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
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

[04/07/2017]     Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления

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

После второй статьи [11] в журнале «Атомная стратегия», содержащей ответы на замечания оппонентов по статье “Ядерные электрогенерирующие элементы - новые перспективы атомной энергетики” [10], поступили новые. Многие из них носят резкий, нелицеприятный характер. И тем не менее, я хочу выразить благодарность моим оппонентам по двум причинам. Во-первых за то, что они нашли и потратили время на ознакомление с моими работами. Во-вторых, они помогают мне устранить слабые, плохо воспринимаемые в моём изложении места статей и сосредоточиться на их улучшении.



Никто лучше жёсткого оппонента не раскроет глаза. Ну а уж чрезмерно рьяным нужно помнить, что когда мы высказываемся о других, то невольно рассказываем и о себе. После второй статьи прошло достаточно времени, страсти видимо поутихли, продолжим спокойную работу.

Термодинамика вчера и сегодня

Смутило отношение оппонентов к роли термодинамики в процессах преобразования энергии ядерного деления в ТВЭЛах современных ядерных реакторов и энергии естественного распада в ядерных батарейках. А ведь термодинамика - это в первую очередь наука о преобразовании тепла в работу, хаотических форм движения в направленные и наоборот.

Оппонент №1: 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.

Оппонент №2: Причем здесь термодинамика я тоже не понял, если не рассматривать охлаждение твэла и влияние разогрева на изоляцию. ... Кстати, пробеги легкого и тяжелого осколков отличаются всего на ~20%. Экс-кандидат в доктора.

Оппонент №3: Причем1) 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

Оппонент №4: 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.

Начнём с четвёртого оппонента. То, что для оппонента - и так понятно как импульс гибнет по мере его передачи другим частицам, с одной стороны обнадёживает. У оппонента видимо хорошая интуиция и он ловит идею слёту. С другой стороны говорит о его поверхностном знакомстве с термодинамикой и полном не знании исторического развития и становления термодинамики. Ознакомьтесь с замечательной книгой Я.М. Гельфера (Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики. – М.: “Высшая школа”, 1969г. - 476с.) и убедитесь, что до понятного путь был долгим и трудным.

Рис. 1

Во второй половине 19-го века механика Ньютона и механицизм достигли своего расцвета. Считалось, что все явления можно объяснить отталкиваясь от законов Ньютона. Но камнем преткновения стала термодинамика с её идеей необратимости и 2-м законом. Термодинамика с момента становления вступила в противоречие с динамикой Ньютона, претендовавшей на место первой из наук, но которая не могла объяснить факт существования равновесного состояния в термодинамических системах. Закон сохранения результирующего импульса как системный закон, оказался не востребованным термодинамикой и остался в тени. Были сформулированы нулевой и второй постулаты, которые заслонили закон сохранения результирующего импульса. Проблемой вывода 2-го закона термодинамики из законов механики в 19-м веке занимались многие выдающиеся мыслители той эпохи. Занимался ею и Больцман в своём первом варианте Н-теоремы. Больцман был на правильном пути, но потерпел неудачу по причине того, что рассматривал частицы газа как материальные точки. В такой модели столкновение считается центральным и рассеяние энергии отсутствует. Правда благодаря этой неудаче, Больцман заложил основы великой науки - статистической механики в своём втором варианте Н-теоремы. Мною в задаче столкновения частиц была принята модель частиц конечных размеров, что приводило к нецентральному соударению и рассеянию направленной энергии переносимой результирующим импульсом. Задача механицистов середины 19-го века по выводу 2-го закона термодинамики из механики Ньютона была решена. Первая публикация с диаграммой рассеяния подобной Рис. 1 вышла у меня в 2001 году. Понимание механизма рассеяния позволяет наложить ограничение на всесилие 2-го закона при его действии в многочастичной среде. В моих работах показано, что добиться этого можно исключением лавинообразного вовлечения в векторный поток новых частиц, исключением лавинообразного роста массы. Это достигается направлением движения векторного потока поперёк тонких плёнок или канализацией векторного потока. [9]. В таких условиях диссипирует лишь малая часть направленной энергии, способной совершать механическую рабсоту. В 20-м веке термодинамика претерпела кардинальную эволюцию в сравнении с 19-м веком благодаря трудам в первую очередь Онсагера по теории термодинамических потоков, Пригожина по теории самоорганизации диссипативных структур и профессора Власова по теории Векторной энергетики. К сожалению практика энергетики и образовательные программы застряли в 19-м веке. Необходимо добавить, что задача рассеяния направленных потоков кинетической энергии и переход их в равновесное состояние была решена мною ещё в середине 70-х годов прошлого века. Но благодаря усердию и стараниям рецензентов-оппонентов, опубликована лишь в 2001 году. Слава КПСС.

