proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2017 год
  Агентство  ПРоАтом. 20 ЛЕТ с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Сроки строительства блоков АЭС в РФ выросли до 10 лет. Причины?
Спешка не требуется
Плохая организация на площадке
Слабый контроль со стороны Заказчика
Некачественный проект
Брак комплектующих в поставках
Другое

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
PRo Рекламу

[08/02/2017]     Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики

А.В.Косарев, д.т.н., профессор, председатель Оренбургского отделения АН «Векторной энергетики»

К настоящему времени теория и практика использования энергии управляемого деления ядра прошли многие десятилетия развития. На сегодня это самый мощный источник энергии которым человек овладел в управляемом режиме. Предложены различные способы преобразования энергии ядерного деления в электричество, реализованы разработанные по ним технические решения, используемые на практике. Рассмотрим наиболее важные для практики решения.



1. Схемы АЭС и судовых атомных энергоустановок. Это самый распространённый способ. Он включает предварительное превращение энергии выделяющейся при делении ядер в тепло. Затем это тепло, отводимое из ядерного реактора аккумулируется в виде потенциальной энергии давления рабочего тела теплового цикла. Далее потенциальная энергия давления преобразуется в проточных частях турбин в механическую энергию. Последняя, вращая электрогенератор, преобразуется в электроэнергию. Этот способ является основой современной атомной энергетики. По нему работают все АЭС и судовые атомные установки.

Изучение уровня техники показывает, что общим недостатком ядерных реакторов, в том числе гетерогенных реакторов с традиционными тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами) является более низкий КПД производства электроэнергии на атомных электростанциях в сравнении с электростанциями на органическом топливе. Связано это с более низкой температурой рабочего тела на входе в паровую турбину, из-за ограничений связанных с надёжностью реактора. Это один из основных недостатков, снижающих конкурентоспособность атомных электростанций в сравнении с электростанциями на органическом топливе. Вторым недостатком являются сложности, связанные с тепло отводом из активной зоны реактора. Особенно сложна проблема тепло отвода в реакторах на быстрых нейтронах, где энерго выделение громадно (около 0,5 кВт на кубический сантиметр). [11, с.530]. Этот недостаток напрямую связан с надёжностью ядерных реакторов и радиоактивной безопасностью. К недостаткам сегодняшних технологий АЭС относится и их невозможность работы в переменных (пиковых) режимах. Далее, для повышения рентабельности производства электроэнергии на АЭС требуется создание больших единичных мощностей ядерных реакторов и суммарных мощностей АЭС. Наряду с требованием положений термодинамики о необходимости повышения начальных параметров, это в совокупности создаёт большую потенциальную опасность, связанную с аварийностью и радиоактивным заражением (Чернобыль, Фукусима).

Но самым главным недостатком данной схемы преобразования энергии ядерного деления в электричество являются термодинамические ограничения КПД, которые связаны с преобразованием тепловой энергии в механическую работу. Ограничения, накладываемые теоремой Карно.

С точки зрения векторной энергетики [1, 5] это не только и даже не столько вопиющее расточительство, сколько научная неполнота в понимании процессов преобразования энергии. При реакциях ядерного деления вылетают осколки деления имеющие положительный заряд и движущиеся с огромной скоростью и кинетической энергией. Совокупность этих движущихся электрически заряженных частиц и есть электрический ток, и есть векторный поток энергии. И вместо того, что бы использовать эту уже готовую электрическую энергию, её сознательно диссипируют, превращают в тепло. Затем уже вновь, с известными термодинамическими ограничениями и проблемами безопасности, тепло преобразуют в электричество, в векторные потоки энергии, которые только и способны совершать полезную для человека работу.

2. Другие известные способы преобразования энергии ядерного деления в электричество. Сюда в первую очередь относятся термоэлектрические преобразователи, которые впрочем, не вносят в современную электроэнергетику ни какого вклада. Их практическое использование в ограниченных объёмах осуществлено только в космонавтике. Здесь тепло, получаемое в ядерных реакторах, преобразуется в электроэнергию в термопарах. Имеют очень низкий КПД. Во-вторых, термоэмиссионные преобразователи. Имеют низкий КПД и не вышли в производство. В третьих, есть технологии использования энергии ядерного деления в МГД установках (МПК G21D 7/02), но они так же не нашли применения в производственной практике.

