proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
К юбилею атомной отрасли
  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
Актуальная тема
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.

[01/03/2017]     Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления

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

Эта статья написана в продолжение статьи «Ядерные электрогенерирующие элементы - новые перспективы атомной энергетики». На неё поступили замечания и вопросы оппонентов. Часть этих замечаний и вопросов носили принципиальный характер и потребовали дальнейшей проработки темы и разъяснений. Это и предпринято в данной статье.



Основные замечания и ответы на них

В предыдущей статье автор ставил перед собой задачу преобразования кинетической энергии заряженных частиц (осколков), вылетающих из ядра, непосредственно в электроэнергию. На Рис. 1 изображены наиболее известные  (кроме ЯЭГЭЛ) и изученные к настоящему времени способы преобразования кинетической энергии ядерных осколков, возникающих при ядерных реакциях.

Рис. 1

Все эти способы, за исключением ядерной батареи, предусматривают предварительное преобразование кинетической энергии ядерных осколков в тепло и уже на следующем этапе из тепловой энергии производится электрическая энергия.

Две главные причины, по которым оппонентами не признаётся реализуемым предложенный способ преобразования энергии ядерного деления в электричество, следующие:

а) осколки проходят расстояния не более 10 микрон и не выходят за пределы твэла;

б) осколки быстро нейтрализуются за счёт электронов окружающего вещества.

В связи с этим у меня возникает встречный вопрос к оппонентам. Почему в ЯЭГЭЛе оппонентами не допускается движение заряженных осколков на макроскопические расстояния, а для ядерных батарей, работающих по тому же физическому принципу и в тех же физических условиях - допускается? Разве ядерная батарея имеет микронные размеры?

Для наглядности восприятия, я разместил ниже рисунки ядерной батареи и ЯЭГЭЛа рядом. Из рисунков видно, что и конструктивно эти два устройства имеют много общего.

          Ядерная батарея                                                    ЯЭГЭЛ

Начинаем рассматривать явления и процессы в изображённых выше устройствах с момента распада ядра урана 235 (92U235)  на два осколка при ядерных реакциях деления и с вылета ядра гелия (осколка) при естественном радиоактивном α-распаде. Физику этих явлений оставляем за физиками ядерщиками. Мы принимаем эти явления как твёрдо установленные экспериментальные факты и от них отталкиваемся. Таким образом, мы будем опираться не на ядерную физику, а на теоретическую электротехнику. Ядерная физика своё уже сделала, преобразовала потенциальную энергию поля ядерных сил в кинетическую энергию положительно заряженных осколков.

В своих выводах будем опираться на три закона сохранения:

- закон сохранения и превращения энергии;

- закон сохранения результирующего импульса;

- закон сохранения заряда.

Начнём рассмотрение с явлений и процессов, протекающих в ядерной батарее. Работа этого устройства не вызывает у оппонентов вопросов. И всё - таки попытаемся выяснить, а почему в ядерной батарее положительно заряженные осколки пролетают макроскопические расстояния и при этом не нейтрализуются электронами окружающего вещества? А ведь энергия ядерных осколков в ядерной батарее (при естественном радиоактивном распаде) на порядки ниже энергии осколков ядерных реакций деления. Энергия α-частиц составляет 4 - 9 Мэв, а энергия ядерных осколков при делении урана составляет 80 Мэв. Частицы с большей энергией труднее рассеять. Так почему же в ядерной батарее возможно прямое преобразование кинетической энергии заряженных частиц непосредственно в электроэнергию?

Обратим внимание на такой момент. Когда работает ядерная батарея, отвод электроэнергии от неё осуществляется через замкнутые (+) и (-) контакты. Теперь посмотрим, что будет, если разомкнуть контакты ядерной батареи и тем самым прекратить отвод электрической энергии? Куда пойдёт энергия естественного радиоактивного ядерного распада, превратившаяся в кинетическую энергию положительно заряженного ядра гелия (α- частица)? Течение процесса естественного радиоактивного распада не зависит от того замкнуты или разомкнуты контакты ядерной батареи, энергия будет продолжать выделяться. В соответствии с требованиями термодинамики и её второго закона кинетическая энергия ядерных осколков в этом случае превратится в тепло.

Таким образом для ядерной батареи состояние замкнутых или разомкнутых контактов имеет принципиальное значение в вопросе преобразования кинетической энергии ядерных осколков. Возникает вопрос почему?

