เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก ตัวสร้างอะตอม: เครื่องปฏิกรณ์บนโต๊ะ มีอะไรอยู่ในอก

เมื่อเร็ว ๆ นี้แนวคิดของแหล่งจ่ายไฟอัตโนมัติได้รับแรงผลักดัน ไม่ว่าจะเป็นบ้านในชนบทที่มีกังหันลมและแผงโซลาร์เซลล์อยู่บนหลังคาหรือโรงงานไม้ที่มีหม้อต้มน้ำร้อนที่ทำงานบนขยะอุตสาหกรรม - ขี้เลื่อยสาระสำคัญไม่เปลี่ยนแปลง โลกกำลังค่อยๆมาถึงจุดที่ถึงเวลาที่ต้องละทิ้งแหล่งจ่ายความร้อนและไฟฟ้าจากส่วนกลาง เครื่องทำความร้อนส่วนกลางแทบไม่เคยพบในยุโรป บ้านแต่ละหลัง, ตึกสูงระฟ้าและ สถานประกอบการอุตสาหกรรม ได้รับความร้อนอย่างอิสระ มีข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือบางเมืองในประเทศทางตอนเหนือ - มีเครื่องทำความร้อนแบบรวมศูนย์และบ้านหม้อไอน้ำขนาดใหญ่เป็นไปตามสภาพภูมิอากาศ

สำหรับอุตสาหกรรมไฟฟ้าอิสระทุกอย่างก็มุ่งไปสู่สิ่งนี้ - ประชากรกำลังซื้อกังหันลมและแผงโซลาร์เซลล์อย่างกระตือรือร้น บริษัท ต่างๆกำลังมองหาวิธีการใช้พลังงานความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจาก กระบวนการทางเทคโนโลยีสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนของตนเองและซื้อแผงโซลาร์เซลล์พร้อมกังหันลม ผู้ที่ให้ความสำคัญกับเทคโนโลยี "สีเขียว" เป็นพิเศษถึงกับวางแผนที่จะปิดหลังคาห้องโถงโรงงานและโรงเก็บเครื่องบินด้วยแผงโซลาร์เซลล์

ในท้ายที่สุดมันจะถูกกว่าการซื้อความจุไฟฟ้าที่ต้องการจากกริดไฟฟ้าในพื้นที่ อย่างไรก็ตามหลังจากเกิดอุบัติเหตุเชอร์โนบิลทุกคนก็ลืมไปว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่สุดราคาถูกที่สุดและ วิธีที่ไม่แพง การรับพลังงานความร้อนและไฟฟ้ายังคงเป็นพลังงานของอะตอม และหากตลอดการดำรงอยู่ของอุตสาหกรรมนิวเคลียร์โรงไฟฟ้าที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มักเกี่ยวข้องกับคอมเพล็กซ์ต่อพื้นที่เฮกตาร์ท่อขนาดใหญ่และทะเลสาบเพื่อระบายความร้อนดังนั้นการพัฒนาหลายอย่างในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้รับการออกแบบมาเพื่อทำลายแบบแผนเหล่านี้

บริษัท หลายแห่งประกาศพร้อมกันว่าพวกเขากำลังเข้าสู่ตลาดด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ "บ้าน" สถานีขนาดเล็กที่มีขนาดตั้งแต่กล่องโรงรถไปจนถึงอาคารสองชั้นขนาดเล็กพร้อมที่จะจัดหาตั้งแต่ 10 ถึง 100 เมกะวัตต์ในระยะเวลา 10 ปีโดยไม่ต้องเติมน้ำมัน เครื่องปฏิกรณ์เป็นเครื่องปฏิกรณ์อัตโนมัติปลอดภัยไม่ต้องบำรุงรักษาและเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้จะได้รับการชาร์จใหม่อีก 10 ปี ไม่ใช่ความฝันสำหรับโรงงานเหล็กหรือผู้อยู่อาศัยในช่วงฤดูร้อนทางเศรษฐกิจ? ลองพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมซึ่งการขายจะเริ่มในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

Toshiba 4S (ปลอดภัยสุดเล็กและเรียบง่าย)

เครื่องปฏิกรณ์ได้รับการออกแบบให้เป็นแบตเตอรี่ มีการสันนิษฐานว่า "แบตเตอรี่" ดังกล่าวจะถูกฝังอยู่ในเหมืองลึก 30 เมตรและอาคารด้านบนวัดได้ 22 16 11 เมตร. ไม่มากไปกว่าบ้านในชนบทที่ดี? โรงงานดังกล่าวจะต้องมีพนักงานซ่อมบำรุง แต่ก็ยังเทียบไม่ได้กับพื้นที่หลายหมื่นตารางเมตรและคนงานหลายร้อยคนในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบดั้งเดิม กำลังการผลิตเล็กน้อยของคอมเพล็กซ์คือ 10 เมกะวัตต์เป็นเวลา 30 ปีโดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง

เครื่องปฏิกรณ์ทำงานบนนิวตรอนเร็ว เครื่องปฏิกรณ์ที่คล้ายกันได้รับการติดตั้งและดำเนินการมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2523 ที่ Beloyarsk NPP ในเขต Sverdlovsk ของรัสเซีย (เครื่องปฏิกรณ์ BN-600) มีการอธิบายหลักการดำเนินงาน ในการติดตั้งของญี่ปุ่นจะใช้โซเดียมละลายเป็นสารหล่อเย็น สิ่งนี้ช่วยให้การทำงานสามารถเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ได้ 200 องศาเซลเซียสเมื่อเทียบกับน้ำและที่ความดันปกติ การใช้น้ำในปริมาณนี้จะก่อให้เกิดแรงดันในระบบหลายร้อยเท่า