Все эти преобразователи принято относить к прямому преобразованию энергии ядерного деления в электричество. Но это ошибочная трактовка. Да, здесь отсутствуют тепловые циклы с использованием процесса расширения рабочего тела. Но самый главный недостаток, связанный с предварительным преобразованием электрической энергии потока заряженных частиц в тепло остаётся.

3. Ядерные батарейки. Ядерные батарейки (ядерные элементы) работают на энергии естественной радиоактивности.

Рис.1. Схематическое устройство шаровой высоковольтной ядерной батареи

Существуют два вида ядерных элементов: работающие на бетта (β) и альфа (α) распаде. При β-распаде выделяются отрицательно заряженные электроны, при α-распаде выделяются положительно заряженные ядра гелия. На рисунке 1 схематически изображена ядерная батарейка, работающая на β-распаде. Рисунок взят из поисковика Яндекс по запросу “ядерная батарейка” из собрания рисунков. Из радиоактивного вещества на внутреннем шаровом электроде вылетают отрицательно заряженные электроны и накапливаются на внешнем шаровом электроде. В результате внутренний шаровой электрод заряжается положительно, а внешний шаровой электрод заряжается отрицательно. Возникает разность потенциалов в несколько тысяч вольт. Кинетическая энергия электронов, производя работу против поля (являясь ЭДС), превращается в потенциальную энергию электрического поля. В этом и заключается принцип работы ядерной батарейки.

 

Технология реализации принципов ядерной батарейки в топливном элементе ядерного реактора

Прообразом для ядерного электрогенерирующего элемента (ЯЭГЭЛа) служит известный ядерный элемент (ядерная батарейка) на альфа распаде. В ядерном элементе на альфа распаде из ядра вылетают положительно заряженные альфа частицы (ядра гелия). Он состоит из электрода испускающего альфа частицы (эмиттер), заряжающегося отрицательно и электрода на котором накапливаются альфа частицы (коллектор), заряжающегося положительно. Принципиальная схема та же, что и на Рис.1, с той лишь разницей, что знаки (+) и (-) нужно поменять местами. Здесь так же возникает разность потенциалов в несколько тысяч вольт. И кинетическая энергия положительно заряженных альфа частиц, производя работу против поля (являясь ЭДС), превращается в потенциальную энергию электрического поля.

Таким образом, в ядерной батарейке физика преобразования энергии состоит в том, что в результате естественного распада из ядра вылетает положительно заряженный ядерный осколок - ядро гелия, обладающий определённой кинетической энергией. Кинетическая энергия положительно заряженных ядер гелия и превращается в электрическую энергию. Это при альфа распаде. В ТВЭЛе происходит ровно тоже. Вылетают положительно заряженные осколки, теперь обладающие огромной кинетической энергией. Есть два способа преобразования этой энергии. В сегодняшних ядерных реакторах эта энергия рассеивается в активной зоне и превращается в тепло. А можно направить эту кинетическую энергию заряженных частиц против поля и превратить в энергию электрического поля, что и предлагается. Тепло не выделяется и в сегодняшних ТВЭЛах. Из ТВЭЛа вылетают заряженные частицы, как и из сердечника ядерной батарейки при радиоактивном распаде. Название ТВЭЛ не соответствует реальным процессам протекающим в этом устройстве. Тепло выделяется за пределами ТВЭЛа в активной зоне реактора при рассеянии кинетической энергии осколков на массе частиц активной зоны. Мною и предлагается не рассеивать электрическую энергию ядерных осколков в тело, что бы затем с термодинамическими ограничениями вновь превращать в электричество, а по образу ядерной батарейки сразу превращать в электричество. В этом и заключается суть и простота предложения.

Трудность реализации этой физической идеи для управляемой ядерной реакции деления заключается в том, что осколки ядерного деления, в отличие от частиц естественной радиоактивности, обладают огромной кинетической энергией и не накапливаются на коллекторе для создания разности потенциалов как в батарейке. Кинетическая энергия ядерных осколков соответствует разности потенциалов близкой к двум миллионам вольт. Чтобы превратить кинетическую энергию ядерных осколков в энергию электрического поля необходимо обеспечить их движение против поля. В ЯЭГЭЛе это достигается следующим образом. Вокруг обычного тепловыделяющего ядерного элемента (ТВЭЛ), выступающего в роли эмиттера (минус электрода), располагается второй электрод - коллектор в форме цилиндрической обечайки. До запуска ядерной реакции деления в ТВЭЛе, на электроды подаётся пусковое напряжение близкое к двум миллионам вольт. На эмиттер (ТВЭЛ) - минус, на коллектор плюс. После запуска управляемой ядерной реакции деления разность потенциалов будет поддерживаться автоматически.