Сначала рассмотрим процессы при разомкнутых контактах. Рассмотрим процессы рассеяния (диссипации) кинетической энергии ядерных осколков, вылетевших из ядра. Это наиболее общее свойство всех многочастичных систем, диктуемое 2-м законом термодинамики, их стремление к равновесию. В равновесном состоянии у системы нет выделенного направления. Результирующий импульс такой системы равен нулю рез. = 0. Постараемся раскрыть механизм диссипации в многочастичных системах. Известно, что это свойство обусловлено столкновением частиц между собой. Так вот, возникает вопрос, а как в процессе столкновения частиц между собой направленное движение, обладающее результирующим импульсом, приходит в равновесное состояние, т.е. каким образом кинетическая энергия направленного движения переходит в кинетическую энергию хаотически движущихся частиц? Оппоненты указывают, что осколок пролетает не более 10 микрон и за этот путь его кинетическая энергия превращается в тепло. Каким образом кинетическая энергия ядерного осколка, обладающего результирующим импульсом, который должен оставаться постоянным по величине и направлению переходит в тепловую форму при которойрез. = 0?

Рассмотрим замкнутую систему из малого числа, например из 10-и частиц, находящихся в покое. Этой замкнутой системе извне передадим импульс (осколок вылетевший из ядра). Наиболее характерным свойством этой замкнутой системы, с точки зрения динамики, будет, наряду с сохранением полной энергии, то, что этот импульс будет сохраняться постоянным по величине и направлению, сколько бы частицы не сталкивались между собой. При рассмотрении замкнутой системы из 20, 100 частиц свойство рез.= const сохраняется. Теперь же рассмотрим замкнутую систему из многих и многих миллиардов частиц (термодинамическую систему). Здесь положение коренным образом меняется. Наиболее характерным свойством этой системы является стремление к равновесию, при котором результирующий импульс всех частиц равен нулю как вектор, т.е. направленное движение перейдет в хаотическое, перейдёт в тепло. Таким образом, с одной стороны, для замкнутой механической системы имеем рез.= const  с другой, при увеличении числа частиц системы, имеем прямо противоположное свойство рез.→0, направленное движение исчезает. Попытаемся выяснить, каким образом разрешается этот парадокс. Каким образом кооперативная кинетическая энергия направленного движения с рез. ≠ 0  переходит в кинетическую энергию хаотически движущихся частиц с рез. = 0  как вектор?

Пусть события в системе после передачи импульса (наш осколок) развиваются таким образом, что масса результирующего импульса постоянно растёт. При этом скорость  результирующего импульса должна соответственно уменьшаться (см. (1)), и кинетическая энергия, связанная с результирующим импульсом, уменьшается обратно пропорционально росту массы (см.(2)). И если масса результирующего импульса в (1) становится сколь угодно большой, то кинетическая энергия (2) становится сколь угодно малой. Кинетическая энергия, связанная с результирующим импульсом, исчезает.

Это видно и из таких простых математических преобразований:

Если масса результирующего импульса постоянно растет, то скорость результирующего импульса, т.е. общего переноса падает (см. (1) и (4)). Но в кинетическую энергию, связанную с результирующим импульсом, скорость входит в квадрате (см. (2)), поэтому при увеличении массы и соответственно уменьшении скорости общего переноса, кинетическая энергия общего переноса, т.е. та, которую несет результирующий импульс, уменьшается пропорционально росту массы.   

Какие события и механизмы, приводят к реализации выше сказанного. Что приводит к росту массы результирующего импульса в многочастичной системе и куда девается кинетическая энергия?

Взаимодействие частиц для простоты будем описывать законами абсолютно - упругого удара. Так как частицы имеют конечные размеры, то удар будет нецентральный. Обратим на это особое внимание. Это ключ к решению поставленной задачи. Вероятность центрального удара, согласно положениям статистической физики в системе свободных частиц стремится к нулю.

Рис. 2

Имеем замкнутую систему, состоящую из одинаковых частиц. Причем n  частиц покоятся, а одна частица (наш осколок) движется и сталкивается с покоящимися частицами. До столкновения результирующий импульс системы: рез.сист. = m11, т.е. равен импульсу движущейся частицы, а кинетическая энергия EK.сист.=m1v12/2 равна кинетической энергии движущейся частицы. При этом кинетическая энергия строго направлена по результирующему импульсу системы, вся переносима этим результирующим импульсом. Движущаяся частица сталкивается с покоящимися частицами, причем должны при этом выполняться закон сохранения результирующего импульса и закон сохранения кинетической энергии. При рассмотрении последовательности столкновений будем следить не за траекториями отдельных частиц, которые экспоненциально разбегаются, а за поведением результирующего импульса.

