proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Авторские права
  Агентство  ПРоАтом. 27 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





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[12/04/2019]     Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество

Продолжение темы

А.В.Косарев, д.т.н., профессор, Оренбург

В статье продолжено развитие идеи прямого преобразования энергии ядерного деления в электричество. Рассмотрена возможность осуществления цепной реакции деления в тонких плёнках делящегося вещества (например, уран 235 или плутоний) при его малых количествах (десятки граммов).



Предложено техническое решение по обеспечению требуемых единичных мощностей в условиях минимального по весу количества делящегося вещества в активной зоне.

 

Ключевые слова: ядерный реактор, активная зона, уран, тонкие плёнки, быстрые нейтроны, макроскопическое сечение, коэффициент критичности, отражатель.

 

Ранее нами опубликованы на страницах журнала «Атомная стратегия» статьи [4, 5, 6], в которых автором предложена идея прямого преобразования кинетической энергии электрически заряженных осколков деления в потенциальную энергию электрического поля. В качестве прообраза схемы преобразования была принята схема ядерной батарейки и химического аккумулятора [4]. В ядерной батарейке на радиоактивном распаде и в химическом аккумуляторе электрически заряженные частицы движутся против электрического поля в результате чего происходит прямое преобразование кинетической энергии этих частиц в энергию поля. Другой особенностью этих устройств является то, что движение разноимённых зарядов в них осуществляется по разным путям, что исключает их преждевременную нейтрализацию.

   Рис.1. Принципиальная конструктивная схема ЯЭГЭЛа

 

Особенностью предложенного ядерного электрогенерирующего элемента (ЯЭГЭЛа), изображённого на Рис. 1, было включение в схему устройства - 3, внешнего пускового электрического поля. Это диктовалось необходимостью удержать заряженные осколки деления - 5, вылетающих из эмиттера - 1 в результате реакций деления, в пределах ЯЭГЭЛа, на коллекторе - 2. При установившемся режиме внешнее пусковое поле отключается. Отрицательно заряженные электроны из эмиттера по внешней цепи движутся через потребителя электроэнергии - 4 на коллектор. Электрическая цепь замыкается.

 Из поступивших от оппонентов замечаний существенным было замечание о том, что осколки деления релаксируют в делящемся веществе на расстоянии всего в 10 микрон. Их кинетическая энергия в результате процесса ионизации превращается в тепло. Эта термодинамическая проблема ранее была решена автором (См. [5, 6] и Рис. 2). Решение уже было использовано автором в предложении конструкции термоэлектрического преобразователя новой архитектуры [7]. 

 

                                                 Рис. 3

 

Поэтому было естественным предложение конструкции ЯЭГЭЛа со схемой активной зоны, изображённой на Рис. 3. Рисунок - 3 имеет следующие обозначения: 1 - тонкоплёночные пластины эмиттера из радиоактивного вещества, например из урана 235 или плутония; 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, что практически исключает рассеяние кинетической энергии осколков в тепло. Из рисунка - 2 видно, что рассеяние нарастает по ходу движения лавинообразно по схеме цепной реакции. Следовательно чем меньше толщина плёнки тем меньше потери направленной энергии при соударении. К тому же авторы [10, стр. 392], анализируя формулу Бора для ионизационных потерь, подчёркивают их такую особенность: “Очень характерна сильная зависимость потерь от скорости. При этом в противоположность силам сопротивления в газах и жидкостях потери тем больше, чем ниже скорость. Именно поэтому треки частиц в камере Вильсона или в фотоэмульсии резко утолщаются к концу”. Следовательно чем тоньше плёнка, тем меньше рассеяние и по этой причине. 

Но здесь возникают две проблемы, решения которых нет в современной теории и практике атомных реакторов. Это обеспечение цепной реакции в плёнках делящегося вещества микронной толщины и быстрое выгорание топлива для обеспечения практически значимых мощностей, что вызывает необходимость частой перезагрузки активной зоны.

Опираясь, в том числе, на конструктивную критику оппонентов, продолжим поиск путей реализации означенной идеи.  

Техническая схема активной зоны с пластинами делящегося вещества микронной толщины и соответственно малой массы ставит две задачи:

а) обеспечение критичности активной зоны с массой делящегося вещества (уран-235, уран-233, плутоний) в 10 - 50 грамм.

б) обеспечение мегаваттных мощностей ядерной энергетической установки при указанных минимальных параметрах активной зоны.

Отметим, что критическая масса урана-235 в виде металлического шара составляет 47 кг. [10, стр. 517]. Компания реактора на одной загрузке для разных реакторов АЭС длится от года до двух. Для АПЛ компания реактора сопоставима со сроком службы лодки.

Попытка решение поставленных задач будет проводится на основе конструктивно - технологической схемы активной зоны, изображённой на рисунке - 4.

                                                                     Рис. 4

 

Рисунок - 4 имеет следующие обозначения: 1 - тонкоплёночные пластины эмиттера из радиоактивного вещества, например из урана 235 или плутония; 2 - пластины коллектора, установленные параллельно пластинам эмиттера;   3 - внешний источник пускового напряжения; 4 - потребитель электроэнергии; 5 - осколки деления, вылетающие из эмиттера - 1; 6 -  электроизоляционные вставки, отделяющие отрицательно заряженные проводники эмиттера от положительно заряженного отражателя - 8; 7 - внешний источник нейтронов.