Оппонент № 1. Начнём с критических замечаний. Вы пишете: Результирующий импульс во ВСЕХ случаях равен 0.  Такого закона нет. Есть закон: результирующий импульс в замкнутой системе сохраняется постоянным по величине и направлению. Осколок в результате реакции деления ядра приобретает направление движения и модуль импульса и импульс должен оставаться постоянным по величине и направлению. В результате нецентральных соударений осколок и его импульс теряют переносимую энергию. Диссипирует, стремится к равновесному состоянию только направленная энергия. И следующее: 2-ой закон термодинамики на кинематику не влияет. Достаточно взглянуть на рисунок - 1, чтобы понять очевидность данного заблуждения.

Но это не главное. Главное для меня в замечаниях оппонента № 1 это: Во-первых, толщина альфа излучающего напыления не превосходит ~1 мкм. Вот за это уважаемому В.П., моему земляку огромное спасибо. Вы указали мне на самое слабое место в изложении мною идеи прямого преобразования энергии ядерного деления в электричество. Уже в первой своей статье в журнале «Атомная стратегия» я пишу, что “Прообразом для ядерного электрогенерирующего элемента (ЯЭГЭЛа) служит известный ядерный элемент (ядерная батарейка) на альфа распаде”. [10]. Мною в качестве основы ядерного электрогенерирующего элемента (ЯЭГЭЛ) в изобретении и в статьях был принят ТВЭЛ только с целью указать на сходство физических принципов. Это правильно. Но при этом я упустил важный для восприятия идеи момент, связанный с рассеянием направленной энергии. Причина рассеяния направленной энергии в тепло связана с лавинообразным вовлечением массы частиц в результирующий импульс потока направленной энергии. Снизить и практически исключить это явление можно двумя путями, как отмечено выше. Направить поток перпендикулярно тонкой плёнке как в ядерной батарее или канализовать поток, что исключает вовлечение новой массы и происходит медленная диссипация на стенке. Я занимался этой проблемой многие годы и это в моём понимании было естественным. По этой причине я и не заострил на этом внимание. Виноват. ТВЭЛ как элемент технологии изначально спроектирован для получения тепловой энергии из энергии ядерного деления.

Кстати ядерные батарейки несмотря на микронную толщину плёнки излучающего напыления эмиттера имеют очень низкий КПД. Что  вроде бы противоречит моим выводам о снижении рассеяния в тонких плёнках. Низкий КПД в сегодняшних ядерных батарейках имеет следующие причины.

                                     Рис. 2

Рассмотрим рисунок - 2, на котором изображена принципиальная схема ядерной батарейки. Рисунок имеет следующие обозначения: 1 - плёнка микронной толщины альфа излучающего вещества эмиттера; 2 - металлическая подложка эмиттера, на которую напыляется радиоактивная плёнка; 3 - коллектор, принимающий альфа частицы. В пространстве между эмиттером и коллектором находится вакуум.