Частица 1 (наш осколок, см. Рис.2) с импульсом рез.сист. = m11  после столкновения с первой частицей 2 будет иметь импульс 1, а частица 2 приобретет импульс 2, которые в сумме (геометрической) дадут первоначальный импульс 0. Закон сохранения импульса соблюден. Разложим импульсы частиц 1 и 2 после столкновения на оси X и Y. Проекции 1x  и 2x  дадут  в сумме первоначальный импульс 0, а проекции 2y = -Ṁ1y, перпендикулярные первоначальному результирующему импульсу на его величину после столкновения не влияют и в сумме дают нуль-вектор. Равенство по абсолютной величине импульсов 2y  и 1y  легко видно из векторной диаграммы и вытекает из закона сохранения результирующего импульса. Однако эти два последних уравновешенных импульса (нуль-вектор) несут каждый на себе определенное количество кинетической энергии, полученной от кинетической энергии первоначального импульса

Массы частиц для простоты все равны. Если, как было показано выше, результирующий импульс после столкновения сложился из двух проекций на ось X и остался постоянным, то кинетическая энергия, переносимая этим импульсом после столкновения, т.е. проекциями 1x  и 2x , будет составлять только часть кинетической энергии, переносимой результирующим импульсом до столкновения. Другая  часть  кинетической  энергии, переносимая взаимно уравновешенными импульсами 1y  и 2y

(нуль-вектором) переходит в хаотическую форму. После следующего соударения теперь уже двух движущихся частиц (см. Рис.3) результирующий импульс сложится из 4-х движущихся частиц и произойдет дополнительное рассеяние направленной кинетической энергии и т.д. Напоминаю, мы следим за поведением импульса, а не за траекториями частиц. Таким образом, благодаря нецентральному соударению частиц в первоначальный направленный импульс лавинообразно, по схеме цепной реакции, вовлекается все большее и большее число частиц и происходит лавинообразный рост массы результирующего импульса. А по мере вовлечения частиц происходит все большее рассеяние первоначально направленной кинетической энергии. Так после рассмотренного соударения масса результирующего импульса возросла вдвое, а скорость

Но в кинетическую энергию скорость входит в квадрате, поэтому при увеличении массы в два раза и уменьшении в два раза скорости общего переноса кинетическая энергия общего переноса, т.е. та, которую несет результирующий импульс, уменьшилась вдвое.

Речь идет о кинетической энергии общего переноса (кооперативной энергии), переносимой результирующим импульсом, т.е. той энергии, которая совершает макроскопическую работу. Закон сохранения общей кинетической энергии системы не нарушается, т.к. адекватно увеличивается хаотическая составляющая кинетической энергии, связанная с нуль-вектором. При увеличении массы, переносящей результирующий импульс, в N раз кинетическая энергия, переносимая этим импульсом, и остающаяся в направленной форме, уменьшается в N раз. И при стремлении массы результирующего импульса к бесконечности кинетическая энергия общего переноса стремится к нулю.

На рисунке - 3 показана последовательность из 5-ти столкновений. Видно, что масса результирующего импульса (общего переноса) возрастает в геометрической прогрессии, а скорость падает в геометрической прогрессии. Кооперативное движение затухает.   

Рис. 3

Результирующий импульс, оставаясь постоянным по величине и направлению как вектор (сложившись из огромного числа микро импульсов вовлечённых частиц), вырождается как носитель кооперативной энергии, равносильно тому, что рез. = 0, и система приходит в равновесное состояние. Вся кооперативная энергия переходит к нуль-вектору хаоса, складывающегося из пар взаимно уравновешенных импульсов.

Этим разрешается парадокс между законом сохранения результирующего импульса и 2-м законом термодинамики, который мы выявили в начале.

 Учитывая число частиц реальных термодинамических систем (достаточно вспомнить порядок числа Лошмидта или число Авогадро), понятно, что в доли времени и на минимальных расстояниях первоначальная масса частиц, из которых складывался результирующий импульс, возрастает в миллиарды и миллиарды раз благодаря цепной реакции взаимодействия.