Из электротехники известно, что внутри источника тока действуют сторонние силы, отличающиеся по своей природе от электрических сил. Работа, совершаемая сторонними силами против сил электрического поля, представляет собой электродвижущую силу источника тока. При этом энергия, порождающая сторонние силы преобразуется в электрическую энергию (например, [2]). Реализуем этот эффект в топливном элементе реактора. Тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) при течении реакций ядерного деления испускает заряженные ядерные осколки, обладающие огромной кинетической энергией. Если организовать движение заряженных ядерных осколков против сил электрического поля, то кинетическая энергия заряженных осколков будет производить работу против электрических сил поля, будет представлять собой электродвижущую силу. Кинетическая энергия осколков, полученная ими в реакциях деления из ядерной энергии, будет преобразовываться непосредственно в энергию электрического поля, в электрическую энергию.

Рис.2. Принципиальная конструктивная схема ЯЭГЭЛа

Основу ядерных реакторов составляют ТВЭЛы, в которых протекают реакции ядерного деления, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. В процессе деления ядро распадается на две важнейшие, для дальнейшего изложения, части. Это положительно заряженные осколки, вылетающие из ТВЭЛа и электронного облака, остающегося в объёме ТВЭЛа. При этом ТВЭЛ приобретает отрицательный заряд. В сегодняшних реакторах эти свободные электроны быстро захватываются положительно заряженными осколками и последние превращаются в нейтральные атомы. Теперь их кинетическая энергия не может производить работу против сил электрического поля. Она может превратиться только в тепло в результате диссипации огромной кинетической энергии нейтральных осколков. Что и происходит в активной зоне современных ядерных реакторов. Первое, что необходимо для реализации идеи ядерного элемента, это не допустить восстановление ядерных осколков до нейтральных атомов. Необходимо развести потоки положительных осколков и электронов облака по разным путям. Второе - необходимо использовать кинетическую энергию положительно заряженных осколков в качестве ЭДС против сил электрического поля.

Суть идеи изображена на принципиальной конструктивной схеме ЯЭГЭЛа (Рис.2). Рассмотрим схему. На схеме цифрой - 1 изображён ТВЭЛ, в котором протекает реакция деления. В результате реакции из ТВЭЛа вылетают с высокой энергией положительно заряженные осколки - 5, а электронное облако заряжает ТВЭЛ отрицательно. Корпус ТВЭЛа - 1 выполнен из электропроводящего материала (сталь). ТВЭЛ коаксиально охватывается вторым электропроводным корпусом - 2. Пространство между корпусом ТВЭЛа и вторым корпусом - 2 заполнено не электропроводящим материалом (диэлектриком). Диэлектрик не позволяет электронному облаку двигаться вслед за осколками и с другой стороны оказывает малое сопротивление движению высоко энергетических осколков. Для того, что бы окончательно развести пути положительных осколков и электронов, соединим корпус ТВЭЛа - 1 (минус электрод) и внешний корпус ядерного элемента - 2 (плюс электрод) внешней электрической цепью через потребителя электроэнергии - 4.

Чтобы использовать кинетическую энергию положительно заряженных осколков в качестве ЭДС необходимо заставить положительно заряженные осколки двигаться против поля. Для этого с помощью внешнего источника напряжения - 3 создадим разность потенциалов между корпусом ТВЭЛа и вторым корпусом ядерного электрогенерирующего элемента как показано на схеме. Такая конструктивная схема позволит преобразовывать кинетическую энергию осколков непосредственно в электричество. Разница с ядерной батарейкой состоит в том, что в ядерной батарейке электрическое поле, против которого действует ЭДС, возникает естественным путём в результате осаждения заряженных частиц, генерируемых естественной радиоактивностью, на электродах, а у нас поле создаётся искусственно.

В процессе ядерной реакции деления в топливном элементе, ядро распадается чаще всего на три части. Это два положительно заряженных осколка, вылетающих из объёма трубчатого кожуха - 1 и электронного облака, остающегося в его объёме. При этом ТВЭЛ приобретает отрицательный заряд. Свободные электроны из объёма трубчатого кожуха - 1 по внешней цепи - 4 потребителя, легко переходят на внешний коаксиальный корпус - 2 ЯЭГЭЛа и воссоединяются с положительно заряженными осколками, достигшими коаксиального корпуса - 2. Движение высоко энергетичных положительно заряженных ядерных осколков - 5 происходит против сил поля и их кинетическая энергия, производя работу против сил поля, выполняет роль электродвижущей силы, преобразуясь в электрическую энергию поля. Электрическая энергия потребляется во внешней цепи - 4.