Начнём с анализа возможности обеспечения критичности активной зоны при массе делящегося вещества в 10 - 50 грамм. Для само поддержания цепной реакции деления в активной зоне необходимо обеспечение коэффициента критичности равным единице.

В реальной ситуации, кроме делящихся ядер, всегда присутствуют другие, неделящиеся. Эти посторонние ядра будут захватывать нейтроны и тем самым влиять на коэффициент размножения. Отсюда следует, что третьей величиной, определяющей коэффициент размножения, является вероятность того, что нейтрон не будет захвачен одним из неделящихся ядер. В реальных установках «посторонний» захват идёт на неспособных к цепной реакции ядрах урана-238, на ядрах замедлителя (если он есть), на ядрах различных конструктивных элементов, а также на ядрах продуктов деления.  В делящейся среде конечных размеров часть нейтронов будет уходить из активной зоны наружу. Поэтому коэффициент критичности зависит ещё от вероятности  Р  для нейтрона не уйти из активной зоны. Величина  Р  зависит от состава активной зоны, её размеров, формы, а также от того, в какой степени окружающее активную зону вещество отражает (конечно, не когерентно) нейтроны”. [10, стр. 515 - 517].

Согласно таблице, расположенной ниже, наиболее подходящим делящимся материалом является плутоний.

Таблица взята из [10, стр. 516, где обозначена под номером 11.1].

По литературным данным [12, стр. 920] более подходящим по физическим свойствам является калифорний, критическая масса которого составляет 10 грамм, что вызвано большим ʋ приближающимся к четырём. Однако калифорний имеется в ничтожных количествах, что делает его непригодным для использования в энергоустановках.

В конструкции установки на рисунке - 4 для достижения  максимальной величины ƞ предлагаются следующие меры. Во-первых, 100% чистота плутония, так как в вышеприведённой таблице коэффициент ƞ дан для чистого плутония. Во-вторых, в нашей схеме активной зоны отсутствует замедлитель, что снижает непроизводительный захват нейтронов. Это связано с тем, что для исключения процесса ионизации осколков мы имеем вакуумные полости между пластинами делящегося вещества и пластинами коллектора. По этой причине у нас реактор на быстрых нейтронах. Далее для снижения (исключения) непроизводительного захвата нейтронов материалом коллектора он покрывается хорошим отражателем нейтронов. Эти меры позволят приблизить значение ƞ к данным таблицы 11.1 равным 2,7 для изотопа плутония 239 на быстрых нейтронах.

Теперь рассмотрим второй сомножитель в (1). Р - вероятность для нейтрона не уйти из активной зоны. “Величина Р зависит от состава активной зоны, её размеров, формы, а также от того, в какой степени окружающее активную зону вещество отражает нейтроны”. [10, стр. 517]. Согласно формуле (1) и принятого нами значения ƞ величина вероятности для нейтрона не уйти из активной зоны должна составлять  Р = 1/2,7 = 0,37. Таким образом, для обеспечения критичности в активной зоне допускается потеря более 60% нейтронов поколения и необходимо обеспечить сохранность порядка 40% нейтронов поколения. Чем это можно достичь?

Во-первых, мы уже отметили, что используем делящееся вещество 100% чистоты и не используем замедлитель. Это исключает захват нейтронов примесями и замедлителем.

Во-вторых, активная зона реактора в целом окружаются хорошим отражателем нейтронов. К числу лучших отражателей относится бериллий, отражающий до 90% нейтронов. К достоинствам бериллия в нашем случае относится и высокая его электропроводность, составляющая примерно 40% электропроводности меди. Для напряжения примерно в 2 миллиона вольт это хорошая электропроводность, исключающая большие потери на Джоулево тепло. Но “Даже обыкновенная вода отражает 80% падающих нейтронов”. [8, стр. 189]. Отсюда цилиндрический отражатель предлагаемого реактора на Рис. 4 можно изготовить полым со стенками из бериллия (или только стенки в сторону активной зоны), а полости отражателя заполнить водой. Пластины коллектора - 2 (Рис. 4) для снижения захвата нейтронов можно изготовить из бериллия или покрыть бериллием. Возможны и другие варианты. Например, “Материал отражателей реакторов на быстрых нейтронах - тяжёлые уран-238 или торий-232, которые одновременно являются сырьём для воспроизводства новых делящихся материалов”. [8, стр.242]. В-третьих, для уменьшения доли нейтронов выходящих за пределы активной зоны выбирают компоновку активной зоны максимально приближённую к шару. То есть добиваются минимального значения площади к объёму. Чаще всего это активная зона в форме цилиндра с высотой примерно равной диаметру или в форме шара. Для оценки выберем компоновку активной зоны Рис. 4 в форме цилиндра. 

Прежде чем попытаться произвести численные оценки для схемы - 4  вероятности Р для нейтрона не уйти из активной зоны за её размеры, определимся с размерами активной зоны рисунка - 4. Оценим размеры активной зоны для 1 см³ делящегося вещества (урана 235 или плутония 239). Удельный вес урана 18,7 г/см³. Удельный вес плутония колеблется от 16,4 для б-Pu до 19,8 для а-Pu. Именно для такой массы ставится задача обеспечить критичность и требуемую мегаваттную мощность активной зоны.