Радиоактивный распад, с выбросом альфа частиц носит случайный характер и частицы вылетают из радиоактивного слоя по самым различным направлениям с одинаковой вероятностью. Если свести вектора всех импульсов альфа частиц за определённый промежуток времени в одну точку, то получим шаровый объём равномерно заполненный импульсами частиц. Это мы условно изобразили на Рис. 2. Импульсы несут на себе кинетическую энергию положительно заряженных альфа частиц, которая при движении против электрического поля превращается в потенциальную электрическую энергию. Из рисунка видно, что только половина импульсов альфа частиц движется в сторону коллектора. Другая половина, движущаяся в противоположную сторону попадает в подложку и кинетическая энергия этих частиц диссипирует на массе подложки в тепло. Таким образом КПД такой схемы (конструкции) батарейки уже не может превысить 50%. Далее из рисунка видно, что и летящие в сторону коллектора частицы не все попадут на коллектор. К тому же и процессы преобразования тех частиц которые попадают на коллектор имеют свой КПД. Всё вместе и даёт низкий КПД современных ядерных батареек.

Плёночные наноструктуры в реакторах нового типа.

Для технологической реализации ЯЭГЭЛа необходимы другие конструктивные решения эмиттера, исключающие диссипацию направленных потоков энергии в тепло по схеме Рис. 1.

                                               Рис. 3

К примеру можно изготавливать ЯЭГЭЛ по аналогии пластин химического аккумулятора, но с микронными толщинами пластин. При этом соблюсти условия исключающие электрический пробой. Этот вариант изображён на рисунке - 3. Возможны и другие варианты.

Рисунок -3 имеет следующие обозначения: 1 - тонкоплёночные пластины эмиттера из радиоактивного вещества, например из урана 235; 2 - пластины коллектора, установленные параллельно пластинам эмиттера; 3 - внешний источник пускового напряжения; 4 - потребитель электроэнергии.

Пластины эмиттера из радиоактивного вещества имеют толщину 0,1 - 1 микрона. Чем тоньше, тем лучше. Это одна из главных технологических трудностей реализации идеи. Плёнки такой толщины непрочны, тем более в условиях чрезвычайных напряжений возникающих в процессе деления ядер. Здесь слово за нано технологиями. Известно, что углеродные нано трубки обладают очень высокой прочностью на разрыв. Если из нано трубок изготовить сетку, то её можно использовать в качестве армирующего слоя в теле тонкоплёночной пластины эмиттера из радиоактивного вещества. Это придаст плёнке размеров, скажем 100×100 микрон требуемую прочность. Из этих микро пластин по принципу мозаики (без подложки) собирать пластины эмиттера требуемых размеров.

Плёнки эмиттера толщиной в доли микрона будут содержать малое количество делящегося вещества, что является отрицательным моментом для мощности и эксплуатации энергоустановки. Для снижения данного недостатка, наряду с увеличением количества пластин в ЯЭГЭЛе и общего количества ЯЭГЭЛов в реакторе можно предложить использование высокообогащённого делящегося вещества. Например использовать уран 235 обогащением не до 4% как в реакторах АЭС, а до 97% как в реакторах подводных лодок. Но здесь есть и важный положительный момент, на который указано в [10]. Отсутствие большого количества делящегося вещества как на АЭС, исключает апокалиптические катастрофы.

Отметим ещё такие моменты. В конструкции ЯЭГЭЛа на Рис. 3 нет подложки. Следовательно здесь все осколки в принципе имеют возможность достигнуть коллектора. С этой целью поверхности коллектора можно изготовить замкнутыми, полностью охватывающими пластины эмиттера. Конечно, 100% преобразования достичь невозможно. Второй закон термодинамики при корпускулярном характере строения материи полностью исключить невозможно. Но достойный КПД в 80-90%, как у химических аккумуляторов, вполне достижимая цель.

На первом этапе внедрения новой технологии можно формировать эмиттеры на стальной подложке. При этом КПД прямого преобразования даже теоретически не достигнет 50% и более 50% энергии ядерного деления превратится в тепло. Это тепло можно будет преобразовывать по традиционной схеме.

Для увеличения КПД ядерных батареек их следует тоже изготовлять по предложенной конструктивной схеме эмиттера и коллектора.

 

Эксперимент

В [10] я уже писал, что для проведения экспериментальных работ передо мною встают неодолимые проблемы. Работать с делящимся веществом могут только специализированные и лицензированные лаборатории и производства. Я в этой ситуации могу предложить только схему эксперимента.

