мой пост ->
получим радиоактивную водичку которая прекрасно усваивается организмом
зачем утверждать мне то что я и сам утверждаю?
Конечно тритий в воде вместо водорода намного опаснее просто трития..как трития.. кроме вопроса усвоения растениями и организмом тритий легкий газ который попав в свободное состояние банально улетучиться в верхние слои атмосферы.. а вот водичка тритиевая попадет в канализацию/сточные воды = водоемы.И ни какой из существующих фильтров в системе водоснабжения его не отфильтрует ибо по сути это есть водород.
Убрал .. вот кто трет сообщения...)

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 560
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1206 : 19 Апр 2018 [17:48:45] »
Там места мало. :)

Т.е. вся ядерная часть должна быть помещена между первой стенкой и нейтронной защитой катушек. А это довольно небольшое пространство, что-то около 50 см
Присутствие магнитных катушек непосредственно рядом с зоной образования нейтронов – крайне тонкое место всех вариантов термоядерного синтеза с участием трития.
Есть разные варианты. Кроме магнитных ловушек разных типов, где существует озвученная проблема, и электроядерных установок, где такой проблем нет в принципе, ну и нейтроны там весьма разные, есть еще возможность мюонного катализа.

Один мюон сейчас обходиться в 5-10 ГэВ (кстати, огромное поле деятельности для оптимизации) и дает 100-150 реакций синтеза. Последние непосредственно расщеплением 238U  дают 100-150 ГэВ тепла, т.е. 30-50 ГэВ электричества. Ну и плюс наработка на каждый мюон до 1000-1500 ядер 233U или 239Pu.


PS
Цитата
натрий - то он довольно сильно будет смягчать спектр нейтронов
Разве натрий берет такое участие в неупругом рассеянии нейтронов? 7Li точно не будет.
« Последнее редактирование: 19 Апр 2018 [18:22:05] от Lieut »

Оффлайн библиограф

  • *****
  • Сообщений: 9 330
  • Благодарностей: 759
    • Сообщения от библиограф
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1207 : 19 Апр 2018 [18:01:43] »
 
Цитата
тритий легкий газ который попав в свободное состояние банально улетучиться в верхние слои атмосферы..
  Тут вы поддались излишнему оптимизму, поскольку про Изотопный обмен трития даже и
 не слыхали. :P Никуда он не улетучится, потому что не успеет! ???
Выглядит это так: Сверхтяжелый водород в присутствии обычной воды тут же вступает в реакцию
обмена, получается из Т2 + 2Н2O = 2НТО + H2
http://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_209
« Последнее редактирование: 19 Апр 2018 [21:08:58] от библиограф »

Оффлайн ВадимZero

  • *****
  • Сообщений: 8 703
  • Благодарностей: 94
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ВадимZero
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1208 : 19 Апр 2018 [22:25:21] »
(кстати, огромное поле деятельности для оптимизации
И что это за поле? Поле чудес?

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1209 : 19 Апр 2018 [23:09:27] »
Разве натрий берет такое участие в неупругом рассеянии нейтронов?

Более чем. Вот график сечений (не до 14.1 МэВ, а при нескольки более низких энергиях, но далее не лучше). :)



7Li точно не будет.

Ещё как есть. :) У лития-7 есть низколежащий ядерный уровень с энергией 0,48 МэВ. Неупругие процессы с его участием очень даже идут. Сечение не особо большое, хотя 0.2 барна тоже не так уж и мало:



Ну и эндотермическая реакция (идущая тоже через возбуждённые состояние ядра лития-7, только более высоколежащие):

Li-7 + n = Li-7* + n = He-4 + T + n



В бесконечном слое чистого лития-7 один термоядерный нейтрон в среднем индуцирует один акт такой реакции, при наличие каких-то ещё компонент (скажем в оксиде лития) - значительно меньше (посторонние ядра также участвуют в замедление нейтрона, что резко снижает эффективность этого процесса).

Ну и кроме того для таких лёгких ядер как литий-7 сильное замедление идёт и в упругих процессах.