ที่สำคัญที่สุดคือต้นทุนในการสร้าง 1 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงสำหรับการติดตั้งนี้คาดว่าจะอยู่ระหว่าง 5 ถึง 13 เซนต์ การแพร่กระจายเกิดจากลักษณะเฉพาะของการจัดเก็บภาษีของประเทศต้นทุนที่แตกต่างกันในการแปรรูปกากนิวเคลียร์และค่าใช้จ่ายในการรื้อถอนโรงงาน

ลูกค้ารายแรกสำหรับ "แบตเตอรี่" จาก Toshiba น่าจะเป็นเมืองเล็ก ๆ ของ Galena รัฐ Alaska ในสหรัฐอเมริกา ขณะนี้เอกสารการอนุมัติอยู่ระหว่างการเจรจากับหน่วยงานรัฐบาลสหรัฐฯ หุ้นส่วนของ บริษัท ในสหรัฐอเมริกาคือ บริษัท Westinghouse ที่มีชื่อเสียงซึ่งเป็นครั้งแรกที่จัดหาชุดเชื้อเพลิงให้กับ NPP ของยูเครนแทน TVEL ของรัสเซีย

Hyperion Power Generation และ Hyperion Reactor

คนอเมริกันเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นกลุ่มแรกที่เข้าสู่ตลาดการค้าสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก บริษัท เสนอการติดตั้งตั้งแต่ 70 ถึง 25 เมกะวัตต์ในราคาประมาณ 25-30 ล้านเหรียญต่อหน่วย โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไฮเปอเรียนสามารถใช้สำหรับผลิตไฟฟ้าและให้ความร้อน เมื่อต้นปี 2553 ได้รับคำสั่งซื้อมากกว่า 100 รายการที่สถานีที่มีกำลังการผลิตต่างๆทั้งจากบุคคลทั่วไปและจาก บริษัท ของรัฐ มีการวางแผนที่จะย้ายการผลิตโมดูลสำเร็จรูปไปนอกสหรัฐอเมริกาสร้างโรงงานในเอเชียและยุโรปตะวันตก

เครื่องปฏิกรณ์ทำงานบนหลักการเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อ่าน . หลักการทำงานที่ใกล้เคียงที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์รัสเซียที่พบมากที่สุดของ VVER และ โรงไฟฟ้าใช้กับเรือดำน้ำนิวเคลียร์ของโครงการ 705 "Lira" (NATO - "Alfa") เครื่องปฏิกรณ์อเมริกันเป็นเครื่องปฏิกรณ์รุ่นที่ใช้บนบกซึ่งติดตั้งบนเรือดำน้ำนิวเคลียร์ที่ระบุโดยวิธีนี้เป็นเรือดำน้ำที่เร็วที่สุดในเวลานั้น

ยูเรเนียมไนไตรด์ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงซึ่งมีการนำความร้อนสูงกว่าเมื่อเทียบกับเซรามิกยูเรเนียมออกไซด์ซึ่งเป็นแบบดั้งเดิมสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ VVER ทำให้สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิ 250-300 องศาเซลเซียสสูงกว่าการติดตั้งระบบน้ำซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทุกอย่างเป็นเรื่องง่ายที่นี่ - อุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์ที่สูงขึ้นอุณหภูมิของไอน้ำก็จะสูงขึ้นและส่งผลให้ประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำสูงขึ้น

ตะกั่ว - บิสมัทหลอมใช้เป็น "ของเหลว" ระบายความร้อนคล้ายกับเรือดำน้ำนิวเคลียร์ของโซเวียต การหลอมจะผ่านวงจรแลกเปลี่ยนความร้อนสามวงจรลดอุณหภูมิจาก 500 องศาเซลเซียสเป็น 480 ของเหลวที่ใช้งานได้สำหรับกังหันสามารถเป็นได้ทั้งไอน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ร้อนยวดยิ่ง

หน่วยที่มีเชื้อเพลิงและระบบระบายความร้อนมีน้ำหนักเพียง 20 ตันและได้รับการออกแบบมาเพื่อการใช้งาน 10 ปีที่กำลังไฟ 70 เมกะวัตต์โดยไม่ต้องเติมเชื้อเพลิง ขนาดจิ๋วนั้นน่าประทับใจจริงๆ - เครื่องปฏิกรณ์สูงเพียง 2.5 เมตรและกว้าง 1.5 เมตรเท่านั้น! ทั้งระบบสามารถขนส่งโดยรถบรรทุกหรือ ทางรถไฟซึ่งเป็นเจ้าของสถิติโลกทางการค้าในแง่ของอัตราส่วนกำลังต่อการเคลื่อนที่