Простейшая экспериментальная установка для проверки физической идеи может быть изготовлена на основе ядерной батарейки с нанесением радиоактивного слоя, например, из урана 235. Схема установки изображена на рисунке - 4. Рисунок имеет следующие обозначения: 1 - плёнка микронной толщины делящегося вещества эмиттера; 2 - металлическая подложка эмиттера, на которую напыляется радиоактивная плёнка; 3 - коллектор, принимающий осколки деления; 4 - измерительные клеммы или потребитель; 5 - источник внешнего пускового поля; 6 - вакуумная камера.

Рис. 4

 

В пространстве между эмиттером и коллектором находится вакуум. При этом необходимо создать внешнее пусковое поле порядка 2-х миллионов вольт постоянного тока и исключить электрический пробой между электродами. Установка помещается в вакуумную камеру. Для одного ядерного электрогенерирующего элемента (ЯЭГЭЛ) на основе ядерной батареи в предлагаемом эксперименте, применить внешний источник нейтронов для инициации реакции деления. Установка такого масштаба не потребует значительных финансовых средств и новых нанотехнологий. В случае положительного результата можно думать о создании на основе ЯЭГЭЛов реактора с активной зоной воспроизводства нейтронов для управляемой реакции деления.


Заключение

Оппонентов №№ 2 и 3 не комментирую по причине их слабого владения даже термодинамикой 19-го века. Но хочу поблагодарить оппонента №2 за фразу: “Кстати, пробеги легкого и тяжелого осколков отличаются всего на ~20%. Экс-кандидат в доктора. Это адресую персонально для нашего “Школяр-са”. Не понятна зацикленность многих оппонентов на процессах ионизации. Ионизация связана с затратой энергии на отрыв орбитальных электронов от атома и составляет как пишут сами же оппоненты порядка 5-ти электрон-вольт на электрон. Мы ведём речь о преобразовании энергии электрически заряженных ядерных осколках с энергией порядка 80 Мэв при их движении против электрического поля. Другой порядок энергии, другое явление. Ионизация (полная) возникает уже в момент деления ядра и её влияние ничтожно.    

Хочу ещё раз поблагодарить В.П. за полезное замечание и прошу прощения у моих оппонентов, что своей ошибкой в изложении идеи видимо (хочется надеяться) затруднил её понимание. Но и Вы поймите меня правильно. Я не списывал идею из протоколов сионских мудрецов или из дневника белогвардейского офицера. Я шаг за шагом, через ошибки и заблуждения, пытаюсь приблизиться к пониманию реальности.

 

      Литература  

1. Базаров И.П. Термодинамика. - М.: “Высшая школа”, 1991г., 376с.

2. Беккер Р. Теория теплоты. / Пер. с нем. А.М. Гармизо и В.С. Ефремцева. – М.: “Энергия”, 1974г., 504с.

3. Вейнберг А., Вигнер Е. Физическая теория ядерных реакторов. – М.: “Иностранная литература”, 1961г., 734с.

4. Власов В.В. Основы векторной энергетики. - М.: “Буркин”.  1999г., 124с.

5. Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики. – М.: “Высшая школа”, 1969г. - 476с.

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

7. 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.

8. 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.

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

10. Косарев А.В.  Ядерные электрогенерирующие элементы - новые перспективы атомной энергетики. // Атомная стратегия. - С-Пб.: Из-во “ЗАО ОВИЗО”, 2017г.  Режим доступа:

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

11. Косарев А.В. Оппонентам по вопросу прямого преобразования энергии ядерного деления. // Атомная стратегия. - С-Пб.: Из-во “ЗАО ОВИЗО”, 2017г.  Режим доступа:

     http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7340

12. Морс Ф. Теплофизика. /Пер. с англ. Е.Б. Чудновской. – М.: Наука, 1968г., 416с.

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

14. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. – М.: Изд-во иностр. лит., 1960г., 128с.

15. Пригожин И. От существующего к возникающему.  М.: Наука, 1985г., 326с.