И так , первая исходная величина - 1 см³ делящегося вещества (урана 235 или плутония 239). Делим 1 см³ на пластины толщиной 1 микрон (толщина пластин эмиттера), получаем 10000 пластин, общая площадь которых составляет 1 кв. метр.

Принимаем активную зону в форме цилиндра с высотой примерно равной диаметру. Второй исходной величиной для активной зоны является расстояние между эмиттером и коллектором, равное 20 мм. [3]. Это расстояние необходимо для исключения пробоя между электродами при напряжении в 2 миллиона вольт. Ранее (Рис. 3) было принято расстояние в 300 - 400 мм. Эти данные были взяты мною из устаревшего источника [9]. Современные данные при соответствующей обработки поверхности дают для принятого напряжения примерно 10 мм. [3]. Нами приняты 20 мм. для надёжности. Исходя из отмеченных выше условий, получаем для схемы на рисунке - 4 следующие размеры активной зоны. Это цилиндр высотой 40 см., в котором расположены 10 пластин эмиттера диаметром в 35,7 см. В условиях таких геометрических размеров и конструкции необходимо обеспечить критичность и мегаваттную мощность. Отметим, что наша активная зона представляет собой сосуд содержащий нейтроны, в котором размещены пластины эмиттера из делящегося вещества. Пока отвлечёмся от того факта, что активная зона (поверхность цилиндра) окружена отражателем. Найдём отношение площади всех пластин эмиттера (при этом считаем площадь с 2-х сторон) к площади поверхности цилиндра активной зоны. Численные оценки показывают, что для нашей активной зоны это отношение составит примерно 3,1 раза. То есть нейтроны, находящиеся в сосуде активной зоны будут в 3,1 раза чаще проходить через эмиттер, чем улетать из активной зоны через её цилиндрическую поверхность.

Если обеспечить достаточное по величине макроскопическое сечение (об этом ниже), т. е. обеспечить захват всех нейтронов влетевших в пластины эмиттера, то вылетать за пределы активной зоны будет только один из 4-х нейтронов, т.е 25%. Нам же достаточно, согласно (1), чтобы в единицу времени только 37 нейтронов поколения из 100 захватывались с делением, а 63 покидали активную зону. А ведь есть ещё отражатель с 80% альбедо. Таким образом следует, что есть возможность обеспечения критичности реакции в предложенной конструкции активной зоны с общим объёмом делящегося вещества в 1-ин см³ .    

Если мы проделаем все выше указанные расчёты для 2-х см³ делящегося вещества, то получим отношение площади всех пластин эмиттера (при этом считаем площадь с 2-х сторон) к площади поверхности цилиндра активной зоны равным 3,9 раза. Т.е. условия для создания критичности улучшаются. Но при этом возрастают размеры активной зоны, возрастает диаметр пластин эмиттера, что усложняет технологию их изготовления и надёжность в эксплуатации. Учитывая, что при увеличении объёма делящегося вещества в два раза соотношение площадей, а следовательно и процент утечки нейтронов увеличились незначительно, то представляется лучшим заботится о миниатюризации активной зоны для предлагаемой конструкции.

Рассмотрим технические возможности по достижению требуемых мегаваттных мощностей реактора в условиях минимальной массы делящегося вещества в активной зоне. Для этого необходимо обеспечить соответствующую интенсивность реакций деления в активной зоне (число актов деления в единицу времени). А в условиях малого количества делящегося вещества для этого наряду с обеспечением критичности, необходимо обеспечить требуемую величину макроскопического сечения и интенсивную перезагрузку активной зоны.

“Мощность ядерного реактора в 1 Мвт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3‧1016  актов деления в 1 сек”. [12, стр.920].

“... количество энергии, выделяемой при делении 1 гр делящегося вещества, приблизительно составляет 1 мгвт-день и что 1 вт соответствует 3,2 · 1010 делений в 1 сек.  [2, стр. 19].

Скорость реакции в единице объёма зависит от микроскопического сечения, от концентрации ядер делящегося вещества, скорости и концентрации нейтронов, геометрии активной зоны. В [2, стр. 33] приводится для случая тонкого листа мишени из делящегося вещества (как у нас), на который падает перпендикулярно пучок нейтронов, следующая зависимость для единицы площади мишени.