кстати, огромное поле деятельности для оптимизации

А что тут хотя бы теоретически можно улучшить?
« Последнее редактирование: 19 Апр 2018 [23:15:00] от AlexAV »

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 560
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1210 : 20 Апр 2018 [06:21:21] »
А что тут хотя бы теоретически можно улучшить?
"Себестоимость" мюона все таки лишь 106 МэВ. КПД процесса 1-2% их получения - наверное теоретически что-то можно сделать.

Оффлайн ВадимZero

  • *****
  • Сообщений: 8 703
  • Благодарностей: 94
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ВадимZero
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1211 : 20 Апр 2018 [08:27:02] »
КПД процесса 1-2% их получения - наверное теоретически что-то можно сделать.
Пока что мы только мюоны не сталкивали в коллайдере. Может они там размножаться будут, аки негры в африке?

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 560
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1212 : 20 Апр 2018 [18:29:51] »
Пока что мы только мюоны не сталкивали в коллайдере. Может они там размножаться будут, аки негры в африке?
Мюоны на ускорителях получают из мезонов, похожесть названий не просто так, исторически так сложилось.  Есть какие-то теоретические запреты, чтобы и лептоны непосредственно не могли поменять свое значение?

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 560
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1213 : 20 Апр 2018 [18:31:52] »
В бесконечном слое чистого лития-7 один термоядерный нейтрон в среднем индуцирует один акт такой реакции
Вообще-то это очень даже хорошо.

Оффлайн pklАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 5 255
  • Благодарностей: 59
    • Сообщения от pkl
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1214 : 03 Мая 2018 [23:39:51] »
Концепция торий-уран-плутониевого топливного цикла от РФЯЦ-ВНИИЭФ получила вторую премию Международного конкурса научных разработок
Цитата
Работа «Концепция замкнутого торий-уран-плутониевого топливного цикла ядерной энергетики» ведущего научного сотрудника Российского федерального ядерного центра – ВНИИ экспериментальной физики (предприятие Госкорпорации «Росатом») Василия Маршалкина стала лауреатом второй премии Международного конкурса научных, научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие топливно-энергетической и добывающей отраслей промышленности. Награждение лауреатов прошло 25 апреля в рамках VI Российского международного энергетического форума в Санкт-Петербурге.
В проекте саровского ученого предложено использование в ядерной энергетике замкнутого торий-уран-плутониевого топливного цикла с использованием реактора типа ВВЭР. В отличие от других проектов с торием, автор предлагает использовать в качестве теплоносителя тяжелую воду с разбавлением ее легкой водой в процессе работы реактора. При переработке одной тонны облученного топлива после каждых четырех лет работы реактора радиоактивные отходы будут содержать примерно 54 кг продуктов деления, около 0,8 кг тория, 0,1 кг изотопов урана, 0,005 кг изотопов плутония, 0,002 кг нептуния и «следовые» значения изотопов америция и кюрия, что качественно упрощает обращение с высокоактивными отходами.
Вся статья:
http://www.rosatom.ru/journalist/news/kontseptsiya-toriy-uran-plutonievogo-toplivnogo-tsikla-ot-rfyats-vniief-poluchila-vtoruyu-premiyu-me/
Кто-нибудь может квалифицированно прокомментировать? ???

И ещё новость:
США и Франция подписали соглашение о сотрудничестве в области быстрых натриевых реакторов
http://atominfo.ru/newss/z0223.htm
Похоже, у нас появились конкуренты.
Celestron PowerSeeker 114 EQ, но хочется большего

Сверхцивилизация - это цивилизация, овладевшая всеми практически значимыми технологиями, которые вообще допустимы законами природы.

Оффлайн ВадимZero

  • *****
  • Сообщений: 8 703
  • Благодарностей: 94
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ВадимZero
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1215 : 06 Мая 2018 [11:43:04] »
Кто-нибудь может квалифицированно прокомментировать?
Цитата
В отличие от других проектов с торием, автор предлагает использовать в качестве теплоносителя тяжелую воду с разбавлением ее легкой водой в процессе работы реактора.
Сам не понял в чем фишка, поэтапного уменьшения концентрации дейтерия в первом контуре.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1216 : 06 Мая 2018 [12:39:20] »
Сам не понял в чем фишка, поэтапного уменьшения концентрации дейтерия в первом контуре.