16. Путилов К.А. Термодинамика. - М.: “Наука”, 1971г., 377с.

17. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. – М.: “Наука”, 1977г., 552с.

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

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

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

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

22. Физический энциклопедический словарь. М.: СЭ, 1983г., 945с.

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

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

25. Эткин В.А. Термодинамика неравновесных процессов переноса и преобразования энергии. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1991г., 168с.

 

 
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
Ответов: 2


Пожалуйста, проголосуйте за эту статью:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 16 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 04/07/2017
Здравствуйте, Земляк! Давненько Вас не видел,  т.е., пардон, не читал.  Пользуясь случаем, передаю мой сердечный привет Оренбургу, родным улицам: Цвилинга, Парковому пр., Проезду коммунаров, Рыбаковской, Постниковой и, конечно, Советской (от самой Беловки до Советской 59), родным “Тополям”,  это места, где прошло мое детство. Привет Валерию Палычу (стоит на Беловке ,оренбуржец не может не знать кто это). В общем, ностальгия, понимаешь ли. По сути Ваших “изысканий”. Начну с конца Вашего повествования. // Я шаг за шагом, через ошибки и заблуждения, пытаюсь приблизиться к пониманию реальности. // - Похвальное стремление к постижению истины.  Более того, Вы сделали шаг в правильном направлении, хотя и очень маленький. “Правильной дорогой идете, товарищи” В.И.Л.  Но шаг, повторяю, первый и микроскопический. Двигаясь в этом направлении, Вы, надеюсь, придете к моему студенческому изобретению более чем 40 летней давности.  Но Вам предстоит пройти большой путь и даже поменять концепцию. Я имею в виду Ваши размышления о пленочном эмиттере.  Ваша батарейка не работает . Почему?-1) Реактор, состоящий из набора таких батареек не может быть критическим. Слой делящегося вещества – 1мкм, а основное вещество конструкционные материалы (сталь и пр.). “k бесконечное” такого реактора много меньше 1.   2) Концептуальная ошибка Вашей идеи. Вы ошибочно полагаете, что из эмиттера полетят положительные  осколки деления.  На самом деле это не так. Осколки ионизируя среду (слой U и подложку), генерируют в огромном количестве электроны и, в первую очередь, дельта-электроны, т.е. длинопробежные частицы. Их будет не меньше, чем ионов(осколков). Заряд на коллекторе определяется разностью суммарного положительного заряда (ионы) и отрицательного (электроны). В значительной степени они нейтрализуются.  А теперь замечания по тексту и Вашим ответам оппонентам, хотя я и не являюсь их автором .        1) // То, что для оппонента - и так понятно как импульс гибнет по мере его передачи другим частицам, с одной стороны обнадёживает. //   - Грубая ошибка. Импульс частицы не может погибнуть. Он, в результате множества рассеяний, перераспределяется по сотням тысячам освобожденных электронов. Суммарный по всем рожденным частицам импульс равен импульсу первоначального иона. Смешно даже предположить, что термодинамика разрешает нарушения закона сохранения импульса. Предположение о возможном нарушении законов сохранения энергии, импульса, момента, заряда и пр. приведет к абсолютно новой фантастической физике и новым законам природы, которых нет.  2)//Результирующий импульс во ВСЕХ случаях равен 0.  Такого закона нет. Есть закон: результирующий импульс в замкнутой системе сохраняется постоянным по величине и направлению.// Думаю, автор замечания именно это и имел в виду, хотя была оговорка. Правильно - Результирующий импульс замкнутой системы во ВСЕХ случаях равен 0 (т.е. в системе, в которой в начальный момент импульс был нулевой). Если в замкнутую систему извне вносится импульс Po, то результирующий импульс в любой момент времени будет Po. 3)// Отсутствие большого количества делящегося вещества как на АЭС, исключает апокалиптические катастрофы. // - Оно же, т.е. отсутствие дел.мат., исключает, как указывалось выше, возможность самоподдерживающейся реакции, т.е. делает всю затею бессмысленной. 4) //“Кстати, пробеги легкого и тяжелого осколков отличаются всего на ~20%. Экс-кандидат в доктора. Это адресую персонально для нашего “Школяр-са”.// Ошибочное утверждение. Обычно энергии альфа-частиц от нуклидных источников лежат в интервале 2-9 МэВ. А энергии осколков от нескольких МэВ до 100 МэВ. Пробег пропорционален энергии и обратно пропорционален квадрату заряда. Вполне возможно, что пробег альфа с энергией 2 МэВ близок

Прочитать остальные комментарии...


[ Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 05/07/2017
Есть одно замечание.К-бесконечное отличное от нуля, как и самоподдерживающаяся цепная реакция. совсем не обязательно!
Возможно, имеется ввиду спонтанное деление урана-235. Интенсивность делений в такой системе понятна и легко вычисляется. Повышение обогащения повысит и число спонтанных делений за единицу времени. Деление вторичными нейтронами пренебрегается.



[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 06/07/2017
Возможно, имеется ввиду спонтанное деление урана-235
Давайте посмотрим в Табличные данные по спонтанному делению: 235-U -0,3 деления на 1кг,  238-U - 6,96 делений на кг.
Так, что обогащение только ухудшит интенсивность спонтанных делений. Но, а "ВЫИГРЫШ" от спонтанных нейтронов можете посчитать: чтобы тепловая мощность спонтанных делений была 1 Вт (3,1Е+10 дел) необходимо ~ 5 млрд. кг 238-U, или 100 млрд. кг 235-U.
Очень эффективная установка получится !


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 05/07/2017
"....ВП....." ------ Жестко! Но справедливо. Чем и интересен Проатом — здесь можно получить честный грамотный комментарий. Фактически это предварительная обкатка статьи.


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 06/07/2017
Тогда Ф (число нейтронов для получения одного деления в секунду) будет ~2*10^7 нейтронов/с.
Соглашаясь с большей частью Ваших замечаний необходимо заметить, что нейтроны считаете неправильно!
Для одного деления нужен всего навсего  - ОДИН нейтрон - это очевидно.
В Вашей формуле  N= Ф*s*t ,   Ф - это плотность потока нейтронов Ф=nv (размерность н/см2*с), вместо s - надо S - макросечение (1/см), вместо t - должен быть объем эмиттера (см3) - тогда вы получите количество делений в эмиттере. Если t -толщина, то получим количество делений с  1 см2 эмиттера.
Поэтому Ф=nv - это не число нейтронов, а плотность потока нейтронов.  Скорость быстрого нейтрона ~ 2,5 MeV - 2,2E9 см/с. Из этих данных можно посчитать и плотность нейтронов n - число нейтронов в 1 см3 в "короткий" срез времени - меньше времени жизни нейтрона. По Вашим данным можно посчитать, что плотность нейтронов n - будет порядка ~0,01 н/см3.
Кстати я тоже проезжал через Оренбург.


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 06/07/2017
//Соглашаясь с большей частью Ваших замечаний необходимо заметить, что нейтроны считаете неправильно!
Для одного деления нужен всего навсего  - ОДИН нейтрон - это очевидно.
В Вашей формуле  N= Ф*s*t ,   Ф - это плотность потока нейтронов Ф=nv (размерность н/см2*с), вместо s - надо S - макросечение (1/см), вместо t - должен быть объем эмиттера (см3) - тогда вы получите количество делений в эмиттере. Если t -толщина, то получим количество делений с  1 см2 эмиттера...// Уважаемый коллега. Мне было бы весьма огорчительно сделать ошибку в физике нейтронов, в которой проработал всю жизнь. Но Вы где-то правы. Допущена описка -разумеется, правильно не число нейтронов, а плотность потока (далее Ф(н/(cм^2 с))). а под s, стоящей в формуле, понимается МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ сечение на уране (легко убедиться, что подставляется S= 5 *10^(-2)(1/см)). t(толщина) - стоит верно, имея в виду, что площадь - 1 см2,хотя тут тоже правы - строго надо помножить на площадь. Описка на результат не влияет - требуемая плотность потока нейтронов для получения одного деления - Ф~ 2 *10^7 нейтр. /(cм^2 с), а для получения тока 1 мкА Ф~  2 *10^19 нейтр. /см2 с. Благодарю за указанную  Вами неточность.  