Этим мы учли конструктивные (геометрические) особенности предлагаемой активной зоны. (4) позволяет нам оценить число реакций деления в секунду в активной зоне нашего реактора. В формуле (4) величины: микроскопическое сечение реакции деления, число ядер деления в 1 см³, скорость нейтронов (у нас быстрые нейтроны) величины постоянные, мы влиять на них не можем. Мы можем изменять только концентрацию нейтронов в вакуумных полостях активной зоны вокруг пластин из делящегося вещества. Напомним, что наша активная зона представляет собой сосуд содержащий быстрые нейтроны, в который помещены микронной толщины пластины плутония. Но прежде чем оценивать необходимую величину концентрации нейтронов проанализируем факторы влияющие на величину макроскопического сечения делящегося вещества в условиях нашей активной зоны пока без регулирования концентрации нейтронов в вакуумных полостях активной зоны. Величина - микроскопическое сечение реакции деления для быстрых нейтронов мала в сравнении с тепловыми нейтронами. Сечение теплового нейтрона составляет примерно 600 барн, сечение быстрых нейтронов примерно 10 барн. [2, стр. 134]. Следовательно для достижения того же макроскопического сечения, что и при тепловых нейтронах, концентрация быстрых нейтронов должна быть в 60 раз выше. Теперь учтём скорость нейтронов в (3) и (4), которая также влияет на интенсивность реакции деления. Ниже приведена таблица энергетической классификации быстрых и медленных нейтронов. Таблица взята из [12, стр. 455].

Из таблицы следует, что скорость быстрых нейтронов в 7000 раз выше скорости тепловых нейтронов и следовательно быстрые нейтроны в 7000 раз чаще будут пересекать при своём хаотическом движении пластины делящегося вещества чем тепловые. Необходимо отметить, что нейтроны в условиях нашей конструкции будут пересекать пластины с двух сторон, что вдвое уменьшает требуемую концентрацию нейтронов. Как видим макроскопическое сечение быстрых нейтронов в условиях предлагаемой активной зоны на два порядка выше макроскопического сечения на медленных нейтронах.

     Оценим из (4) концентрацию нейтронов в вакуумных полостях активной зоны для обеспечения требуемой интенсивности реакции деления. Оценку произведём для мощности реактора в 1Мвт. Мощность ядерного реактора в 1Мвт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3‧1016  актов деления в 1 сек. [12, стр. 920].

Из (4) находим концентрацию нейтронов в вакуумных зонах активной зоны.

В зависимости (2) авторы [2] приняли поток нейтронов движущийся перпендикулярно поверхности. У нас нейтроны в полостях перед поверхностью движутся хаотически, поэтому перпендикулярно поверхности будет двигаться 1/6 часть частиц. Учитывая, что нейтроны движутся через плёнку с двух сторон, то в общей сложности 1/3 нейтронов будет двигаться перпендикулярно плёнке. Следовательно концентрацию нейтронов из (5) необходимо увеличить в три раза. Тем не менее величина концентрации останется того же порядка.

Для оценки величины концентрации нейтронов в вакуумных зонах активной зоны сравним её с числом Лошмидта, оценивающего концентрацию молекул газа при нормальных условиях. Число Лошмидта равно происходит 2.7‧1019  штук в кубическом сантиметре. Как видим требуемая концентрация нейтронов представляет собой глубокий вакуум.        

Необходимо отметить и такой факт: “Время жизни одного поколения нейтронов лежит в пределах 10-4 ÷ 10-5 сек для медленных реакций и 10-7 ÷ 10-8 сек для быстрых”. [10, стр. 525]. “Нейтроны устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободный нейтрон - нестабильная частица, распадающаяся по схеме бета - распада. Среднее время жизни нейтрона τ≈15,3мин.”. [22, стр. 451]. Время жизни свободного нейтрона в вакуумных полостях нашей активной зоны на много порядков больше времени жизни поколения нейтронов. Это способствует устойчивости протекания реакции деления и возможности её регулирования. Для запуска реакции деления применяется внешний источник нейтронов (поз. 7, Рис. 4).

Обеспечение заданной мощности и соответственно интенсивности реакций деления в активной зоне, в условиях малого количества делящегося вещества, наряду с обеспечением критичности необходимо обеспечить и интенсивную перезагрузку активной зоны (замену выгоревших плутониевых плёнок). Сделаем численные оценки. В предлагаемой активной зоне находится 0,49‧1023  ядер плутония. Скорость выгорания соответствующая мощности 1Мвт  равна 3‧1016 актов деления в 1 сек. Разделив эти числа получим, что время полного выгорания составит 3‧1016  сек или примерно 18 суток. Даже если достичь выгорания только 20% и тогда перезарядку необходимо производить примерно раз в 3-е суток. В сравнении с существующей практикой перезарядку необходимо производить часто, что потребует конвейерных схем перезарядки, особенно при больших мощностях.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Бартоломей Г.Г. и др. (под ред. Батя Г.А.). Основы теории и методы расчёта ядерных энергетических реакторов. – М.: “Энергоатомиздат”, 1982г., 511с.

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

3. Емельянов А.А., Емельянова Е.А., Сериков И.О. О катодном инициировании пробоя в вакууме. // Письма в ЖТФ, 2004г., том 30, вып.11.  

4. 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

5. 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

6. Косарев А.В. Термодинамика в процессах  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=7553

7. Косарев А.В. ТЭП новой архитектуры для альтернативной энергетики. // Атомная стратегия. - С-Пб.: Из-во “ЗАО ОВИЗО”, 2018г.  Режим доступа:

     http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7920

8. Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. – М.: “Энергоатомиздат”, 1985г., 352с.

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

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

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

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

 

P.S. Жду от оппонентов новой порции конструктивной плодотворной критики. Только пожалуйста без желчи, отличающей некоторых авторов. Если можно.