Такая конструктивная схема ЯЭГЭЛа позволит преобразовывать  кинетическую энергию осколков непосредственно в электричество. В качестве диэлектрика можно использовать либо вакуум, либо инертный газ, либо жидкий или твёрдый диэлектрик. Возможно также, чтобы в качестве диэлектрика была использована  комбинация веществ, например, пористый твёрдый диэлектрик, с заполненными инертным газом или жидким диэлектриком, порами.

Сделаем численные оценки перепада напряжения между корпусом ТВЭЛа и вторым корпусом ядерного элемента. “Ядро чаще всего делится на два осколка. ... Наиболее вероятно деление на осколки, один из которых в полтора раза тяжелее другого”. [11, с. 495]. Это для тепловых нейтронов. “По мере увеличения энергии возбуждения ядра всё большую роль начинает играть симметричное деление на два осколка с близкими массами”. [10, с. 148]. Это относится к реакторам на быстрых нейтронах. Примем для оценки симметричное деление. Рассмотрим деление ядра 92U235. Энергия одного осколка урана составляет примерно 80Мэв. [11, стр. 495]. Заряд осколка примем +45e.

Составим уравнение баланса энергии при условии, что вся кинетическая энергия осколка перейдёт в потенциальную энергию электрического поля.

Ekосколка = zeΔU  (1), где: Ekосколка - кинетическая энергия одного осколка; z - число протонов в осколке; e - заряд протона; ΔU - перепад напряжения между ТВЭЛом и вторым корпусом элемента.

Из (1) получаем:     ΔU =  Ekосколка / ze = 80/45 ≈ 1,8 Мвольт

Собирая ЯЭГЭЛы в сборки по параллельной электрической схеме, можно получить энергоустановку любой требуемой мощности. Причем установка получается очень лёгкой в сравнении с традиционными АЭС с предварительным преобразованием энергии деления ядра в тепло.

Рис.3. Сборка ЯЭГЭЛов

Сборка ЯЭГЭЛов изображена на Рис.3. Где: 1 - внешние коаксиальные корпуса ЯЭГЭЛов, плюс электроды; 2 - ТВЭЛы, минус электроды; 3 - источник внешнего пускового напряжения. В качестве внешнего источника пускового напряжения можно использовать любую традиционную схему для получения постоянного тока высокого напряжения. Например, можно предложить последовательную схему их нескольких сотен ядерных батареек небольшой мощности. Для запуска сборки ЯЭГЭЛов достаточно небольшой мощности внешнего пускового напряжения, достаточного для запуска только одного ЯЭГЭЛа. От него впоследствии можно запустить всю сборку ядерного реактора.

Оценим некоторые параметры ядерного реактора с ЯЭГЭЛами на основе ТВЭЛов ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор мощностью 1000 МВт). Характеристики для оценок взяты из ВИКИПЕДИИ.

ВВЭР-1000 при тепловой мощности в 3000 МВт выдаёт 1000 МВт электрической мощности. Отсюда КПД преобразования энергии ядерного деления в электрическую энергию составляет 33%.

Длина ТВЭЛа 3800 мм., наружный диаметр 9,1 мм. Масса 2,1 кг.

Сборка состоит из 312 ТВЭЛов, общее число сборок в реакторе 163 шт. Итого число ТВЭЛов в активной зоне реактора составляет:  312×163=50856 шт. Общий вес ТВЭЛов составляет:  50856×2,1=106797,6кг. ≈107тонн на 3000МВт тепловой мощности ВВЭР-1000.

Оценим вес второго (положительного) электрода обечайки на один ТВЭЛ в ЯЭГЭЛе. В качестве материала второго (положительного) электрода обечайки принимаем дюралюминий. Удельный вес дюралюминия 2,8гр/см³. Тепловая мощность одного ТВЭЛа ВВЭР - 1000 составляет:

3000000Квт : 50856шт = 58,99Квт. ≈ 59 КВт.