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 07/07/2017
Формула  N= ф*S*t для расчета числа делений в секунду (N) написана абсолютно верно, если под ф понимать полное число нейтронов в секунду на эмиттере (т.е.  ф[н/с]  -  интеграл от  Ф[н/см2с]  по площади). В этом можно убедиться хотя бы по размерности. Разумеется то же самое получите подставив плотность потока Ф и помножив на среднюю площадь эмиттера Sэ :     N= Ф*S*t*Sэ. Плотность нейтронов n[н/см3] сама по себе здесь не играет роли. В.П. 


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 07/07/2017
Не надо ничего придумывать - ВСЕ придумано до нас.
В классике "теории нейтронов" - есть понятие количество нейтронных реакций в 1 см3 = это произведение плотности потока нейтронов Ф на макросечение.  // Все размерности - понятны.
А вот, что такое полное число нейтронов в секунду - надо разбираться. . .
Например, нейтронов в секунду - ГДЕ?  в 1см3 или еще в чем-то, откуда это следует и т.д.
Про плотность нейтронов-  н/см3 - очень даже понятная физическая величина и размерность . . !


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 07/07/2017
Спор схоластический и на результат не влияет. //количество нейтронных реакций в 1 см3 = это произведение плотности потока нейтронов Ф на макросечение.// - совершенно верно. А кол-во реакций в объеме V - интеграл Ф*S по объему (в данном случае по площади и помноженное на t). На практике часто (как и в данном случае) удобно пользоваться интегральной величиной ф (особенно когда имеем дело с пучком или однородной в пространстве плотностью потока). Какая разница - посчитаете Ф*S и потом проинтегрируете по объему или сначала проинтегрируете Ф[н/см2с] по площади, получив ф[н/с] потом умножите на t и на S, если t достаточно мало. Последнее часто удобнее. Физический смысл ф прост - число нейтронов, пересекающих поверхность (поверхность эмиттера) в сек. Физикам, не имеющим дело с расчетом переноса частиц (нейтронов), ф значительно понятнее. В теории переноса, разумеется, строго работают с плотностью потока Ф, хотя, в принципе можно было бы и с величиной nv, что очень неудобно. Хотя бы потому, что знание n без знания спектра ничего не говорит о количестве частиц.  При этом в классической теории кинетических уравнений (газокинетической) традиционно работают с плотностью частиц n.   Таким образом, какой величиной пользоваться ф,Ф или n (в смысле nv) зависит от задачи, вкуса и традиций.  Но Вы правы в том смысле, что без дополнительных разъяснений правильно пользоваться, конечно, классическими величинами ф и nv. 


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 06/07/2017
Тогда Ф (число нейтронов для получения одного деления в секунду) будет ~2*10^7 нейтронов/с.
Соглашаясь с большей частью Ваших замечаний необходимо заметить, что нейтроны считаете неправильно!
Для одного деления нужен всего навсего  - ОДИН нейтрон - это очевидно.
В Вашей формуле  N= Ф*s*t ,   Ф - это плотность потока нейтронов Ф=nv (размерность н/см2*с), вместо s - надо S - макросечение (1/см), вместо t - должен быть объем эмиттера (см3) - тогда вы получите количество делений в эмиттере. Если t -толщина, то получим количество делений с  1 см2 эмиттера.
Поэтому Ф=nv - это не число нейтронов, а плотность потока нейтронов.  Скорость быстрого нейтрона ~ 2,5 MeV - 2,2E9 см/с. Из этих данных можно посчитать и плотность нейтронов n - число нейтронов в 1 см3 в "короткий" срез времени - меньше времени жизни нейтрона. По Вашим данным можно посчитать, что плотность нейтронов n - будет порядка ~0,01 н/см3.
Кстати я тоже проезжал через Оренбург.