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомная наука
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атомная наука:
Интуиция в законе

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 3.66
Ответов: 6


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 24 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 12/04/2019
Считали ли Вы КПД аппарата, то есть какая часть энергии ядерного распада превратится в электрическую энергию? По моим оценкам КПД не превысит 0.001% , то есть только одна стотысячная часть энергии распада ядра превращается в электроэнергию.


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 12/04/2019
Молодца, профвессор!Размерность плотности потока нейтронов в штуках на куб. см.Успехов.


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 12/04/2019
В штуках на куб. см - концентрация нейтронов, читайте внимательнее!


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 12/04/2019
Уважаемый  А.В.Косарев! Не сомневаюсь в ваших глубоких познаниях по Вашему прямому профилю. Совет Вам -Занимайтесь своей областью, где Вы можете выглядеть достойно. Мне где-то даже импонирует Ваше стремление сказать новое слово в неведомой Вам области - физике реакторов. Но вышеизложенное ( извините, очень не хотелось бы Вас обижать) дремучее невежество. Невежество с претензией.  Вряд ли тут будут серьезные комментарии. Студенты посмеются. А специалист не станет терять время на комментарии бреда. Я же пишу исключительно из любви к ....Оренбургу. И был бы готов оренбуржцу помочь. Статья - сплошные перлы, но главный и ключевой вот этот "обеспечение критичности активной зоны с массой делящегося вещества (уран-235, уран-233, плутоний) в 10 - 50 грамм". При этом Вы эту возможность еще пытаетесь обосновать. Ссылки идут на уважаемую литературу (Бартоломей, Вейнберг, Климов А.Н.(кстати Климов - мой учитель), но Вы учебный материал не поняли и цитируете не впопад. Если хотите всерьез разобраться, то начните с элементарного - раздела о К_бесконечном и формуле четырех сомножителей. Разберитесь с вероятностью деления и поглощения ,  характеризуемые  макросечениями,усредненными по всей активной зоне (важно их отношение).  Далее почитайте о том как считают критические размеры (хотя бы в диффузионном приближении, но более строго в возрастном), там даны простенькие формулы для определения крит. размеров (крит массы). И тогда Вы возможно поймете почему даже для идеального отражателя с нейтронным альбедо, равным 1, крит радиус металлического плутония 239 около 5-7 см а масса около 10 кг.  Сделать меньше принципиально невозможно. Наличие конструкционных материалов многократно увеличивает размеры и массу. А в целом, даже не касаясь вопросов физики реакторов, в которых Вы полный дилетант, Ваш подход, связанный с идеей сбора положительных осколков деления, принципиально неверен и, извините, неграмотен.  Вам тут выше человек совершенно верно сказал, что если бы даже такую систему можно было бы создать, КПД микроскопическое.  Подумайте почему. Подскажу - Вы предлагаете собирать заряд (200 на деление), а практически вся энергия деления  (100 МэВ) пропадет впустую, теряясь на ионизацию. 


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 16/04/2019
Ответ Косарева А.В. на пост №4 от 12.04.19 Уважаемый земляк ВП, я же просил без желчи, если можно. Видимо нельзя и это печально. Желчность плохо характеризует человека, говорит о его реальной результативности и удовлетворённости при подведении итогов прожитого. Я по обычаю не вступаю в полемики на Интернет площадках. Та атмосфера, которая там царит не имеет ничего общего с творчеством. Ну о чём серьёзном можно говорить с человеком, который боится назвать своё имя будучи не уверенным в своих знаниях? Вам я решил ответить, так как Вы какой никакой земляк ВП, да ещё самый активный мой критик, изначально само утвердивший себя на ядерном олимпе. Неужели Вы в самом деле сомневаетесь в том, что если в сосуд плотного нейтронного газа поместить одно единственное ядро плутония, то оно практически мгновенно (в сравнении с длительностью жизни нейтрона в свободном состоянии) испытает деление с выделением нейтронов второго поколения? Вы что не слышали о броуновском движении, если Вас волнует макроскопическое сечение и вероятности? В одном из критических высказываний, Вы о себе сказали как о специалисте по нейтронной физике. Видимо погорячились. Теперь о КПД в 0,001%, который оценил некто (или никто). Вы же сами пишете, что из 200 Мэв 100 "пропадает впустую, теряясь на ионизацию". Но 100 от 200 это 50%. Однако я даже не об этом. Вы так и не поняли, что ионизации в вакууме не происходит. Насчёт того, что "студенты посмеются". Это нормально, студенты народ весёлый. Правда не всегда все смеются на исходе жизни. Многие давятся желчью. Надеюсь у Климова были и достойные ученики.


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 16/04/2019
"Я по обычаю не вступаю в полемики на Интернет площадках. Та атмосфера, которая там царит не имеет ничего общего с творчеством" - Ну, конечно, куда тут нам до таких "творческих" людей, которые не опускаются до споров с какими-то там "плебеями" от науки. А зачем тогда что-то публиковать на этом сайте?


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 16/04/2019
Граждане, да разве позволительно с ним спорить, что вы. Он же крупнейший специалист-многостаночник, в местном ВАКе закрывает все что можно, по всем наукам.