เมื่อมาถึงที่เกิดเหตุ "ถัง" พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ถูกฝังไว้อย่างเรียบง่าย การเข้าถึงหรือบริการใด ๆ จะไม่ถือว่าเลย หลังจากหมดอายุ ระยะเวลารับประกัน การประกอบถูกขุดขึ้นและส่งไปยังโรงงานของผู้ผลิตเพื่อเติม ลักษณะเฉพาะของการทำความเย็นด้วยตะกั่ว - บิสมัททำให้ได้เปรียบด้านความปลอดภัยอย่างมาก - ไม่สามารถเกิดความร้อนสูงเกินไปและการระเบิดได้ (ความดันไม่เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น) นอกจากนี้เมื่อเย็นลงโลหะผสมจะแข็งตัวและเครื่องปฏิกรณ์จะเปลี่ยนเป็นแท่งเหล็กหุ้มด้วยตะกั่วหนาซึ่งไม่กลัวความเครียดเชิงกล อย่างไรก็ตามมันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำงานด้วยพลังงานต่ำ (เนื่องจากการแข็งตัวของโลหะผสมทำความเย็นและการปิดเครื่องอัตโนมัติ) นั่นเป็นสาเหตุของการปฏิเสธการใช้การติดตั้งตะกั่ว - บิสมัทเพิ่มเติมในเรือดำน้ำนิวเคลียร์ ด้วยเหตุผลเดียวกันนี่คือเครื่องปฏิกรณ์ที่ปลอดภัยที่สุดที่เคยติดตั้งบนเรือดำน้ำนิวเคลียร์ในทุกประเทศ

เดิมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็กได้รับการพัฒนาโดย Hyperion Power Generation สำหรับความต้องการของอุตสาหกรรมสกัดกล่าวคือสำหรับการเปลี่ยนหินน้ำมันเป็นน้ำมันสังเคราะห์ ปริมาณสำรองโดยประมาณของน้ำมันสังเคราะห์ในหินน้ำมันที่มีไว้สำหรับการแปรรูปโดยเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 2.8. -3.3 ล้านล้านบาร์เรล สำหรับการเปรียบเทียบปริมาณสำรองของน้ำมัน "ของเหลว" ในบ่อประมาณ 1.2 ล้านล้านบาร์เรล อย่างไรก็ตามกระบวนการเปลี่ยนหินดินดานเป็นน้ำมันต้องใช้ความร้อนจากนั้นจึงจับควันซึ่งจะกลั่นตัวเป็นน้ำมันและผลพลอยได้ เป็นที่ชัดเจนว่าในการทำความร้อนคุณต้องใช้พลังงานที่ไหนสักแห่ง ด้วยเหตุนี้การสกัดน้ำมันจากชั้นหินจึงถือว่าไม่มีความเสี่ยงทางเศรษฐกิจเมื่อเทียบกับการนำเข้าจากประเทศในกลุ่มโอเปค ดังนั้น บริษัท จึงมองเห็นอนาคตของผลิตภัณฑ์ใน พื้นที่ต่างๆ ใบสมัคร

ตัวอย่างเช่นเป็นโรงไฟฟ้าเคลื่อนที่สำหรับความต้องการของฐานทัพและสนามบิน นี่คือโอกาสที่น่าสนใจเช่นกัน ดังนั้นในการทำสงครามเคลื่อนที่เมื่อกองกำลังปฏิบัติการจากฐานที่มั่นที่เรียกว่าในบางภูมิภาคสถานีเหล่านี้สามารถป้อนโครงสร้างพื้นฐานของ "ฐานทัพ" ได้ เช่นเดียวกับในกลยุทธ์คอมพิวเตอร์ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือเมื่องานในภูมิภาคเสร็จสมบูรณ์โรงไฟฟ้าจะถูกโหลดเข้าไป พาหนะ (เครื่องบิน, เฮลิคอปเตอร์บรรทุกสินค้า, รถบรรทุก, รถไฟ, เรือ) และนำไปยังสถานที่ใหม่

แอปพลิเคชั่นอื่นในพื้นที่ทางทหารคือแหล่งจ่ายไฟแบบอยู่กับที่ของฐานทัพและสนามบินถาวร ในการโจมตีทางอากาศหรือการโจมตีด้วยขีปนาวุธฐานที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใต้ดินที่ไม่ต้องใช้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษามีแนวโน้มที่จะยังคงใช้งานได้ ในทำนองเดียวกันก็เป็นไปได้ที่จะเลี้ยงกลุ่มวัตถุโครงสร้างพื้นฐานทางสังคม - ระบบจัดหาสำหรับเมืองสิ่งอำนวยความสะดวกด้านการบริหารโรงพยาบาล

การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมและงานโยธา - ระบบจ่ายไฟสำหรับเมืองเล็ก ๆ และหมู่บ้านองค์กรแต่ละแห่งหรือกลุ่มของพวกเขาระบบทำความร้อน ท้ายที่สุดการติดตั้งเหล่านี้ก่อให้เกิดพลังงานความร้อนเป็นหลักและในพื้นที่หนาวเย็นของโลกสามารถสร้างแกนกลางของระบบทำความร้อนจากส่วนกลางได้ บริษัท ยังพิจารณาว่าการใช้โรงไฟฟ้าเคลื่อนที่ดังกล่าวในโรงกลั่นน้ำทะเลในประเทศกำลังพัฒนาจะมีแนวโน้มที่ดี

SSTAR (เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กปิดผนึกขนส่งได้อิสระ)

เครื่องปฏิกรณ์อิสระขนาดเล็กปิดผนึกแบบพกพา - โครงการที่อยู่ระหว่างการพัฒนาที่ Lawrence Livermore National Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกา หลักการทำงานคล้ายกับไฮเปอเรียนคือใช้ยูเรเนียม -235 เป็นเชื้อเพลิงเท่านั้น ควรมีอายุการเก็บรักษา 30 ปีโดยมีกำลังไฟ 10 ถึง 100 เมกะวัตต์