Всесилие второго закона как раз и определяется, с одной стороны, нецентральным соударением, а с другой стороны корпускулярным строением материи, и частиц этих великое множество, что создаёт благоприятные условия для проявления эффекта вырождения импульса. Первоначальный результирующий импульс, обладавший огромной кинетической энергией, оставаясь постоянным по величине и направлению как вектор, выродился как носитель энергии и вся его первоначальная энергия перешла к нуль вектору, пришедшей в равновесное состояние термодинамической системе. Оставаясь постоянным по величине и направлению как вектор, импульса не стало как энергетического носителя кооперативной энергии. Вот что я понимаю под вырождением результирующего импульса. Он остался  постоянным по величине и направлению, но без энергии. В динамике малого количества частиц механизм вырождения импульса не заметен, он проявляется только при большом количестве частиц. Обычно никто не возражает, что второй закон термодинамики не действует в среде из малого числа частиц, это кажется само собой разумеющимся. Но это не так. Рассеяние происходит и при малом числе соударений, но возможностей такой системы для полного вырождения импульса не хватает. Самым эффективным способом снижения рассеяния векторных потоков энергии в среде нейтральных частиц является исключение лавинообразного вовлечения в векторный поток новых частиц, исключение лавинообразного роста массы. Это достигается канализацией векторного потока. Здесь энергия потока распределяется на единицу массы (дж/кг).

В физической ситуации как в твэле или ядерной батарее с разомкнутой электрической цепью, при которой безраздельно господствует 2-й закон термодинамики, кинетическая энергия ядерного осколка на пути в 10 микрон превращается в тепло и осколок скорее всего не вылетит за пределы твэла.

Более подробно с механизмом рассеяния векторных потоков энергии, неизбежности наступления равновесного состояния в замкнутой термодинамической системе и всесилии 2-го закона термодинамики можно ознакомиться в [5].

Кроме того необходимо помнить о законе сохранения электрического заряда замкнутой системы. Так как при распаде ядра в условиях сегодняшних твэлов положительные заряды (осколки) быстро тормозятся и остаются в объёме твэла, как и отрицательные заряды электронного облака, то суммарный электрический заряд будет нейтральным, положительно заряженные осколки быстро нейтрализуются свободными электронами.

Как видим я всецело согласен с оппонентами, но только для случая разомкнутой электрической цепи ядерной батареи и ЯЭГЭЛа.

Теперь остановимся на работе ядерной батареи при замкнутых контактах электрической цепи. Выясним почему в этих условиях идёт прямое преобразование кинетической энергии ядерных осколков в электрическую энергию? Ведь оппоненты не возражают против этого факта. Почему в этих условиях всесильный 2-й закон термодинамики перестаёт работать и диссипировать направленную энергию осколков в хаотическую тепловую форму?

Исходя из изложенного выше механизма рассеяния направленных потоков кинетической энергии в многочастичной (диссипативной) среде, видятся две причины.   

1). Первая причина диктуется законом сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения и превращения энергии состоит из двух частей:

Сохранение энергии. Сумма кинетической и потенциальной энергии замкнутой сиcтемы остается постоянной, не зависимо от протекающих в системе процессов.

              Eк + Eп = const

Превращение энергии. При превращении одного вида энергии в другой выполняются равенства:

Из (5, верхние знаки) видно, что при снижении потенциальной энергии поля (у нас поля ядерных сил) происходит увеличение кинетической энергии ядерных осколков. Ядерные силы производят работу по ускорению ядерных осколков и потенциальная энергия поля преобразуется в кинетическую энергию положительно заряженных осколков. Но положительно заряженные осколки движутся против сил электрического поля. Силы электрического поля тормозят движение заряженных частиц и их кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию электрического поля. Формула (5), нижние знаки. Мы описали процессы преобразования потенциальной энергии поля ядерных сил в потенциальную энергию поля электрических сил. Напомним ещё раз, что работа против сил электрического поля есть электродвижущая сила. Эта работа совершается за счёт ядерных сил и возникшей при этом кинетической энергии осколков. Кинетическая энергия и следовательно скорость движения осколков уменьшаются при движении между внутренним и внешним электродами ядерной батареи. Формула (5), нижние знаки. Но тепло, как было показано выше, образуется при рассеянии кинетической энергии осколков в результате нецентрального соударения. Если кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию поля, то в тепло если и переходит, то очень незначительная часть векторных потоков энергии. Примерно 10% как следует из практики. Непосредственный переход кинетической энергии осколков в энергию электрического поля - основная причина резко снижающая действие 2-го закона термодинамики.

