Будущее микро ядерной энергетики⁠⁠

Начало тут

Хотя атомные батарейки появились 110 лет назад, их применение было крайне узким:

– Необслуживаемые автономные маяки

– Беспилотные космические аппараты

– Медицинские схемы сверхмалой мощности (кардиостимуляторы)

Развитие атомных батареек сдерживалось двумя факторами (помимо раздутых страхов перед радиацией):

1) Низкий КПД. Но полупроводниковые преобразователи для бета-источников (тритий, никель-63) стали достигать КПД > 60%. ТФЭГ преобразователи для мощных альфа-источников близки к КПД ~ 40% (полоний-210, уран-232).

2) Высокая цена на радиоизотопы. Производство привязано к ядерным реакторам, где сырье облучается потоком нейтронов. Плюс каскадное разделение изотопов...

Для обывателя звучит и страшно, и непонятно, отсюда и высокие наценки на все ядерно-энергетические и оборонные технологии.

Отсюда интерес к альтернативным источникам нейтронов, где все дешевле. Например, фьюзоры Фарнсуорта, о которых мы расскажем далее…

От атомной батарейки - к атомному чайнику?

Фьюзор Фарнсуорта-Хирша (ФХФ) похож на 3-литровую банку, в которую через крышку до середины высоты вставлен изолированный провод, оканчивающийся открытым электродом-сферой из крупноячеистой сетки.

На этот электрод будет подан высокий отрицательный потенциал > 15 киловольт.

Но сначала банка герметизируется и в ней поддерживается давление газа < 5 Па.

При включении, газ ионизируется, превращается в плазму, а сетка становится ловушкой для положительно заряженных частиц (ионов), многократно сталкивающихся и иногда реагирующих между собой.

ФХФ придуман в 1964 как любительский термоядерный реактор, и он работает. В XXI веке мода собирать простейшие ФХФ захлестнула школьников с физмат-уклоном.

Если в качестве газа использовать дейтерий (тяжелый изотоп водорода), то регистрируется заметный поток альфа-частиц и нейтронов (до 10 млн. в секунду). Выход будет порядка 1 микроватта, т.е. несопоставимо меньше, чем потребляемая мощность,  однако…

...однако, атомный чайник возможен

Да, фьюзор (ФХФ), собранный на коленке дает поток до 10⁷ нейтронов в секунду, но:

Профессионально собранный дает поток 3•10¹¹ нейтронов…

Это позволяет конкурировать с АЭС в производстве изотопов (например, Co-60) или «грязных» изотопных смесей (применяемых в новейших атомных батарейках, они в тренде)

Атомные батарейки плохи тем, что их нельзя на время выключить: они все время генерируют энергию и теряют топливо. Можно ли сделать ФХФ – управляемой атомной батарейкой размером с чайник?

Теоретически да, заодно решив проблему мусорного урана-238.

Природный уран это:

лишь ☢️ 0.72% U-235 (топлива АЭС)

и почти ☢️ 99.27% U-238, который уходит в отвал (обедненный уран).

U-238 не дает цепной реакции, однако делится под действием быстрых нейтронов, выделяя энергию и множество радиоактивных ядер-осколков (топлива для батарейки).

ФХФ генерирует быстрые нейтроны и, сделав его сферическую сетку из обедненного урана, мы получим управляемый ядерный чайник…

пока теоретически

Больше интересного - Пожиратели мифов