ขนาดควรสูง 15 เมตรกว้าง 3 เมตรโดยเครื่องปฏิกรณ์มีน้ำหนัก 200 ตัน การตั้งค่านี้เริ่มคำนวณเพื่อใช้ในประเทศด้อยพัฒนาภายใต้โครงการเช่าซื้อ ดังนั้น เพิ่มความสนใจ ความเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกชิ้นส่วนโครงสร้างและดึงสิ่งที่มีค่าออกจากโครงสร้างนั้นจะได้รับ สิ่งที่มีค่าคือยูเรเนียม -238 และพลูโตเนียมเกรดอาวุธซึ่งผลิตขึ้นเมื่อวันหมดอายุหมดอายุ

เมื่อสิ้นสุดสัญญาเช่าผู้รับจะต้องส่งคืนหน่วยนี้ไปยังสหรัฐอเมริกา สำหรับฉันเท่านั้นที่ดูเหมือนว่านี่คือพืชเคลื่อนที่สำหรับการผลิตพลูโตเนียมระดับอาวุธเพื่อเงินของคนอื่น? 🙂กล่าวอีกนัยหนึ่งรัฐอเมริกันยังไม่ก้าวหน้าไปกว่านี้ งานวิจัยยังไม่มีแม้แต่ต้นแบบ

สรุปแล้วควรสังเกตว่าในขณะที่ความเป็นจริงมากที่สุดคือการพัฒนาจาก Hyperion และการส่งมอบครั้งแรกมีกำหนดในปี 2014 ฉันคิดว่าเราสามารถคาดหวังได้ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบ "กระเป๋า" จะไม่เหมาะสมมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อองค์กรอื่น ๆ รวมถึง บริษัท ยักษ์ใหญ่เช่น Mitsubishi Heavy Industries กำลังดำเนินการคล้ายกันในการสร้างสถานีที่คล้ายกัน โดยทั่วไปเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กเป็นคำตอบที่คุ้มค่าสำหรับความขุ่นของน้ำขึ้นน้ำลงและเทคโนโลยี "สีเขียว" อื่น ๆ ที่น่าเหลือเชื่อ ดูเหมือนว่าในอนาคตอันใกล้นี้เราจะสามารถสังเกตได้ว่าเทคโนโลยีทางทหารถูกถ่ายโอนไปสู่ราชการพลเรือนอีกครั้งอย่างไร

น่าเสียดายที่ไม่สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กสำหรับความต้องการภายในประเทศได้และนี่คือเหตุผล การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของนิวเคลียสของดาวยูเรนัส -235 (²³⁵U) โดยนิวตรอนความร้อน: n + ²³⁵U→¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + γ (202.5 MeV) + 3n ภาพวาดปฏิกิริยาลูกโซ่ความแตกแยกแสดงอยู่ด้านล่าง

ในรูป จะเห็นได้ว่านิวตรอนที่เข้าสู่นิวเคลียส (²³⁵U) กระตุ้นมันอย่างไรและนิวเคลียสแยกออกเป็นสองส่วน (¹⁴¹Ba, ⁹²Kr) ควอนตัมγที่มีพลังงาน 202.5 MeV และนิวตรอนอิสระ 3 ตัว (โดยเฉลี่ย) ซึ่งจะสามารถแยกนิวเคลียสยูเรเนียม 3 ตัวถัดไปได้ ติดอยู่ในเส้นทางของพวกเขา ดังนั้นในกระบวนการฟิชชันแต่ละครั้งจะมีการปลดปล่อยพลังงานประมาณ 200 MeV หรือ ~ 3 ×10⁻¹¹ J ซึ่งสอดคล้องกับ ~ 80 TerraJ / kg หรือมากกว่า 2.5 ล้านเท่าของถ่านหินที่เผาไหม้ในปริมาณเท่ากัน แต่ตามที่เมอร์ฟีแนะนำเรา:“ ถ้าเกิดปัญหาขึ้นก็จะต้องเกิดขึ้น” และนิวตรอนบางส่วนที่เกิดขึ้นระหว่างฟิชชันจะสูญหายไปในปฏิกิริยาลูกโซ่ นิวตรอนสามารถหลบหนี (กระโดดออก) จากปริมาตรที่ใช้งานอยู่หรือถูกดูดซับโดยสิ่งสกปรก (เช่นคริปทอน) อัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนของรุ่นถัดไปต่อจำนวนนิวตรอนในรุ่นก่อนหน้าในปริมาตรทั้งหมดของตัวกลางของการคูณนิวตรอน (แกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) เรียกว่าปัจจัยการคูณนิวตรอน, k สำหรับ k<1 цепная реакция затухает, т.к. число поглощенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся. При k>1 การระเบิดจะเกิดขึ้นเกือบจะในทันทีเมื่อ k เท่ากับ 1 ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่หยุดนิ่งที่ควบคุมได้จะเกิดขึ้น ปัจจัยการคูณนิวตรอน (k) มีความไวต่อมวลและความบริสุทธิ์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มากที่สุด (²³⁵U) ในฟิสิกส์นิวเคลียร์มวลขั้นต่ำของสสารฟิสไซล์ที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันแบบยั่งยืน (k≥1) เรียกว่ามวลวิกฤต สำหรับดาวยูเรนัส -235 มีน้ำหนัก 50 กก. นี่ไม่ใช่ขนาดเล็กอย่างแน่นอน แต่ก็ไม่มากนัก เพื่อหลีกเลี่ยงการระเบิดของนิวเคลียร์และสร้างความเป็นไปได้ในการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ (ปัจจัยการคูณ) มวลเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์จะต้องเพิ่มขึ้นและดังนั้นจึงต้องนำตัวดูดซับนิวตรอน (โมเดอเรเตอร์) มาใช้ เป็นอุปกรณ์ทางวิศวกรรมและทางเทคนิคของเครื่องปฏิกรณ์อย่างแม่นยำเพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างยั่งยืนระบบทำความเย็นและโครงสร้างเพิ่มเติมเพื่อความปลอดภัยจากรังสีของบุคลากรและต้องใช้ปริมาณมาก

