почитав один специализированый блог, пообщавщись с авторомм и его сокамерниками пользователями... что могу сказать - агресивные товарищи. за огрессией я вижу плохое знание элементарных физических процессов, но да бог с ними.
хочется поговорить немного о термоядерном синтезе, как я уже отмечал существует энегия связи т.е. энергия связанного состояния т.е. если что-то целое поломать, то в поломаном сотоянии это весит тяжелее чем в целом. так как дядя Алберт установил связь между массой и энергией можно оценить сколько усилий нужно затратить на слом, просто взвещивая "осколки" и сравнивая с весом свзанного состояния.
надо сказть что это величина исчезающи мала и горить об энерги связи скажем расколотого и целого кирпича особого смысла в повседневной жизни нет.
что же касается ядерной энергетики то можно назвать два вида реакций с выделением энергии - это "развал" тяжелых ядер на более легкие и наоборот слиние легких ядер в нечто тяжелое. нас конечно интересут реакции идущие с выделением энергии.
что же вспомним наше наше недавнее прошлое.
как запустить термоядерную реакцию на коленке? да элементарно. нам нужны только компонены реакции, глубокий вакуум и высокое напряжение.
ведь ионизировать газ можно целой кучей способов. самы простой - создать необходимую напряженность электрического поля. я не буду здесь подробно описывать конструкцию благо и описывать особо нечего - это в общем-то два шарика один в другом, внутренний делают из тугоплавкой проволоки. между шариками создают большую разность потенциалов - все. если в шарике (внешнем) напримере пары детерия все пойдет как по маслу. т.е. основным компонентом видится тяжелая вода. она легко добывается. процесс не быстрый. суть сводится к тому, что изотопы дейтерия имеют чуть разные физические свойства в сравнии с обычным водородом. и просто испаряя и замораживая воду можно "надыбать немного дейтерия". может возможны и другие более быстрые варианты сепарации.
кстаи напряжение нужно довольно большое - десятки киловолт я слышал про значения 40 кВ. все просто и элементарно. можно подпихнуть гуглу ключ типа "термоядерный реактор своими руками", можно пойти в ютуб и забить в местный поисковик слово fusor.
все просто и элементарно.
возникает вопрос почему никто не развивает данный тип реакторов? мировая закулиса мешает али еще что?
ответ простой - плазма не удерживается. т.е. даже если ионам удалось преодалеть кулоновский барьер и реакция произошла, что кстати видно по детектору нейтронов, то на этом в общем-то все. современные реакторы работают иначе - они представляют из себя ловушку в которой находится плазма, плазму необходимо зажечь, а дальше реакция выходит на самоподдержку без подвода энергии из вне. плазму кстати все еще надо удерживать:)
эта "замануха" тащет человечество за нос не одно десятилетие, суля ему решение многих энергетических проблем, но удержание плазмы процесс кропотливый и творческий, и не решенный до конца. дай бог ITER достроят и явят миру демонстрацию термоядерной энергетики. есть некоторые основния для оптимизма, но лично я отношусь скептичеески. даже если все получится и все будет работать - построить такую установку в "одно лицо" в ряд ли выйдет. сответсвенно это поиск новых режимов плазмы, новых методов удержания и т. п. все что позволит снизить стоимость установки.
сейчас снова заговорили об ловушках открытого типа - это более дешевый вариант, а новые знания позволили удерживать плазму значительно дольше чем раньше, однако до практической пригодности результатов экспериментов говорить не приходится.
если вы жить не можите без потока нейтронов, то вам просто необходимо собрать fusor, если же вы ищите какой-то практической пользы, то вам не надо этого делать.
к тому же я думаю развитие алтернативной энергетики тоже нельзя сбрасывать со счетов. есть очень дешевые и эфективные методы строительства сверхдальных линий энергопередачи, об одном таком методе , рост кпд солнечных модулей, о чем тоже я писал, развитие систем сохранения энегии. не знаю миром правяят деньги, конечно идея "термояда" такая романтическо-экзотичекая-футуристическая, но в жизни как правило верх берет рационализм.