Принимаем КПД ЯЭГЭЛа равным 90%. ("у свинцового аккумулятора в благоприятном случае к.п.д. достигает 96-98%". [12, с. 216]; Теоретический КПД топливных элементов достигает 80-90% и выше. [12,  с. 228, таблица 6]; КПД гальванических элементов, электрических батареек достигает 90%, данные из Интернет. Физика преобразования энергии  в этих устройствах аналогична ядерным батарейкам).

Электрическая мощность ЯЭГЭЛа составит:  58,99×0,9 = 53Квт. Как показано выше величина напряжения электрического тока, возникающего между клеммами ЯЭГЭЛа составит примерно 1,8 миллиона вольт. Величина вырабатываемого тока на один ЯЭГЭл составит: 53000Вт / 1800000вольт = 0,0294ампера. Сечение дюралевого проводника, снимающего электрическую мощность с ЯЭГЭЛа очень мало из-за малости тока. Речь идёт о долях квадратного мм. Принимаем вес электрода обечайки равным весу ТВЭЛа. С учётом этого принимаем вес ЯЭГЭЛа равным 5 килограмм. Определим суммарный вес ЯЭГЭЛов для ядерной энергоустановки мощностью 100 МВт: 100000Квт / 50Квт = 2000 штук ЯЭГЭЛов. Их общий вес составит:  2000шт. × 5кг. = 10 тонн. Учитывая, что оценки очень общие и не учитывают вес креплений, вес замедлителей нейтронов и другие возможные непредвиденные обстоятельства, примем вес рассматриваемой установки в 30 - 50 тонн, что просто несопоставимо с весом сегодняшних схем АЭС аналогичной мощности.  

Ядерный реактор на данных подходах претерпевает кардинальные конструктивные изменения по многим своим параметрам. 

Во-первых, реактору с электрогенерирующими элементами не потребуется прочный стальной корпус. В активной зоне предлагаемого реактора не будет высокого давления и высокой температуры. В сегодняшних реакторах высокое давление и температура необходимы для эффективного отвода тепла из активной зоны и для получения высоких начальных параметров. Высокие начальные параметры нужны для последующего термодинамического цикла в целях получения достаточно высокого термического КПД цикла по преобразованию тепла в работу и в последующем в электроэнергию. В предлагаемой схеме не будет паросилового термодинамического цикла, не будет необходимости в отводе больших объёмов тепла. В этом плане всё значительно упрощается. Во-вторых, что касается сборки ТВЭЛов. Сегодня одной из главных задач сборки с ТВЭЛами является эффективный отвод тепла. В сборке с электрогенерирующими элементами главной становится задача исключения электрического пробоя между плюс (+) и минус (-) электродами. Видимо задача достаточно сложная, при разности напряжений близкие к 2-м миллионам вольт. Хотя эти параметры электротехникой освоены. Все остальные задачи стоящие перед активной зоной (управление течением реакции, безопасность и др.) остаются. Всё это естественно приведёт к значительным, а скорее к кардинальным изменениям конструкции сборок. В третьих, что касается ТВЭЛа. Тут всё проще, т.к. за основу работы можно взять существующие ТВЭЛы и их модернизировать. Но здесь встают самые большие, неодолимые для автора идеи проблемы, так как идея подошла в своём развитии до уровня НИиОКР. Во-первых с делящимися материалами возможно работать только в рамках Росатома. Во-вторых, это уже коллективная работа по плану, для реализации которого требуются высоко классные специалисты и финансовое обеспечение. Это так же компетенция Росатома. Если в одиночку решать встающие проблемы технической реализации, даже без материального воплощения, то придётся изобретать порой велосипед или наступать на грабли, которые для специалистов атомной отрасли очевидны. Да и не под силу такая работа одному. Идеальным вариантом было бы сотрудничество с коллективом профессионалов в рамках НИОКР.

Отметим ещё одну особенность новой технологии. Если в существующих схемах с заданным паросиловым циклом, мощность активной зоны и реактора предопределены, то в предложенной технологии возможна работа с одним единственным ЯЭГЭЛом (ТВЭЛом), что значительно удешевляет НИиОКР.  

 Заключение. Техническим результатом, достигаемым в случае решения поставленной нами задачи, является обеспечение возможности преобразования кинетической энергии осколков реакций ядерного деления в энергию электрического поля за счет исключения нейтрализации положительно заряженных ядерных осколков.