Californian-232 ที่มีมวลวิกฤตประมาณ 2.7 กก. สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ ในขีด จำกัด ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะนำเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเท่าทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตร เป็นไปได้มากว่าสิ่งนี้อาจทำกับเรือดำน้ำนิวเคลียร์ ฉันคิดว่าการเข้าใกล้เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวน่าจะเป็นอันตรายมาก☠เนื่องจากพื้นหลังของนิวตรอนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่ควรสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมจากนักรบ

แคลิฟอร์เนียไม่เหมาะเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เนื่องจากมีต้นทุนมหาศาล California-252 1 กรัมมีราคาประมาณ 27 ล้านเหรียญ เฉพาะยูเรเนียมเท่านั้นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เซลล์เชื้อเพลิง บนพื้นฐานของทอเรียมและพลูโตเนียมยังไม่ได้รับการกระจายอย่างกว้างขวาง แต่กำลังได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขัน

ความกะทัดรัดของเครื่องปฏิกรณ์ใต้น้ำที่ค่อนข้างสูงนั้นมาจากความแตกต่างในการออกแบบ (โดยปกติแล้วเครื่องปฏิกรณ์น้ำที่มีแรงดันจะใช้ VVER / PWR) ข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับพวกเขา (ข้อกำหนดอื่น ๆ สำหรับความปลอดภัยและการปิดฉุกเฉินบนเรือมักจะไม่ต้องการไฟฟ้ามากนักในทางตรงกันข้ามกับเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้าบนบก ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อประโยชน์ในการผลิตไฟฟ้าเท่านั้น) และการใช้ระดับการเติมเชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน (ความเข้มข้นของยูเรเนียม -235 ที่สัมพันธ์กับความเข้มข้นของยูเรเนียม -238) โดยปกติแล้วยูเรเนียมที่มีระดับการเพิ่มคุณค่าสูงกว่ามาก (20% ถึง 96% สำหรับเรืออเมริกัน) จะใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ทางทะเล นอกจากนี้ไม่เหมือนกับโรงไฟฟ้าบนบกซึ่งมีการใช้เชื้อเพลิงในรูปแบบของเซรามิกส์ (ยูเรเนียมไดออกไซด์) โดยทั่วไปในเครื่องปฏิกรณ์นอกชายฝั่งโลหะผสมของยูเรเนียมกับเซอร์โคเนียมและโลหะอื่น ๆ มักใช้เป็นเชื้อเพลิง

กำลังสร้างอุปกรณ์ ไฟฟ้า อันเป็นผลมาจากการใช้พลังงานของนิวเคลียร์ฟิชชันได้รับการศึกษาอย่างดี (ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2456) และมีความเชี่ยวชาญในการผลิตมายาวนาน ส่วนใหญ่จะใช้ในกรณีที่ต้องการความกะทัดรัดสัมพัทธ์และความเป็นอิสระสูง - ในการสำรวจอวกาศยานพาหนะใต้น้ำเทคโนโลยีที่มีประชากรเบาบางและถูกทิ้งร้าง โอกาสในการสมัครใน สภาพความเป็นอยู่ ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวนอกเหนือจากอันตรายจากรังสีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ยังมีความเป็นพิษสูงและโดยหลักการแล้วไม่ปลอดภัยอย่างยิ่งเมื่อสัมผัสกับ สิ่งแวดล้อม... แม้ว่าในวรรณคดีภาษาอังกฤษจะเรียกอุปกรณ์เหล่านี้ว่าแบตเตอรี่ปรมาณูและไม่ใช่เรื่องธรรมดาที่จะเรียกพวกเขาว่าเครื่องปฏิกรณ์ แต่ก็ถือได้ว่าเป็นเช่นนั้นเนื่องจากได้รับปฏิกิริยาการสลายตัว หากต้องการอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการในประเทศได้ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับเงื่อนไขต่างๆเช่นในแอนตาร์กติกา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกของไอโซโทปมีมานานแล้วและตอบสนองคำขอของคุณได้เต็มที่ - มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพเพียงพอ พวกมันทำงานได้เนื่องจากเอฟเฟกต์ Seebeck ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว หากสิ่งนี้ไม่ขัดแย้งกับสามัญสำนึกข้อควรระวังด้านความปลอดภัยและประมวลกฎหมายอาญาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวอาจถูกฝังไว้ที่ใดที่หนึ่งใต้โรงรถในประเทศและใช้พลังงานจากหลอดไฟและแล็ปท็อปสองสามเครื่อง ในการเสียสละเพื่อที่จะพูดถึงสุขภาพของลูกหลานและเพื่อนบ้านเพื่อประโยชน์ของไฟฟ้าหนึ่งร้อยหรือสองวัตต์ โดยรวมแล้วมีการผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากกว่า 1,000 เครื่องในรัสเซียและสหภาพโซเวียต