Вот хорошее видео (на английском). Оказывается, не так уж всё и сложно))
Некоторым удалось почти успешно. Один из таких умельцев - Дэвид Хан, американский школьник. Это реально круто!
Реактор в сарае
В раннем детстве Дэвид Хан был самым обычным ребенком. Белобрысый и неуклюжий мальчик играл в бейсбол и гонял футбольный мяч, а в какой-то момент вступил в бойскауты. Его родители Кен и Пэтти, развелись и Дэвид жил со своим отцом и мачехой, которую звали Кэти в местечке Клинтон. Выходные дни он обычно проводил в Голф Манор со своей матерью и ее другом, которого звали Майкл Поласек.
Резкие перемены произошли, когда ему исполнилось десять. Тогда отец Кати подарил Дэвиду книгу The Golden Book of Chemistry Experiments («Золотая книга химических экспериментов»). Он увлеченно зачитывался ею. В 12 лет он уже делал выписки из институтских учебников по химии своего отца, а в 14 лет он сделал нитроглицерин.
Однажды ночью их дом в Клинтоне дрогнул от мощного взрыва в подвале. Кен и Кэти обнаружили Дэвида в полубессознательном состоянии, лежащим на полу. Оказалось, что он измельчал какое-то вещество отверткой, и оно у него загорелось. Его срочно отвезли в госпиталь, где ему промыли глаза.
Кэти запретила заниматься экспериментами у нее дома, а потому он перенес свои исследования в сарай своей матери, в Голф Манор. Ни Пэтти ни Майкл не имели ни малейшего понятия, чем занят в сарае этот стеснительный подросток, хотя было странным то что он в сарае часто одевал защитную маску, а иногда снимал с себя одежду лишь около двух часов ночи, работая допоздна. Они списывали это все на свое собственное ограниченное образование.
Майкл, однако, припоминал, как Дэвид однажды сказал ему: «Когда-нибудь у нас кончится нефть».
Убежденный в том, что сыну нужна дисциплина, отец Дэвида - Кен считал, что решение вопроса состоит в цели, которую тот не может достигнуть - Скаутский Орел, для получения которого требовался 21 скаутский знак. Дэвид заработал знак за изучение атомной энергии в мае 1991 г., пять месяцев спустя своего пятнадцатилетия. Но теперь у него были более сильные амбиции.
Придуманная личность
Он решил, что будет заниматься просвечиванием всего, что сможет, а для этого ему надо построить нейтронную «пушку». Чтобы получить доступ к радиоактивным материалам, Дэвид решил использовать приемы из различных громких статей в журналах. Он придумал вымышленную личность.
Он написал письмо в Комиссию по Ядерному Регулированию (Nuclear Regulatory Commission (NRC)), в котором он утверждал, что является учителем физики в старших классах в Долине Чипева (Chippewa Valley High School). Директор агентства по производству и распространению изотопов, Дональд Эрб, описал ему в деталях выделение и получение радиоактивных элементов, а также объяснил характеристики некоторых из них, в частности, какие из них при облучении нейтронами, могут поддерживать цепную ядерную реакцию.
Когда Дэвид поинтересовался риском таких работ, то Эрб уверил его «что опасностью можно пренебречь», так как «для обладания любыми радиоактивными материалами в количествах и формах способных представлять угрозу требуется получение лицензии от Комиссии по Ядерному Регулированию или эквивалентной организации».
Дэвид читал, что крохотные количества радиоактивного изотопа америция-241 можно найти в детекторах дыма. Он связался с компаниями по изготовлению детекторов и сообщил им, что ему требуется большое количество этих устройств, для выполнения одного школьного проекта. Одна из компаний продала ему около сотни неисправных детекторов по доллару за штуку.
