Сразу несколько мировых лидеров, занимающихся опробованием и внедрением инновационных технологий, концерны Microsoft, Space X и Tesla, а также Google, достигли соглашения о начале работ по строительству первого в мире экспериментально-промышленного образца ядерного реактора нового типа - на т.н. бегущей волне, он же саморегулирующийся реактор, он же breed-and-burn.
В отличии от классических реакторов, реактор бегущей волны обладает массой достоинств.
Во-первых, в качестве ядерного топлива там используется, в основном, обеднённый уран, обогащённый уран требуется лишь для начала реакции, и в небольшом количестве.
Некоторые быстрые нейтроны, производимые обогащённым топливом, поглощаются прилегающим слоем обеднённого урана, который превращается в плутоний в результате реакции:
При этом сама ядерная реакция идёт только в локальной зоне, постепенно смещаясь по мере выработки исходного делящегося материала. Собственно, именно поэтому для таких реакторов прижилось название свеча, где горение также происходит только в узкой локации.
Во-вторых, эти реакторы являются абсолютно безопасными при эксплуатации (в силу конструктивных особенностей), так и экологически чистыми по окончании её (эксплуатации) срока, оставляя компактные блоки сверхчистого плутония вместо смеси изотопов урана.
Достигается этот эффект путём включения в состав энергоустановки уникальной системы теплоотбора из активной зоны, одновременно исполняющей роль автоматического регулятора и ограничителя.
Для первоначального отбора тепла планируется применить носитель на основе натрия, нагревающегося в рабочем пятне до 650-800 градусов Цельсия. Расплавленный перегретый натрий естественным путём (помните, что такое конвекция?) поднимается в зону теплообмена, где охлаждается жидким азотом до ~ -195 градусов Цельсия, или 77 Кельвина (температура кипения азота).
Мгновенное (практически) падение температуры на почти тысячу градусов вызывает не менее быстрый переход натрия в твёрдую фазу, и одновременно - превращение, вследствие громадных механических напряжений из-за температурных градиентов, в мелкодисперсный (с размером частиц в 3-5 микрон!) порошок, который под действием силы тяжести сыплется вниз, где снова нагревается и расплавляется.
Азот же, нагретый в теплообменнике и увеличившись в объёме в 700 раз, направляется в газовую (не паровую!) турбину, где отдаёт запасённую энергию, перенося, уже при нормальной (порядка 300 Кельвинов), до 0.026 ватт/(м х К), или, с учётом первоначальной и конечной температур, т.е. от 77 до 1 300 Кельвинов, до 34 ватт/м.
Итого один литр жидкого азота способен передать в генерирующую часть комплекса порядка 25 киловатт тепловой энергии, что даст возможность получить, с учётом КПД как самой турбины, так и остальных устройств, до 20 - 22 киловатт электрической мощности, направляемой потребителю.
Отсюда легко вычисляется количество необходимого азота - всего лишь 40 тыс. литров (буквально пара цистерн) на 1 Гигаватт тепловой энергии.
Как видите, в системе вообще отсутствуют движущиеся части, за исключением турбин и генераторов, которые при необходимости легко могут быть отключены.
Основная же изюминка - это материал, из которого изготавливаются обеспечивающие перемещение жидкого(вверх, в теплообменник-охладитель) и порошкообразного(вниз, в зону нагрева) натрия транспортные каналы.
Из школьного курса физики известно, что антагонистом натрия, имеющего с ним наибольшее отрицательное сродство, является калий. Проблема же состоит в том, что калий не обладает достаточной механической прочностью. Но как оказалось, если добавить в него совсем немного (около 1%) рубидия, прочность сплава возрастает почти в сто раз, при этом не утрачивая остальных свойств!
Таким образом, главное препятствие устраняется.
Рассмотрим теперь весь цикл работы (а он рассчитан минимум на 50-60 лет!) в целом.
На приведённом выше фото видны расположенные по периметру цилиндрические контейнеры, в которые и помещается топливо - обеднённый уран.
Надо сказать, что его количество очень велико, только США располагают примерно 700 000 метрических тонн этого, по сути, никому не нужного металла, от которого с радостью желали бы избавиться. Так что проблем с начинкой не предвидится никаких - наоборот, можно дополнительно заработать неплохие деньги, принимая от других стран отработавшие кассеты (ТВЭЛ'ы) от классических АЭС.
В один контейнер, несмотря на его небольшие размеры - полтора метра в диаметре и два в длину, помещается ровно 65 тонн урана - плотность его 19.05 г/кубический сантиметр.
Всего контейнеров 36, и полная загрузка, таким образом, составляет 2 340 тонн. Как уже говорилось, этого хватит на 50 и более лет.
В геометрическом центре конструкции (на фото отсутствует) располагается своего рода катапульта, которая при инициации процесса "забрасывает" в один из контейнеров, выбираемых случайным образом, "запал" из обогащённого урана - шарик диаметром 40.4 см (0.03453 кубометра) и весом 657.7 кг.
Всё, процесс пошёл.
По мере выгорания топлива реакционная зона приближается к задней стенке, в которую встроен детонационный шнур, запускающий реакцию в следующем контейнере, и так далее, до полного исчерпания.
Далее идёт описанная выше передача вырабатываемой энергии на турбины, причём отработавший азот не выбрасывается в атмосферу, а подвергается повторному охлаждению и сжижению, после чего возвращается в работу.
На сжижение азота затрачивается часть вырабатываемой электроэнергии, но совсем немного, не более 10-12% от общего количества.
При расчётной тепловой мощности в 10 Гигаватт (10 млн. киловатт) станция сумеет вырабатывать электрической мощности 7 Гигаватт (7 млн. киловатт), затрачивая на собственные нужды не более 1 млн. киловатт.
При этом 6 млн отправятся потребителю, по стоимости не более 0.002 цента (0.06 грн.) за КВт.
Не следует забывать и о том, что такому реактору не требуется на градирен, ни прудов-охладителей, ни хранилищ высокоактивного отработанного топлива, ни сложных и дорогих загрузочно-разгрузочных машин, ни систем контроля и аварийной защиты - при малейшем сбое реакция просто глушится. Во всяком случае, именно в этом и хотят убедиться проектировщики.
Немалым достоинством является и небывалая компактность - весь энергокомплекс (за исключением трансформаторов) разместится на территории 500 х 500 м, с заглублением на 150 м. Скорее всего, местом строительства будет выбран район Винницы, где обнаружены наиболее соответствующие требованиям геологические условия.
Ну, и наконец, через 50-60 лет, когда процесс остановится, пара тысяч тонн урана превратится в такое же количество плутония, что является одним из самых привлекательных моментов для тех, кто понимает.
http://www.e-news.su/humor/198723-bill-geyts-ilon-mask-i-lar...