ตามที่ผู้เข้าร่วมคนอื่น ๆ ได้ตอบไปแล้วความคาดหวังของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบ "คลาสสิก" ขนาดเล็กที่ใช้กังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้านั้นถูก จำกัด อย่างรุนแรงตามกฎของฟิสิกส์และข้อ จำกัด หลัก ๆ จะถูกกำหนดโดยขนาดของเครื่องปฏิกรณ์ไม่มากเท่ากับขนาดของอุปกรณ์อื่น ๆ : หม้อไอน้ำท่อส่งกังหันอาคารทำความเย็น เป็นไปได้มากว่าจะไม่มีโมเดล "ครัวเรือน" อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ที่ค่อนข้างกะทัดรัดกำลังได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขันตัวอย่างเช่นเครื่องปฏิกรณ์ที่มีแนวโน้มจาก NuScale ที่มีกำลัง 50 MWe มีขนาดเพียง 76 x 15 นิ้วเช่น ประมาณสองเมตรคูณ 40 เซนติเมตร

ด้วยพลังงานของนิวเคลียร์ฟิวชันทุกอย่างซับซ้อนและคลุมเครือมากขึ้น ในแง่หนึ่งเราสามารถพูดถึงมุมมองระยะยาวเท่านั้น จนถึงตอนนี้แม้แต่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดใหญ่ก็ยังไม่ให้พลังงานและไม่มีการพูดถึงการย่อขนาดที่ใช้งานได้จริง อย่างไรก็ตามองค์กรที่จริงจังและจริงจังจำนวนมากกำลังพัฒนาแหล่งพลังงานขนาดกะทัดรัดโดยอาศัยปฏิกิริยาฟิวชัน และถ้าในกรณีของล็อกฮีดมาร์ตินคำว่า "กะทัดรัด" จะถูกเข้าใจว่าเป็น "ขนาดของรถตู้" เช่นในกรณีของหน่วยงานอเมริกัน DARPA ซึ่งจัดสรรในปีงบประมาณ 2552

1. เครื่องยนต์สเตอร์ลิงแบบลูกสูบอิสระทำงานด้วยความร้อนโดย "ไอน้ำปรมาณู" 2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำให้พลังงานไฟฟ้าประมาณ 2 วัตต์เพื่อจ่ายไฟให้กับหลอดไส้ 3. การเรืองแสงสีน้ำเงินที่มีลักษณะเฉพาะคือการแผ่รังสีของอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากอะตอมโดยแกมมาควอนตัส สามารถทำหน้าที่เป็นแสงสียามค่ำคืนได้!

สำหรับเด็กอายุ 14 ปีนักวิจัยรุ่นเยาว์จะสามารถประกอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็ก แต่เป็นของจริงได้อย่างอิสระค้นหาว่านิวตรอนที่กระตุ้นและล่าช้าคืออะไรและดูพลวัตของการเร่งความเร็วและการชะลอตัวของปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ การทดลองง่ายๆสองสามอย่างกับสเปกโตรมิเตอร์แกมมาจะช่วยให้คุณเข้าใจการผลิตผลิตภัณฑ์ฟิชชันต่างๆและทดลองการผลิตเชื้อเพลิงจากทอเรียมที่ทันสมัยในปัจจุบัน (มีชิ้นส่วนของทอเรียม -232 ซัลไฟด์ติดอยู่) หนังสือ "พื้นฐานของฟิสิกส์นิวเคลียร์สำหรับคนตัวเล็ก" รวมอยู่ด้วยมีคำอธิบายเกี่ยวกับการทดลองมากกว่า 300 ครั้งกับเครื่องปฏิกรณ์แบบประกอบดังนั้นขอบเขตของความคิดสร้างสรรค์จึงมีมาก

ต้นแบบทางประวัติศาสตร์ชุดห้องปฏิบัติการพลังงานปรมาณู (1951) ช่วยให้เด็กนักเรียนได้สัมผัสกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุด อิเล็กโทรสโคปห้องวิลสันและตัวนับไกเกอร์ - มึลเลอร์ทำให้สามารถทำการทดลองที่น่าสนใจมากมาย แต่แน่นอนว่าไม่น่าสนใจเท่ากับการประกอบเครื่องปฏิกรณ์ปฏิบัติการจากชุด "Desktop NPP" ของรัสเซีย!

ในช่วงทศวรรษที่ 1950 ด้วยการถือกำเนิดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ความคาดหวังที่ยอดเยี่ยมในการแก้ปัญหาพลังงานทั้งหมดดูเหมือนจะปรากฏขึ้นต่อหน้ามนุษยชาติ วิศวกรไฟฟ้าออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ช่างต่อเรือ - เรือไฟฟ้านิวเคลียร์และแม้แต่นักออกแบบรถยนต์ก็ตัดสินใจเข้าร่วมวันหยุดและใช้ "อะตอมอันสงบสุข" "นิวเคลียร์บูม" เกิดขึ้นในสังคมและอุตสาหกรรมเริ่มขาดแคลน ผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติเหมาะสม... จำเป็นต้องมีบุคลากรใหม่ที่หลั่งไหลเข้ามาและการรณรงค์ด้านการศึกษาอย่างจริงจังไม่เพียง แต่เปิดตัวในหมู่นักศึกษามหาวิทยาลัยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเด็กนักเรียนด้วย ตัวอย่างเช่น A.C. บริษัท Gilbert เปิดตัวชุดอุปกรณ์สำหรับเด็ก Atomic Energy Lab ในปีพ. ศ. 2494 ซึ่งมีแหล่งกัมมันตภาพรังสีขนาดเล็กเครื่องมือที่จำเป็นและตัวอย่าง แร่ยูเรเนียม... "ชุดวิทยาศาสตร์ล้ำสมัย" ที่ระบุไว้บนกล่องทำให้ "นักวิจัยรุ่นใหม่ทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่น่าตื่นเต้นได้มากกว่า 150 ครั้ง"