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 16/04/2019
По всей вероятности, слава Росси не дает никому покоя. Ну тот хоть что-то сварганил, может навесил лапшу на уши, а может нет, но какую-то установку сделал. Что мешает автору статьи создать у себя прототип своей установки - и все будет ясно. Теоретиков полно - но создают они ...но, в основном. Но надо же себя хоть на этом пропиарить.


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 18/04/2019
от Косарева А.В.А с чего Вы вдруг решили, что это сайт для плебеев от науки и термоэмиссии желчи?


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 18/04/2019
"от Косарева А.В.А с чего Вы вдруг решили, что это сайт для плебеев от науки и термоэмиссии желчи?" - этот сайт для всех, кто сюда зайдет. Это вам не ваш "местный ВАК".


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 16/04/2019
Косареву А.В.Вы меня огорчили. Не столько своим дремучим невежеством сколько своим хамством. Впрочем, видимо это  ваш стиль,  вы его демонстрировали и раньше. Что касается моей якобы “желчи”, которая вас так возбудила, то желчи не было. Я указал вам какие разделы основ физики реакторов следует прочитать, прежде чем изобретать новый реактор (который, кстати, противоречит известной нам физике и представляет собой самый настоящий бред). У меня же намерения были самые дружелюбные. Как редкому оренбуржцу, интересующемуся физикой реактора, собирался направить вам свою книгу по физике реакторов. А также подарить свою, родившуюся много лет назад, идею эффективного преобразования энергии деления в электрическую (технология, правда, крайне сложная в реализации), лежащую, в общем, в русле того, что вы пишите. А ваша идея преобразования энергии деления в электрическую путем сбора положительно заряженных осколков – безграмотная ЧЕПУХА.    Какой можно получить КПД? Т.е. какую долю энергии от энергии деления ядра можно получить. И это вопрос не ядерной и не реакторной физики. Это основы элементарной физики, не знать которые стыдно и позорно школьнику, а не то что доктору наук. Неловко как то это объяснять человеку со средним образованием, а тут, целому доктору …. Но все же объясню. Итак. Пусть разделилось ядро U235. Появилось в среднем два осколка с суммарным количеством протонов Np=92 (округлим до 100). Т.е. предельный суммарный заряд, который можно собрать, – Np=100 (в единицах заряда электрона). Рассмотрим фантастический случай – придумана установка, которая способна весь заряд собирать на один электрод (в действительности, даже при микронной толщине эмиттера можно собрать не более 1-10% от свободного заряда). Максимальная разность потенциалов между электродами – U=10 В. (В термоэмиссионных установках обычно не больше– 5-6 В). Какую максимальную энергию в этом случае можно утилизировать? Очевидно: Ep=Np*U=100*10=10^3 эВ. В делении выделяется около– Ef~100 МэВ (10^8 эВ). КПД сами сможете посчитать? Помогу -КПД=Ep/Ef=10^3 /  10^8= 10^(-5)=10^(-3)%.  А куда девается остальная энергия деления (осколков)?- Поглощается (в конечном счете, переходит в тепло) в твэле или электроде (не в вакууме, как вам показалось. –Все вам надо разжевывать). Теперь вы понимаете всю глупость своего замысла? Хотя, судя по вашим предыдущим постам, вряд ли. Вы тут с “профессиональной иронией” и ехидно спрашиваете – знаю ли я что такое броуновское движение? Отвечаю – считайте, что не знаю. Процесс броуновского движения не учитывается в физике реакторов. Если вы спросите любого реакторщика – как он учитывает броуновское движение – получите в ответ смех или недоумение. Здесь вынужден объяснить доктору - Энергия теплового движения (броуновского) около 0.01 эВ. Нейтронов с такими энергиями в незамедляющей среде не бывает. Даже в тепловом реакторе их практически нет. Энергия тепловых нейтронов – 0.025 эВ. Ниже по энергии– это холодные нейтроны, которые получают только на специальных установках. По критическим размерам и крит массе. Критический реактор с массой ядерного топлива 10-50 грамм – чудовищная глупость. Вам указали выше минимальную массу плутония зафиксированную в правилах безопасности (ПБЯ)-~400 U5, 250 г Pu9. Но даже эта величина, на мой взгляд, сильно занижена по понятным причинам и определена не потому что эта масса может быть критической. А вы говорите о смехотворной массе реактора -10-50 г урана (плутония). И наконец, о “исходе жизни”. Все мы смертные. У кого-то “исход” от старости, у кого-то от “пьянства или от простуд”, но есть те, редкие, у кого от глупости, хамства и наглости.  Есть оказывается такие даже в моем родном Оренбурге.


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 26/07/2021
Общаться надо обезличенно. Ядерная физика не моя специализация, но я физик. И так, сечения в ядерной физике очень важны, как и вероятности захвата - это основа описания взаимодействия частиц.
Также замечу что у вас ошибки и в численном исполнении. Существенные. Например 3*10^16 секунд не 18 суток, а на десять порядков (!) больше.


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 14/04/2019
Тут надо начинать с внесения поправок в ПБЯ. Как минимум в 6 раз нужно снижать  минимальную массу в300г.Обратитес в ояб фэи.Срочно. 