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 08/07/2017
//“Кстати, пробеги легкого и тяжелого осколков отличаются всего на ~20%. Экс-кандидат в доктора. Это адресую персонально для нашего “Школяр-са”.// Ошибочное утверждение. Обычно энергии альфа-частиц от нуклидных источников лежат в интервале 2-9 МэВ. А энергии осколков от нескольких МэВ до 100 МэВ. Пробег пропорционален энергии и обратно пропорционален квадрату заряда. Вполне возможно, что пробег альфа с энергией 2 МэВ близок
В отличие от  альфа-частиц, для которых справедлива формула Бете, заряд осколков является величиной переменной в процессе торможения, чего Вы, по-видимому, не учитываете в своих рассуждениях. Данные по пробегам осколков можно найти в Справочнике "Физические величины" (ред.И.С.Григорьев,1991) в разделе "Деление ядер".


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 08/07/2017
//В отличие от  альфа-частиц, для которых справедлива формула Бете, заряд осколков является величиной переменной в процессе торможения...// - Верно. В процессе торможения осколка в веществе и уменьшения его энергии (скорости) должно сильно расти dE/dx (соответственно, падает пробег), согласно формуле Бете-Блоха. Для многозарядных ионов (осколков) указанное соотношение нарушается, что обусловлено эффектом pickup (загрузка иона электронами). Для альфа этот эффект несущественен. Тем не менее, с учетом вышесказанного,  пробег типичного осколка деления составляет приблизительно половину пробега альфа-частиц с энергией 5 МэВ и около 0.1 от пробега альфа с энергией 2 МэВ. В.П.


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 08/07/2017
//пробега альфа-частиц с энергией 5 МэВ и около 0.1 от пробега альфа с энергией 2 МэВ.// -пардон, опечатка. правильно "пробега альфа-частиц с энергией 5 МэВ и около 0.1 от пробега альфа с энергией 10 МэВ".


[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 08/07/2017
Желательно указывать  - пробеги  альфа-частиц в чем ?
Например, табличные значения пробегов алфа-частиц в уране следующие:5 МэВ - 1,95Е-2 г/см2
10 Мэв - 4,93Е-2 г/см2
отличие в 2,5 раза, а не в 5 !



[
Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 04/07/2017
Уважаемый профессор! Вы собираетесь использовать для решения  поставленной задачи ускорительную трубку. Последняя является составной частью ускорителей протонов и электронов прямого действия. Применяемые трубки являются многосекционными (система диафрагм, разделенных изолятором), что позволяет минимизировать паразитные токи, причем градиент напряжения обычно не превышает 10кВ/см. Напряжение на секции подается через высокоомный делитель. Фокусировка пучка позволяет ускоряемым частицам свободно проходить через трубку, не касаясь краев диафрагм. В Вашей схеме предполагаются широкие пучки!? Катод в приведенной схеме является источником вторичных электронов. Торможение осколков задней полусферы дает около миллиона электронов на 1 осколок, которые полетят на анод и ускорятся до 2 МэВ , если не закоротят источник питания. Вряд ли на их фоне будет заметен ток осколков. Еще при делении вылетают гамма- кванты (8-10 частиц/деление) с полной энергией около 10 МэВ, которые также являются источником электронов. Для справки: для моделирования ядерно-физических экспериментов часто используются слои спонтанно-делящихся ядер (Cf-252). Бывший физик.


[ Ответить на это ]


Re: Термодинамика в процессах преобразования энергии ядерного деления (Всего: 0)
от Гость на 05/07/2017
Как же любят самохвальные профессора наводить тень на плетень.

п.1 Импульса в термодинамике не было до Максвелла. С появлением его распределения всё встало на свои места. Смотрите вывод соответствующих формул.

п.2 Закон сохранения импульса прекрасно работает и при распаде. Суммарный импульс системы ПОСЛЕ равен суммарному импульсу ДО. Ничуть не хуже он работает при столкновении частиц. Из-за чего даже альфа-распадные "батарейки" вынуждены довольствоваться микронными слоями.


[ 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: 0.21 секунды
Рейтинг@Mail.ru