Теперь обратимся к закону сохранения заряда. В ядерной батарее электроны от внутреннего электрода к внешнему электроду переходят по внешней электрической цепи и нейтрализуют положительно заряженные осколки только на внешнем электроде. Движение электронов и положительно заряженных осколков происходит по разным путям. По этой причине осколки нейтрализуются только на внешнем электроде, а при движении против электрического поля их заряд сохраняется, что и обеспечивает преобразование кинетической энергии в электрическую энергию.

2). Вторая причина, снижающая действие 2-го закона термодинамики, видится в своеобразной канализации потока заряженных частиц при их движении в электрическом поле. Нейтральные частицы при столкновении взаимодействуют на очень коротких расстояниях, практически в момент взаимодействия. Силы электрического взаимодействия заряженных частиц действуют на больших расстояниях. Это приводит к тому, что заряженные осколки заранее отклоняются от ядер среды между электродами и не происходит жёсткого рассеяния как у нейтральных частиц. Кроме того когда положительно заряженная частица сближается с ядром расположенным между электродами, то часть её кинетической энергии преобразуется в потенциальную энергию поля взаимодействия. Затем, когда положительно заряженная частица удаляется от ядра, то энергия их взаимного поля вновь переходит в кинетическую энергию осколка. То есть здесь при взаимодействии практически не происходит рассеяния кинетической энергии и её преобразования в тепло.

Мы рассмотрели физические явления в ядерной батарее в двух вариантах: при разомкнутой и замкнутой электрической цепи. Причём у оппонентов не вызывает сомнения факт прямого преобразования энергии радиоактивного распада в ядерной батарее при замкнутой электрической цепи в электричество. Смею надеяться не найдутся и такие которые усомнятся в том, что при разомкнутой цепи не будет прямого преобразования энергии ядерного распада в электричество, а энергия распада превратится в тепловую форму. Но если это так уважаемые оппоненты, то почему в ядерном электрогенерирующем элементе, где условия для прямого преобразования более благоприятны чем ядерной батарее это невозможно?  

Специфика физических условий (канализация векторных потоков энергии, движение против силового поля и др.) очень сильно влияют на механизм рассеяния векторных потоков энергии, сильно ограничивают действие 2-го закона термодинамики в многочастичных (термодинамических) системах. Создание этих специфических физических условий и позволяет достичь прямого преобразования энергии ядерного распада в ядерной батарее и энергии ядерного деления в ЯЭГЭЛе в электричество.

 

Ответы на замечания оппонентов

Отталкиваясь от вышеизложенного, ответим на замечания и вопросы оппонентов, поступившие на статью. Так как имена оппонентов обезличены, то все они объединены общим именем оппонент. Каждый при необходимости найдёт своё замечание. Замечания оппонентов для удобства выделены курсивом.

Оппонент: 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.
Т
акже 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. . . 

Автор: Начнём с защиты. Оппонент приписывает мне мнение, что в ней уже нет нужды. Нужно внимательнее знакомиться с материалом прежде чем делать подобные высказывания. Я пишу об относительном снижении радиоактивных отходов на выработанный киловатт-час. Это связано в ростом КПД преобразования энергии ядерного деления в электричество. Все негативные факторы на единицу делящегося вещества остаются. Второе, что я отмечаю - для предлагаемой мною технологии не столь важны большие единичные мощности реакторов и общие мощности АЭС. Отсюда снижается возможность катастрофических аварий и даже появляется возможность их исключения.

О невозможности работы с одним твэлом. Для реализации СЦР необходимо поместить ТВЭЛ в “атмосферу” тепловых или быстрых нейтронов соответствующих параметров. Что мешает? Есть замедлители, есть отражатели.

Что касается “не далее 10мкм”, то эта проблема рассмотрена выше.

Оппонент: 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???

Автор: Решение по утилизации радиоактивных отходов, которого придерживается автор, изложено в заключительной части.

Оппонент: 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%.

Автор: В отношении студента - второкурсника, оставим это суждение за оппонентом. Студенты - разные. Что меня смутило - по версии оппонента движется после распада ядра только лёгкий осколок, а тяжёлый осколок должен остаться возле отрицательного электрода. А как же быть с законом сохранения результирующего импульса, который изучают уже в средней школе?  После этого не хочется углубляться в разницу между вольтами и электрон-вольтами.

Оппонент: 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?