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 15/04/2019
Можно не обращаться в ОЯБ ФЭИ, а просто посмотреть в нормативные документы. ПБЯ-06-09-2016:п.6.2.2. Безопасная масса металлического плутония минимальная 2.5 кг, урана - 10.4 кг. п.6.5.2. Безопасная масса растворов актиноидных нуклидов: уран-235 - 374 г. плутоний-239 - 242 г. плутоний-241 - 140 г. Есть правда экзотика типа кюрия - 245 или калифорния-249 и 251 с безопасной массой несколько грамм, но это, как говорится, совсем другая история.. 


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 16/04/2019
Вдруг там типа лазерная подсветка будет. Для инициации СЦР. 
Вообще - периодически сайт радует. То книжку опубликуют о трансмутации в рыбах, то вот новое прочтение Бартоломея-Батя-Байбакова-Алхутова...


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 18/04/2019
Мощно  и убедительно здесь макнули "доктора" и “изобретателя”. Г-н Косарев показал свое полное непонимание и незнание самой элементарной физики, уже не говорю о ядерной и реакторной.  А если при этом еще вспомнить, что в своих предыдущих опусах он убеждал нас, что законы сохранения энергии-импульса в термодинамических системах не выполняются, то  его уровень становится особенно понятным. Вот такие у нас теперь доктора наук и профессора (он еще и студентов обучает!). Это наша общая беда.


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 19/04/2019
"Вот такие у нас теперь доктора наук и профессора (он еще и студентов обучает!). Это наша общая беда."Не совсем с вами согласен. Основная беда даже не в том, что в стране появилось много докторов наук, имеющих очень сомнительный научный уровень (часто просто откровенных жуликов и шарлатанов), а в том, что они, эти доктора, умудряются занимать ведущие позиции в научных организациях и на предприятиях.  Т.е. руководству самому не хватает знаний и научного уровня чтобы понять кто перед ними - ученый или шарлатан. А причина невысокого уровня руководителей простая - за последние 20-25 лет внедрялась какая-то странная и в корне ошибочная стратегия выдвижения в руководство НИИ (и др. предприятий) не ученых и специалистов, а менеджеров. 


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 19/04/2019
КПД любой АЭС, т.е. эффективность преобразования энергии деления в электрическую,  не ниже 30%. “Доктор” предлагает построить АЭС с КПД равным 0.001%, т.е. практически нулевым. Автор, поясните, пожалуйста, в чем все же состоит глубокий смысл вашего “изобретения”, учитывая, что электроэнергию оно почти не производит.


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 20/04/2019
Косарев А.В. - ответ оппонентам: 1. "Мощно  и убедительно здесь макнули "доктора" и “изобретателя”. Г-н Косарев показал свое полное непонимание и незнание самой элементарной физики, уже не говорю о ядерной и реакторной.  А если при этом еще вспомнить, что в своих предыдущих опусах он убеждал нас, что законы сохранения энергии-импульса в термодинамических системах не выполняются, то  его уровень становится особенно понятным. Вот такие у нас теперь доктора наук и профессора (он еще и студентов обучает!). Это наша общая беда".
Да, макнули мощно. По части макать Вам не откажешь, этого у Вас много. Вот на счёт убедительности сложнее. Не моли бы Вы представить ссылку из моих предыдущих опусов, где я убеждал Вас, что законы сохранения энергии-импульса в термодинамических системах не выполняются. Вы или врунишка или не способны воспринимать написанное. Но это уже не общая беда.     2. "КПД любой АЭС, т.е. эффективность преобразования энергии деления в электрическую, не ниже 30%. “Доктор” предлагает построить АЭС с КПД равным 0.001%, т.е. практически нулевым. Автор, поясните, пожалуйста, в чем все же состоит глубокий смысл вашего “изобретения”, учитывая, что электроэнергию оно почти не производит".   Вы сами оценивали КПД или ссылаетесь на оценку земляка_ВП? Вот здесь уже мне неудобно за земляка. Вы только вчитайтесь и вдумайтесь, что он пишет. Он начинает с того, что вылетает осколок с зарядом 92 (протона). Напомним, что энергия осколка 80 Мэв. Для преобразования этой кинетической энергии в потенциальную энергию электрического поля необходимо напряжение примерно два миллиона вольт. Наш уважаемый оппонент вдруг делает удивительную подмену. Заменяет протоны ядра-осколка с энергией 80 Мэв на облако из 92-х электронов эмиссии с поверхности нагретого проводника, с естественным для этого процесса перепадом напряжений порядка 10 вольт. Откуда в реакциях ядерного деления термоэмиссия? Термоэмиссия это выход электронов проводимости из хвоста распределения Ферми за пределы проводника. И для этого нужна действительно ничтожная энергия. Но энергии ядерных реакций это немного другое. Время улыбнуться студентам. Налицо подмена научной методологии на методы картёжного щулерства. Правда простаки находятся как видим.   3. Ну а анализировать процессы ядерной физики на основе правил безопасности совсем потрясающий путь в ядерную физику. И где такому учат? Похоже есть профессора похлеще меня.   Рискую быть вновь обильно намаканным носителями этого добра, однако питаю надежду, что хоть на короткое время сайт будет чистым, по причине чрезмерной  термоэмиссии реагента. Хотя возможно здесь я как раз ошибаюсь.