Спектральное регулирование. Тяжёлая вода имеет большую длину замедления нейтронов по сравнению с лёгкой. В результате если ВВЭР заполнить тяжёлой водой то спектр нейтронов станет жёстче, при том же обогащение коэффициент размножения нейтронов снизится, а КВ вырастет. По мере выгорания топлива можно повышать содержание лёгкой воды в замедлителе постепенно смягчая спектр нейтронов и поддерживая критичность реактора без побочных потерь нейтронов.

Такой способ управления реактором является куда более экономным в части использования нейтронов и может давать более высокое выгорания топлива (или высокий КВ если обеспечивать ту же самую глубину выгорания), чем эрбиевая компенсация начального избытка реактивности или борное регулирование (в последних случаях начальный избыток реактивности компенсируется тем, что часть нейтронов поглощается эрбием в топливе или бором в теплоносителе без всякой пользы, при использование же спектрального регулирования этого можно избежать, т.е. избыток нейтронов будет не бессмысленно поглощаться специально добавляемыми поглотителями, а захватываясь фертильным материалом (ураном-238 или торием-232) идти на воспроизводство делящихся изотопов).

Не используют его в таком виде прежде всего из-за высокой стоимости тяжёлой воды и большой сложности разделения тяжёлой и лёгкой воды (что в этом случае придётся делать постоянно). Если бы этот вопрос удалось решить, то такой подход позволил бы достаточно заметно увеличить топливную эффективность ВВЭР (и значительно поднять привлекательность ториевого цикла для использования в ВВЭР, для тория вопрос хорошей нейтронной экономики реактора очень важен).
« Последнее редактирование: 06 Мая 2018 [12:46:48] от AlexAV »

Оффлайн ВадимZero

  • *****
  • Сообщений: 8 703
  • Благодарностей: 94
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ВадимZero
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1217 : 06 Мая 2018 [13:06:26] »
В результате если ВВЭР заполнить тяжёлой водой то спектр нейтронов станет жёстче, при том же обогащение коэффициент размножения нейтронов снизится, а КВ вырастет.
Вы же утверждали что жесткий спектр нейтронов для тория не есть гуд.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1218 : 06 Мая 2018 [13:20:33] »
Вы же утверждали что жесткий спектр нейтронов для тория не есть гуд.

Увеличивает наработку U-232 при этом слабо влияя на КВ (в отличие от уран-плутониевого цикла).

Но в данном случае это не так существенно. Даже с тяжёлой водой ВВЭР в быстрый реактор с жёстким спектром не превратится. Спектр станет жёстче по сравнению с заполнением лёгкой, что повлияет на коэффициент размножения, но не более. Тут куда существеннее, что это позволяет управлять реактором без использования каких-то дополнительных поглотителей нейтронов (меняя спектр нейтронов мы меняем соотношение между сечением захвата нейтронов делящимся материалом и фертильным, т.е. при спектральном регулирование все те нейтроны которые нужно убрать из реактора для поддержания его стационарной работы пойдут не на бесполезные процессы с участием бора/РЗЭ/кадмия и т.д. из системы компенсации избытка реактивности и СУЗ, а на воспроизводство делящегося материала). В результате паразитные потери нейтронов могут быть существенно снижены по сравнению с тем, что есть сейчас, что для нейтронодефицитного ториевого цикла очень важно.
« Последнее редактирование: 06 Мая 2018 [13:26:52] от AlexAV »

Оффлайн ВадимZero

  • *****
  • Сообщений: 8 703
  • Благодарностей: 94
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от ВадимZero
Re: Ядерная энергетика будущего
« Ответ #1219 : 06 Мая 2018 [13:30:48] »
Интересно что ториевое топливо хоть имеет и малый КВ на старте, тем не менее способно сохранять КВ выше еденицы при глубоких выгораниях.