Автор: Речь идёт о кинетической энергии положительно заряженных ядерных осколков, вылетающих из ядра при реакциях деления протекающих в твэле. Кинетическая энергия этих осколков составляет порядка 80 Мэв.

Оппонент: 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

Автор: Сказанное оппонентом является верным для случая разомкнутой электрической цепи ядерной батареи и ЯЭГЭЛа. Ну и для сегодняшних твэлов.

Оппонент: 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.

Автор: Физики при рассмотрении новой идеи, начинают с применения к ней законов сохранения. При этом физики оперируют порядками величин. Если величины получаются одного порядка, то идея выглядит правдоподобной и реализуемой. Если величины разнятся на один - два порядка, то это вызывает настороженность. Если разница в несколько порядков, то идея отбрасывается как не жизнеспособная и не реализуемая. У Вас последний вариант. Генерация тепла в реакторе имеет величину Мэв на единицу объёма, а съём термоэмиссионной энергии, происходящей с поверхности охватывающей тепловой объём составляет единицы электронвольт. Что и подтверждает как Вы пишете фантастические технологические трудности. Занимался заманчивой идеей термоэмиссионных преобразователей, имею представление. Однако Вы со своим багажом знаний и со всеми своими степенями утверждаете - принципиально реализуемо. Это хорошо. Но нужно поспешить. Вряд ли у нас есть ещё 50 лет.

Оппонент: 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?

Автор: Осколки деления будут лишены электронов на всём пути между электродами в соответствии с законом сохранения заряда. И я не считаю, что при делении урана образуются 92 бета-частицы. Символом e принято обозначать не только частицу электрон, но и элементарный заряд. Во избежание путаницы и ввели для частицы электрон, возникающей при естественном радиоактивном распаде, название бета (β) - частица.

Оппонент: 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.

Автор: Очень рад, что Вы нашли для векторной энергетики еще одно поле исследований. Дерзайте.  

Заключительная часть

Хочется отметить, что трёпка, которую получает новая идея при встрече с оппонентами, имеет для неё важное значение. Для идеи, а не столько для автора идеи. После публикации идея отвязывается от автора и если чего - то стоит, постоит за себя сама. Как учит история науки из тысяч идей, вступающих в борьбу за истину, выживают лишь единицы и то на отведенный срок. Я же как автор хочу продолжить описание положительных сторон и приложений предложенного варианта преобразования энергии ядерного деления в электричество. И хочу остановиться на тех возможностях, которые открывает новая технология перед космонавтикой. Сегодня космонавтика, основанная на термохимических принципах, себя полностью исчерпала освоением околоземного пространства. Естественно взгляды исследователей обратились к ядерной энергии, самому мощному источнику на сегодня. В своём выступлении на Совете Федерации Сергей Владиленович Кириенко (в то время глава Росатома) отметил следующее: "Энергоустановка с ядерным двигателем позволяет достигнуть Марса за один-полтора месяца, обеспечивая возможность маневрирования и ускорения. На обычном двигателе полет на Марс составил бы около полутора лет без возможности вернуться назад". [15]. На сайте указана мощность установки - 1 Мвт, при массе  - 20 тонн. Предложенная автором данной статьи энергетическая установка при мощности в 100 Мвт имеет массу порядка 30 тонн. При этом мощность установки не имеет принципиальных ограничений. С такой энергетикой полёт на Марс окажется недельной прогулкой.

Исходя их возможностей ядерной космонавтики, лучшим способом захоронения ядерных отходов АЭС будет их сброс в недра Солнца. Учитывая, что масса Солнца составляет почти 100% массы солнечной системы, наши сбросы не повлияют на самочувствие и радиацию Солнца.

 

     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”, 2011, 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. Косарев А.В.  Ядерные электрогенерирующие элементы - новые перспективы атомной энергетики. // Атомная стратегия. - С-Пб.: Из-во “ЗАО ОВИЗО”, 2017, №2. Режим доступа:

 http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7306

7. Киттель Ч, Парселл Э. и др. Берклиевский курс физики. Том1. Механика. – М.: “Наука”, 1975, 480с. Том 2. Электричество и магнетизм. – М.: “Наука”, 1975, 440с.

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

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. – М: “Наука”, 1979. Том 1, 519с.