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 20/04/2019
"однако питаю надежду, что хоть на короткое время сайт будет чистым" - опять "профессор" за старое. Очень сильно блюдет о чистоте. А кто так делает? - Обычно, кто сам не чист. Жалко студентов, хотя, с другой стороны, им в настоящее время "все до фонаря"


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 21/04/2019
Какая толщина коллектора?


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 22/04/2019
Перл доктора №1.  “Броуновское движение нейтронов” в реакторе. Для любого человека, знакомыми с самыми основами ядерной физики и физики реакторов, фраза представляет собой очень смешной анекдот. Прочитав фразу, большинство специалистов на этом закончило бы дискуссию с человеком, имеющего подобный уровень знания физики (общей,ядерной, нейтронной). Но мы на форуме находимся не для того, чтобы посмеяться, а для того чтобы увидеть рациональное зерно высказываемых идей и помочь их автору понять правильность и реалистичность. К сожалению, автор своими невежественными ответами, вкупе с гонором, грубостью и агрессией, демонстрирует отсутствие интереса к любому отрицательному мнению. Нахрапистость, гонор и грубость как компенсация недостатка профессионализма, может сработать в кругу таких же “профессионалов” и  может даже дать неплохие результаты в виде степени и звания. Но здесь, на форуме специалистов, такие дилетанты видны с первых же их строк. Второй перл.   Доктор не может сформулировать кратко, четко и внятно суть и принцип предлагаемого устройства. Вместо четкого изложения концепции он углубляется в какие-то детали, которые ему кажутся важными. Если принцип “изобретения” автора состоит в накоплении на электроде положительного заряда осколков, в результате их эмиссии (не термоэмиссии(!). Высказывающие здесь свое мнение оппоненты термоэмиссию даже и не упоминают, автор единственный, кто говорит про термоэмиссию электронов. Далась ему эта термоэмиссия электронов.) в результате действия кулоновских сил после деления (именно так поняли почти все, прочитавшие статью, то КПД равен 0.001% . Это без вопросов. Если же  автором предлагается несколько иной принцип - переводить кинетическую энергию осколка деления (83-85 МэВ) в потенциальную энергию электрического поля между твэлом и собирающим электродом, то для этого необходимо подвести  к электродам напряжение около миллиона Вольт. Или же сгенерировать такую разность потенциалов (1000 кВ) путем накопления на электроде заряда протонов от осколков. Идея плохая. Автор не представляет себе, что такое напряжение 1000 кВ. Это молния в атмосфере. Или напряжение  на линии ЛЭП (со всеми гирляндами изоляторов), идущей от эл. станций ( 1150 кВ). Или надо строить генератор Ван-де-Граафа. И эти 1000 кВ автор хочет подвести к электродам своего устройства. Заметим, характерные размеры системы из излучающих (твэлы) и собирающих электродов –миллиметры, сантиметры. Т.е. 1000 кВ на таких электродах – нельзя, это безумие и глупость. Скорее всего нельзя даже 1000 В.  Возможное напряжение на электродах в этом случае не выше или около 100 В . А поскольку КПД линейно зависит от напряжения на электродах, то КПД будет не 0.001%(при U=10В), а около 0.01%. Это что, меняет дело? И третий перл. Автор –“анализировать процессы ядерной физики на основе правил безопасности совсем потрясающий путь в ядерную физику. И где такому учат? Похоже есть профессора похлеще меня.” - Вряд ли. Но терпеливо профессору объясняю. Правила безопасности – это концентрированное отражение самых надежных и бесспорных результатов ядерной физики. А учат этому в институтах, соответствующие курсы общей, ядерной и реакторной физики. Очень рекомендую почитать. Безопасная масса делящихся нуклидов, регламентированная ПБЯ означает, что образцы U5 или Pu9 с массами меньшими регламентированных, ни при каких разумных условиях (любых конфигураций и с самыми фантастическими и идеальными отражателями) не могут быть критическими. Т.е. критичность таких систем в принципе невозможна и противоречит законам природы.  Более того, значения минимальных масс (ПБЯ) в несколько раз занижены по сравнению с крит. массами шаровых металлических образцов  из соответствующих нуклидов : для U5     М (ПБЯ) =10.4 кг, а Мкрит ~ 50 кг, для Pu9 М (ПБЯ) =2.5 кг, Мкрит около 10 кг. А 10-50 г

Прочитать остальные комментарии...


[ Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 24/02/2020
Любая идея проверяется экспериментальной установкой. теория без практики мертва. В ядерной физике иногда эксперимент опережал и всегда проверял теорию. И краткость сестра таланта. В данном случае краткости нет-далее логический вывод.  


[
Ответить на это ]


Re: Прямое преобразоване энергии ядерного деления в электричество (Всего: 0)
от Гость на 22/04/2019
Откуда возьмутся нейтроны в "сосуде плотного нейтронного газа" (куда автор собирается поместить "одно единственное ядро плутония" для инициации СЦР)?Про критическую массу автор так и не объяснил, м.б. пояснит про безопасные параметры (толщина)?
 


[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.16 секунды
Рейтинг@Mail.ru