В связи со значительным ростом КПД в сравнении с сегодняшними АЭС, снизится и относительная доля радиоактивных отходов на выработанный киловатт-час. При этом снизится острота проблемы отвода тепла из активной зоны реактора, так как энергия деления, непосредственно преобразовавшаяся в электрическую, минуя стадию превращения в тепло, не будет вызывать повышение температуры среды активной зоны реактора. Особый эффект электрогенерирующие ТВЭЛы могут дать в реакторах на быстрых нейтронах, в которых более плотный поток ядерных осколков, что с одной стороны уменьшает габариты электрогенерирующих элементов, при заданной мощности, а стало быть и реакторов, с другой интенсивнее снижает проблему перегрева активной зоны, особенно актуальную именно в реакторах на быстрых нейтронах. Применение ЯЭГЭЛов может ускорить широкое внедрение реакторов на быстрых нейтронах, что снимет остроту нехватки энергоресурсов. Запасы тория, который можно использовать в реакторах на быстрых нейтронах, практически неисчерпаемы. [11, с. 538]. АЭС с ректорами на основе ЯЭГЭЛов будут высокоманевренными, т.к. скорость изменения нагрузки будет определяться скоростью управления потоками нейтронов. Из-за простоты схемы преобразования энергии и её малой материалоёмкости значительно снизится себестоимость выработки электроэнергии на АЭС. Так как технологии не предусматривают высоких температур и давлений, а мощности по месту потребления будут малы в сравнении с сегодняшними АЭС, то повысится радиационная безопасность. К тому же не большие (относительно) по мощности ядерные реакторы можно располагать в укрытиях, скажем в тоннелях, что даже в случае нештатной ситуации исключит во-первых, вероятность взрыва, во-вторых попадание радиоактивных веществ в атмосферу.

Оценки показывают, что установка мощностью в 100 Мвт будет весить не более 30-50 тонн. Большие энергетические мощности, функционирующие длительное время и относительно малый вес ядерной энергоустановки, возможность её блочной доставки и сборки на орбите открывают новые горизонты в освоении космоса. Об этом в следующем материалее.

 

Литература  

1. Власов В.В. Основы векторной энергетики. М.: “Буркин”.  1999, 124с.

2. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. – М.: “Наука”, 1970, 384с.

3. Косарев А.В. Ядерный элемент – технология прямого преобразования энергии деления ядер в электричество. // Научные труды 12-й межвузовской Российской научной конференции “Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах”. Балаково, Из-во СООО “АН ВЭ”, 2011г., с. 90-92.

4. Косарев А.В. Патент RU №122198 на полезную модель “Тепловыделяющий элемент энергетического ядерного реактора”. Бюл. №32 от 20.11.2012г., Роспатент. Приоритет от 25.05.2012г.

5. Косарев А.В. Динамика эволюции неравновесных диссипативных сред. Издание второе, переработанное и дополненное. - Из-во: LAP LAMBERT Academic Publishing, г. Саарбрюккен, Германия, 2013, 354с.

6. Парселл Э. Берклиевский курс физики. Том 2.  Электричество и магнетизм. – М.: “Наука”, 1975, 440с.

7. Савельев И.В. Курс физики. Т.3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твёрдого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: “Наука”, 1989, 304с.

8. Тарасова Л.В. Современные представления о механизме электрического пробоя в высоком вакууме. // Успехи физических наук. Т. LVIII, вып. 2, 1956г., с. 323 - 346.

9. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество. – М.: “Просвещение”, 1970,  488с.

10. Физический энциклопедический словарь. М.: СЭ, 1983, 945с.

11. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. – М.: “Наука”, 1972, 672с.

12. Эрдеи-Груз Т. Химические источники энергии. – М.: “Мир”, 1974, 304с.

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомная энергетика
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атомная энергетика:
Атомная энергетика России. Время упущенных возможностей

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 3.12
Ответов: 8


Пожалуйста, проголосуйте за эту статью:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 13 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 08/02/2017
Лет 50 назад предлагалось в растворных реакторах за счёт ядер отдачи получать при радиолизе водород как высокоэффективное топливо.
Анализ показал, что выгоды в такой технологии нет.
Выгода не перешивает массы побочных хлопот и забот.