Cadres คือทุกสิ่งทุกอย่าง

ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้บทเรียนอันขมขื่นและเรียนรู้วิธีสร้างเครื่องปฏิกรณ์ที่เชื่อถือได้และปลอดภัย ในขณะที่พื้นที่นี้กำลังประสบกับการลดลงอันเนื่องมาจากอุบัติเหตุที่ฟุกุชิมะเมื่อเร็ว ๆ นี้ แต่ในไม่ช้าก็จะตามมาด้วยการฟื้นตัวและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะยังคงถูกมองว่าเป็นวิธีที่มีแนวโน้มสูงในการสร้างพลังงานที่สะอาดเชื่อถือได้และปลอดภัย แต่ในรัสเซียมีปัญหาการขาดแคลนบุคลากรเช่นเดียวกับในปี 1950 เพื่อดึงดูดเด็กนักเรียนและเพิ่มความสนใจในพลังงานนิวเคลียร์ บริษัท Scientific and Production Enterprise (NPP) "Ecoatomconversion" ตามตัวอย่างของ A.C. Gilbert Company ได้เปิดตัวชุดการศึกษาสำหรับเด็กอายุตั้งแต่ 14 ปี แน่นอนว่าวิทยาศาสตร์ไม่ได้หยุดนิ่งในช่วงครึ่งศตวรรษนี้ดังนั้นชุดที่ทันสมัยนี้จะช่วยให้คุณได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจยิ่งขึ้นซึ่งแตกต่างจากต้นแบบทางประวัติศาสตร์นั่นคือการรวบรวมแบบจำลองจริงไว้บนโต๊ะ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์... แน่นอนว่าการแสดง

การรู้หนังสือจากอู่

“ บริษัท ของเรามาจากเมือง Obninsk ซึ่งเป็นเมืองที่ผู้คนคุ้นเคยและคุ้นเคยกับพลังงานนิวเคลียร์ โรงเรียนอนุบาล, - อธิบาย "PM" ผู้อำนวยการวิทยาศาสตร์ NPP "Ecoatomconversion" Andrey Vyhadanko - และทุกคนเข้าใจดีว่าไม่จำเป็นต้องกลัวเธอ ท้ายที่สุดแล้วมีเพียงอันตรายที่ไม่รู้จักเท่านั้นที่น่ากลัวอย่างแท้จริง ดังนั้นเราจึงตัดสินใจเปิดตัวชุดอุปกรณ์นี้สำหรับเด็กนักเรียนซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสามารถทดลองและศึกษาหลักการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้อย่างเต็มที่โดยไม่ต้องเปิดเผยตัวเองและผู้อื่นให้เสี่ยง ดังที่คุณทราบความรู้ที่ได้รับในวัยเด็กนั้นแข็งแกร่งที่สุดดังนั้นด้วยการเปิดตัวชุดนี้เราหวังว่าจะช่วยลดโอกาสในการกลับเป็นซ้ำของเชอร์โนบิลหรือ

ฟุกุชิมะในอนาคต”

พลูโตเนียมเสีย

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หลายแห่งได้สะสมพลูโตเนียมที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์จำนวนมาก ประกอบด้วยอาวุธเกรด Pu-239 เป็นหลักซึ่งมีสิ่งเจือปนประมาณ 20% ของไอโซโทปอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Pu-240 สิ่งนี้ทำให้พลูโตเนียมของเครื่องปฏิกรณ์ไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำระเบิดนิวเคลียร์ การแยกสิ่งเจือปนกลายเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากความแตกต่างของมวลระหว่างไอโซโทปที่ 239 และ 240 มีค่าเพียง 0.4% การผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ด้วยการเติมพลูโตเนียมของเครื่องปฏิกรณ์กลายเป็นเรื่องยากทางเทคโนโลยีและไม่เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจดังนั้นวัสดุนี้จึงถูกละทิ้งจากธุรกิจ มันคือพลูโตเนียม "เสีย" ที่ถูกใช้ใน "Young Atomic Engineer Kit" ที่พัฒนาโดย NPP "Ecoatomconversion"

ดังที่คุณทราบสำหรับการเริ่มต้นของปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะต้องมีมวลวิกฤตจำนวนหนึ่ง สำหรับลูกบอลที่ทำจากยูเรเนียม -235 เกรดอาวุธจะมีน้ำหนัก 50 กก. สำหรับพลูโตเนียม -232 - เพียง 10 ชิ้นเปลือกที่ทำจากตัวสะท้อนนิวตรอนเช่นเบริลเลียมสามารถลดมวลวิกฤตได้หลายเท่า และการใช้โมเดอเรเตอร์เช่นเดียวกับในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนจะช่วยลดมวลวิกฤตได้มากกว่าสิบเท่าลดลงเหลือหลายกิโลกรัมของ U-235 ที่ได้รับการเสริมสมรรถนะสูง มวลวิกฤตของ Pu-239 จะถึงหลายร้อยกรัมด้วยซ้ำและเป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดกะทัดรัดพิเศษที่เหมาะกับโต๊ะที่พัฒนาขึ้นที่ Ecoatomconversion