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

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

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

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

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

15. Интернет страница. Режим доступа:

http://www.arms-expo.ru/news/novye_razrabotki/sozdanie_v_rossii_ transportnogo_modulya_s_yadernym_dvigatelem_oboydetsya_v_3_8_milliarda_rubley/

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомная наука
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атомная наука:
Сомнений не осталось, LENR существует

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 3.66
Ответов: 3


Пожалуйста, проголосуйте за эту статью:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 10 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 01/03/2017
"Я же как автор хочу продолжить описание положительных сторон и приложений предложенного варианта преобразования энергии ядерного деления в электричество...."
Ну, прикладывать-то мы все мастера. А в чем сама идея-то?
На рисунке подписей нет. В тексте - один сумбур и жалобы на оппонентов.Выкладки про то, как импульс гибнет по мере его передачи другим частицам можно было опустить - и так понятно. А как 100 МэВ осколка превратить в 100 МэВ движения электронов в проводнике - из текста не понятно. 
Задор хороший, образования, чувствуется, маловато. Надо бы поднять уровень, книжек классических почитать. Или научиться, как Тесла, принимать информацию по лучу прямо из космоса. Попробуйте написать письмо с описанием Вашего изобретения Илону Маску. 
В любом случае желаю не терять задор. Но помните, дьявол - в деталях.Не научитесь решать детали - не изобретете ни чего. Для примера, сходите в патентную библиотеку и посмотрите патент Ферми на первый ядерный реактор. Там все расписано в деталях. Только так надо делать. И убеждать народ надо не всхлипами о том, как хорошо долететь до Марса за неделю на ядерном помеле, а логичностью и выверенностью аргументов.


[ Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 01/03/2017
Это - не беда с мозгами у автора, это - катастрофа. 


[
Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 01/03/2017
Статья - редкая смесь воинствующего, но дремучего невежества с наукообразием. Зачет по Атомной физике (да и по Общей физике) Вы бы не получили. Срочно за учебники! Ответы оппонентам достаточно забавны - чудовищно неграмотные, но при этом хамоватые. Очевидно, что автор многие комментарии просто не понял. Разъяснять  суть Ваших школьных  заблуждений нет желания, да и не предмет форума. Единственно на что я мог бы указать в ответ на Вашу чепуху, с целью немного поднять уровень Вашего образования - 1) все законы сохранения (энергии и импульса) при переносе в среде ионов, будь то альфа частицы или осколки, выполняются независимо от того замкнута внешняя цепь или разомкнута. Результирующий импульс во ВСЕХ случаях равен 0 и 2-ой закон термодинамики на кинематику не влияет; 2)  Ваш  вопрос : " почему в ядерной батарее положительно заряженные осколки пролетают макроскопические расстояния и при этом не нейтрализуются электронами окружающего вещества? А ведь энергия ядерных осколков в ядерной батарее (при естественном радиоактивном распаде) на порядки ниже энергии осколков ядерных реакций деления. Энергия α-частиц составляет 4 - 9 Мэв, а энергия ядерных осколков при делении урана составляет 80 Мэв. Частицы с большей энергией труднее рассеять. Так почему же в ядерной батарее возможно прямое преобразование кинетической энергии заряженных частиц непосредственно в электроэнергию?" следовало бы задавать студентам. И здесь с такими вопросами не срамиться. Но я отвечу. Во-первых, толщина альфа излучающего напыления не превосходит ~1 мкм. Во вторых, как Вам было сказано в предыдущих комментариях, удельные ионизационные потери пропорциональны квадрату заряда иона. Т.е. Z^2 осколка/ Z^2 альфа ~ 625. Соответственно пробег осколка в ~600 раз меньше пробега альфа.  Ну и в заключение скажу еще раз- молодой человек, учите элементарную физику.


[ Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 02/03/2017
1) все законы сохранения (энергии и импульса) при переносе в среде ионов, будь то альфа частицы или осколки, выполняются независимо от того замкнута внешняя цепь или разомкнута. Результирующий импульс во ВСЕХ случаях равен 0 и 2-ой закон термодинамики на кинематику не влияет;
---------------------------------------------------------------
Спасибо коллега!
А то я уж подумал что чего то не понимаю в термодинамике.

Ядерщик


[
Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 01/03/2017
//Генерация тепла в реакторе имеет величину Мэв на единицу объёма// - бред. Удельное энерговыделение в ВВЭР-1000 составляет ~ 10^11 МэВ/см^3 c ....// съём термоэмиссионной энергии, происходящей с поверхности охватывающей тепловой объём составляет единицы электронвольт// - И что? Где в комментарии говорится о предложении термоэмиссионного преобразования энергии ?  


[ Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 02/03/2017
В целом, бред редкосный и непонимание основ. Коснусь только ответа на свой комментарий:

Автор: В отношении студента - второкурсника, оставим это суждение за оппонентом. Студенты - разные. Что меня смутило - по версии оппонента движется после распада ядра только лёгкий осколок, а тяжёлый осколок должен остаться возле отрицательного электрода. А как же быть с законом сохранения результирующего импульса, который изучают уже в средней школе? После этого не хочется углубляться в разницу между вольтами и электрон-вольтами.

Автор так и не понял механизм генерации тока в альфа-распадном источнике. "Работает" не само наличие заряда положительного у альфы или осколка, основным фактором выноса заряженного вещества за пределы топливной матрицы является разница длин пробегов "лёгкого" осколка (в т.ч. альфы при распадном механизме образования) и "тяжёлого". "Лёгкий" имеет хоть какие-то шансы продраться сквозь окружающие атомы (и чем он легче, тем шансы выше), а "тяжёлый" приходит в равновесие со средой после первого же соударения и его шансы покинуть электрод на 3-5 порядков меньше.

Соответственно, даже в идеальной геометрии "лёгкий" осколок своим зарядом может перенести от одного электрода к другому от силы +30е со средним потенциалом ионизации уровня 5В. Т.е. создать электрическую энергию уровня 150 эВ. При том, что энергия деления уровня 180 МэВ. В реальной же геометрии положительный электрический выход 150 эВ будет реализовываться хорошо если один раз на 100 актов деления. С соответствующим КПД.

Так что погорячился я со "студентом-второкурсником". Школяр-с!


[ Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 02/03/2017
"Так что погорячился я со "студентом-второкурсником". Школяр-с!"

Накинулись, затоптали, ноги вытерли. Так же нельзя. Щас самое время чушь прекрасную нести, выбрасывать самые еретические мысли. Изобретатель должен быть раскрепощен, иначе он ничего не изобретет. Положительное влияние таких "проработок" в том, что всезнайки пробуждаются и начинают вспоминать, что и у них когда-то потенция была.  


[
Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 02/03/2017
Всегда сначала людей, предлагающих что то, что отличается от общепризнанного сжигали на кострах, а затем уже превозносили. Всех псов, так рьяно защищавших общепризнанные истины уже забыли, а Джордано Бруно помнят до сих пор. Это надо помнить всем.


[
Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 05/03/2017
"Всегда сначала людей, предлагающих что то, что отличается от общепризнанного сжигали на кострах, а затем уже превозносили. Всех псов, так рьяно защищавших общепризнанные истины уже забыли, а Джордано Бруно помнят до сих пор. Это надо помнить всем."
=======================================
  Ну, а где же сам автор, Джордано Бруно ? Или это он и есть?  По сути "гениальной" идеи, изложенной в статье. Когда школьник знакомится с самыми элементарными основами ядерной реакции деления урана и ее использования на АЭС, то первая мысль, которая у него возникает, - срочно усовершенствовать реактор. Раз в делении появляются два положительно заряженные осколки, то их надо просто собрать на электрод и... вот она - разность потенциалов. Не надо греть воду, не надо крутить турбину.  Вот и революционная идея не слабее, чем у Джордано Бруно. Осталось только ее объяснить бестолковым физикам, которые 70 лет не могли дойти до этой простой, но гениальной мысли, и послать ее изложение туда ,где дают Нобелевскую премию. И только на следующих уроках этот школьник начинает понимать, что осколки из твэла почти не выходят - облом. Похоже автор, Джордано Бруно, как раз эти уроки то и пропустил.


[
Ответить на это ]


Re: Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 03/03/2017
Причем здесь термодинамика я тоже не понял, если не рассматривать охлаждение твэла и влияние разогрева на изоляцию. Можно получить простую оценку тока в подобной системе. При выгорании 10% за 1 год компании реактора имеем 3*10^23 делений/кГ урана. Число осколков деления равно 10^16 осколков/сек *кГ. Осколки вылетают из поверхностного слоя, так что наружу выходит около 10^12 осколков/сек *кГ. Осколки вылетают под разными углами и с разными энергиями и эффективным зарядом. Существует еще обратное рассеяние. Так что хорошо, если удастся собрать ток около 1 мкА с 1 кГ урана. Сравните с химическими батарейками. Кстати, пробеги легкого и тяжелого осколков отличаются всего на ~20%. Экс-кандидат в доктора.


[
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: 0.12 секунды
Рейтинг@Mail.ru