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 08/02/2017
Гордон только заявил, что нужны новые технологии по прямому преобразованию "ядерной энергии" в электричество, и вот готовое "решение".
Однако, когда автор заявляет, что ". . . .в предложенной технологии возможна работа с одним единственным ЯЭГЭЛом (ТВЭЛом) . . .", то непонятно как в таком случае  вообще может быть реализована СЦР.
Также надо помнить, что осколки в реальном твэле летят не далее 10мкм, поэтому чтобы получить "ток" должны быть очень тонкие твэлы (менее 10мкм), либо топливо в виде газа, а это другие ядерные концентрации и, следовательно, никаких 60 кВт на твэл не будет. 
То же касается и "защиты",  в которой, по мнению автора, уже нет нужды. Чтобы добиться указанных энерговыделений, характерных для ВВЭР-1000, нужны потоки тепловых нейтронов 1,0Е+13 н/см2*с (такие же примерно и быстрых), а также активность осколков деления, которая приводит к остаточным энерговыделениям, достигающим ~ 7% от тепловой мощности, поэтому "защита" нужна и обязательно . . .  
Вопросы пока остаются. . . 


[
Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 08/02/2017
а отходы куда девать до сих пор нет мыслей!!   + охлаждение корабельных реакторов!!-- в Антарктиду ледокол с Арктики не перейдёт!,а капитанам подлодки героя дают!!!! причём амеры же вопрос охлаждения решили!!!! КАК???


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
Автор, как студент-второкурсник, попутал Вольты и электрон-Вольты.

От того, что осколок деления имеет кинетическую энергию в МэВах, никак не значит, что потенциал его ионизации исчисляется миллионами Вольт. Средний потенциал в расчёте на один электрон будет где-то на уровне 5 В. И, соответственно, при среднем же заряде лёгкого осколка +30е (а тяжёлый осколок должен остаться возле отрицательного электрода), максимум возможного электроядерного выхода с одного акта деления - 150 эВ. При тепловом эффекте деления 180 МэВ. Т.е. КПД преобразования - меньше 0,0001%.

Но за попытку - спасибо.


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
Осколки деления остаются в топливе, в частности в таблетке и только потом после распухания топлива и образования большей площади открытых пор диффундируют в свободный объем, и то, в количестве, зависящем от коэффициента диффузии и температуры топлива. Выходят в основном газы и летучие продукты деления, о какой кинетической энергии на твэле может идти речь?


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
Составим уравнение баланса энергии при условии, что вся кинетическая энергия осколка перейдёт в потенциальную энергию электрического поля
----------------------------------------------------------------------
Условие неверное у профессора.
На осколки приходится почти вся энергия деления, и при торможении в таблетке выделяется тепло. Так что к.п.д. по вольам и амперам такого элемента будет крайне малым.

Ядерщик


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
Уважаемый профессор! Сообщаю Вам как доктор доктору и как бывший оренбуржец (чем я горжусь) настоящему оренбуржцу. Ваше "изобретение" вызвало у меня теплые чувства не только потому, что я родом из Оренбурга (для меня Оренбург-это всё), но и потому, что я полсотни лет назад, будучи студентом МИФИ, делал курсовой проект на тему реактор с термоэмиссионным преобразованием энергии. И тогда, понимая все недостатки традиционного преобразования : ядерная-тепловая-механическая-электрическая или даже ядерная-тепловая-электрическая, я начал "изобретать". При всем моем уважении к Вам, как специалисту в области "векторной энергетике", скажу, что мои наивные студенческие изобретения были несравненно более грамотные, чем Ваши. Не обижайтесь, но Ваше изобретение - полная чепуха. Почему?-Оценки Вы могли бы сделать сами. Но я Вам помогу. Атомный вес осколка ~100. Энергия ~ 100 МэВ. Удельные ионизационные потери энергии (dE/dx)пропорциональны квадрату заряда осколка.  Если (dE/dx) для протона ~ 5 МэВ/(г/см^2), то для урана   (dE/dx) ~12500МэВ/(г/см^2) или с учетом плотности (~20 г/см^3) -  2.5*10^5 МэВ/см. Грубая оценка ионизационного пробега  -  R~E/ (dE/dx) ~100/2.5*10^5 ~ 4*10^(-4)см. Т.е. ни одного осколка из твэла не вылетит.(Осколки вылетели бы из поверхностного слоя 0.004 мм, если бы там были деления).  На этом можно и закончить, но два слова о моем студенческом изобретении. Не запатентовано. Излагать долго, но, сегодня я со своим багажом знаний и со всеми своими степенями, могу утверждать - принципиально реализуемо, принцип близок к тому, что изображено на рис.1, есть реакторная специфика и фантастические технологические трудности.  Если будет интересно, дайте на форуме знать, - я изложу.   В.П.