มีอะไรอยู่ในอก

บรรจุภัณฑ์ของชุดได้รับการตกแต่งอย่างเรียบง่ายด้วยสีดำและสีขาวและมีเพียงไอคอนกัมมันตภาพรังสีสามส่วนสลัวที่โดดเด่นเมื่อเทียบกับพื้นหลังทั่วไป “ ไม่มีอันตรายจริงๆ” Andrey กล่าวโดยชี้ไปที่คำว่า“ Perfectly safe!” ที่เขียนอยู่บนกล่อง “ แต่นี่เป็นข้อกำหนดของทางการ” กล่องมีน้ำหนักมากซึ่งไม่น่าแปลกใจ: ประกอบด้วยภาชนะบรรจุตะกั่วปิดผนึกพร้อมชุดเชื้อเพลิง (FA) ของแท่งพลูโตเนียมหกแท่งพร้อมปลอกเซอร์โคเนียม นอกจากนี้ชุดประกอบด้วยถังปฏิกรณ์ด้านนอกที่ทำจากแก้วทนความร้อนพร้อมการชุบแข็งด้วยสารเคมีฝาภาชนะที่มีหน้าต่างกระจกและซีลแรงดันภาชนะแกนสแตนเลสตัวรองรับเครื่องปฏิกรณ์และตัวดูดซับแกนควบคุมโบรอนคาร์ไบด์ ส่วนไฟฟ้าของเครื่องปฏิกรณ์แสดงโดยเครื่องยนต์สเตอร์ลิงลูกสูบอิสระพร้อมท่อโพลีเมอร์เชื่อมต่อหลอดไส้ขนาดเล็กและสายไฟ ชุดนี้ยังรวมถึงผงกรดบอริกหนึ่งกิโลกรัมชุดป้องกันคู่หนึ่งพร้อมเครื่องช่วยหายใจและสเปกโตรมิเตอร์แกมมาพร้อมเครื่องตรวจจับนิวตรอนฮีเลียมในตัว

การก่อสร้าง NPP

การประกอบแบบจำลองการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตามคู่มือที่แนบมาในรูปภาพนั้นง่ายมากและใช้เวลาไม่ถึงครึ่งชั่วโมง เมื่อสวมชุดป้องกันที่มีสไตล์ (จำเป็นเฉพาะในระหว่างการประกอบ) เราเปิดบรรจุภัณฑ์ที่ปิดสนิทพร้อมกับส่วนประกอบเชื้อเพลิง จากนั้นใส่ชุดประกอบเข้าไปในถังปฏิกรณ์ปิดด้วยแกนกลาง ในตอนท้ายเรายึดฝาครอบโดยมีต่อมสายเคเบิลอยู่ด้านบน ในส่วนกลางคุณต้องสอดแกนโช้คเข้าไปจนสุดและผ่านอีกสองอันเติมน้ำกลั่นบริเวณที่ใช้งานไปที่เส้นบนตัวถัง หลังจากเติมแล้วท่อสำหรับไอน้ำและคอนเดนเสทจะเชื่อมต่อกับซีลแรงดันผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สร้างเสร็จและพร้อมสำหรับการเปิดตัวสิ่งที่เหลืออยู่คือการวางไว้บนขาตั้งพิเศษในตู้ปลาที่เต็มไปด้วยสารละลายกรดบอริกซึ่งดูดซับนิวตรอนได้อย่างสมบูรณ์แบบและปกป้องนักวิจัยรุ่นใหม่จากการฉายรังสีนิวตรอน

สามสองหนึ่ง - เริ่ม!

เรานำสเปกโตรมิเตอร์แกมมาพร้อมเซ็นเซอร์นิวตรอนไว้ใกล้กับผนังของตู้ปลาซึ่งเป็นส่วนเล็ก ๆ ของนิวตรอนซึ่งไม่เป็นภัยคุกคามต่อสุขภาพยังคงหลุดออกมา ค่อยๆยกแกนปรับขึ้นจนกระทั่งฟลักซ์นิวตรอนเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วก่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเอง ยังคงอยู่เพียงรอจนกว่ากำลังไฟที่ต้องการและดันแท่งกลับไป 1 ซม. ตามรอยเพื่อให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่ ทันทีที่การเดือดเริ่มขึ้นชั้นไอจะปรากฏขึ้นที่ส่วนบนของแกนกลาง (การเจาะในภาชนะป้องกันไม่ให้ชั้นนี้เปิดเผยแท่งพลูโตเนียมซึ่งอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป) ไอน้ำจะขึ้นท่อไปยังเครื่องยนต์สเตอร์ลิงซึ่งจะควบแน่นและไหลลงท่อทางออกสู่เครื่องปฏิกรณ์ ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสองข้างของเครื่องยนต์ (ด้านหนึ่งถูกทำให้ร้อนด้วยไอน้ำและอีกด้านหนึ่งระบายความร้อนด้วยอากาศในห้อง) จะถูกแปลงเป็นการสั่นของลูกสูบแม่เหล็กซึ่งจะทำให้เกิดกระแสสลับในขดลวดรอบเครื่องยนต์จุดไฟอะตอมในมือของนักวิจัยรุ่นใหม่และตามที่พวกเขาหวัง นักพัฒนาที่สนใจปรมาณูในหัวใจของเขา

หมายเหตุบรรณาธิการ: บทความนี้ตีพิมพ์ในนิตยสารฉบับเดือนเมษายนและเป็นการจับฉลากวันเอพริลฟูล