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
"....Уважаемый профессор! Сообщаю Вам как доктор доктору..." – Вот пример грамотного интеллигентного и доброжелательного комментария. Приятно читать и есть надежда, что этот диалог принесет плоды. 
Редакции совет: убирать все пустые, хамские и политические комменты, не имеющие отношения к атомной отрасли.


[
Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
Французские издания сообщают об инциденте на одной из атомных электростанций в стране. Речь идёт о взрыве в на АЭС «Фламанвилль». По предварительным данным, взрыв прогремел в машинном отсеке станции, в результате чего вспыхнул пожар. Пожарные борются с огнём. Медики и спасатели в срочном порядке эвакуируют раненых. О жертвах взрыва пока не сообщается. https://topwar.ru/108918-na-aes-vo-francii-progremel-vzryv.html


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 09/02/2017
Автор почему-то считает, что осколки деления урана будут лишены электронов. И будут достаточно долго в таком состоянии путешествовать. "Заряд осколка примем +45e"У нас что, при делении урана образуются 92 бета-частицы?


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 10/02/2017
Уважаемый профессор! Здесь правильно говорили и о пробеге осколков  деления в среде, и об их эффективном заряде, который уменьшается при замедлении и близок к нулю в конце пробега (прилипание электронов). Приведенные схемы напоминают схему хорошо известной токовой ионизационной камеры деления. Докторам, конечно, виднее, но мне кажется, что при большом токе нагрузки батарейка разрядится гораздо быстрее, чем разогреется твэл. Кстати, для векторной энергетики есть еще одно поле исследований. Это создание преобразователей (экологически чистых) для космических лучей, чья энергия тоже большая и напрасно пропадает.


[ Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 10/02/2017
//Здесь правильно говорили и о пробеге осколков  деления в среде, и об их эффективном заряде, который уменьшается при замедлении и близок к нулю в конце пробега (прилипание электронов).// - Предложение энергетического преобразователя, рассматриваемое в статье, бессмысленно из-за микроскопического пробега осколков. При этом рекомбинация ионов (осколков), т.е. уменьшение заряда в конце пробега, абсолютно никакого значения не имеет.  //Приведенные схемы напоминают схему хорошо известной токовой ионизационной камеры деления.// - Сходство хорошо известного и используемого в промышленности радионуклидного источника энергии (схема рис.1) с ионизационной камерой кажущееся. На самом деле - ничего общего, абсолютное различие как по физическому принцу, так и по назначению.  //мне кажется, что при большом токе нагрузки батарейка разрядится гораздо быстрее, чем разогреется твэл(?).// - Более чем странное замечание. Разрядный ток и время разряда во всех подобных схемах зависят от многих параметров, в первую очередь от внутреннего сопротивления и от величины тока эмиссии электронов, определяемого мощностью источника. В качестве источника обычно используется радионуклидный источник (обычно  альфа-излучатель). Гипотетически это может быть и микротвэл работающего реактора.  Разогревать его сильно не надо.  При этом схема источника на основе микротвэлов должна быть конечно совершенно другой. 


[
Ответить на это ]


Re: Ядерные электрогенерирующие элементы – новые перспективы атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 20/02/2017
Сам реактор (активная зона) ничего не весит по сравнению с массой его биологической защиты. Десять метров тяжелого бетона или эквивалент необходимо будет делать для обезвреживания нейтронов и гамма. Но основная проблема будет с осколками деления, которых образуется на миллиарды летальных доз за год работы реактора 100 МВт. Эти осколки профессор пытается направить за пределы твэл. По шкале ИНЕС это максимальная запроектная авария с полным выходом ПД за пределы АЗ.Профессор пытается решить проблему прямого преобразования, перенося микропроцессы (9-16мкм) на макропроцессы (6-20 мм). 20 мкм алюминия полностью задерживают все осколки деления (кроме трития). 100% кинетической энергии осколков превращается в термализованное тепло в мясе твэл, и лишь 0,1-0,2% выделяется в оболочке твэл.  Однако ничего странного в этом предложении не вижу. Сам также мыслил в 10 классе, начитавшись пропаганды советской атомной энергетики. Пресса заманивала детей в атомную отрасль с помощью лжи и фальсификаций. 0827/85


[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(812)438-3277
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
Сайт построен на основе технологии PHP-Nuke. Открытие страницы: 0.19 секунды
Рейтинг@Mail.ru