Он не знал, где точно в детекторе находится америций, а потому написал в одну из фирм в Иллинойсе, которая занималась электроникой. Сотрудница из службы по работе с клиентами компании ответила ему, что они будут рады ему помочь. Благодаря ее помощи, Дэвиду удалось извлечь материал. Он поместил америций внутри полого куска свинца с очень маленьким отверстием с одной стороны, из которого, как он рассчитывал, будут выходить альфа-лучи. Перед отверстием он поместил лист алюминия так, чтобы его атомы абсорбировали альфа-частицы и излучали нейтроны. Нейтронная пушка была готова.
Калильная сетка в газовом фонаре представляет собой небольшой рассекатель, через который проходит пламя. Оно покрыто составом, в который входил торий-232. При бомбардировке нейтронами из него должен был получиться расщепляемый изотоп уран - 233. Дэвид приобрел несколько тысяч калильных сеток в различных магазинах по продаже складских излишков и пережег их паяльной лампой в кучку золы.
Чтобы выделить торий из золы, он приобрел литиевых батарей на тысячу долларов и изрезал их все на куски ножницами по металлу. Он завернул литиевые обрезки и ториевую золу в шар из алюминиевой фольги и нагрел его в пламени бунзеновской горелки. Он выделил чистый торий в количестве большем, чем он встречается в природе в 9000 раз и в 170 раз больше уровня, которого требовало наличие лицензии NRC. Но нейтронная пушка Дэвида на основе америция не была достаточно мощной, чтобы торий превратился в уран.
Еще помощь от NRC
Дэвид старательно работал после школы в разного рода закусочных, бакалейных магазинчиках и мебельных складах, но эта работа была просто источником денег для его экспериментов. В школе он учился без особого усердия, никогда и ничем не выделялся, получил плохие оценки на общем экзамене по математике и тестах по чтению (но при этом показал отличные результаты по естествознанию).
Для новой пушки он хотел найти радий. Дэвид начал лазить по окрестным свалкам и антикварным магазинам в поисках часов, где, в светящейся краске циферблата использовался радий. Если такие часы ему попадались, то он соскребал с них краску и складывал ее в пузырек.
Однажды он медленно прогуливался по улице городка Клинтон, и как он рассказывал, в одной из витрин антикварного магазина, ему попались на глаза старые настольные часы, которые его заинтересовали. При близком «хаке» часов он обнаружил, что тут можно наскрести целый пузырек радиевой краски. Он купил часы за $10.
Потом он занялся радием и перевел его в форму соли. Понимал он это или нет, но в этот момент он подвергал себя опасности.
Эрб из NRC сообщил ему, что «лучший материал из которого альфа-частицы могут продуцировать нейтроны - это бериллий». Дэвид попросил своего друга, чтобы тот стащил для него бериллий из химической лаборатории, а затем поместил его перед свинцовой коробкой, внутри которой находился радий. Его занятной пушке из америция на замену пришла более мощная радиевая пушка.
Дэвид сумел найти некоторое количество смоляной (урановой) обманки, руды, в которой уран содержится в небольших количествах, и раздробил ее кувалдой в пыль. Он направил лучи из его пушки на порошок, в надежде, что ему удастся получить, хотя бы некоторое количество расщепляемого изотопа. У него не получилось. Нейтроны, представлявшие снаряды в его пушке, двигались слишком быстро.
«Неминуемая опасность»
После того как ему исполнилось 17 лет, Дэвидом овладела идея построения модели бридерного реактора, то есть такого ядерного реактора, который не только генерировал электричество, но и производил новое топливо. В его модели должны были использоваться настоящие радиоактивные элементы и происходить настоящие ядерные реакции. В качестве рабочего чертежа он собирался использовать схему, которую он нашел в одном из учебников своего отца.
Всячески пренебрегая техникой безопасности, Дэвид смешал радий и америций, которые находились у него на руках вместе с бериллием и алюминием. Смесь была завернута в алюминиевую фольгу, из которой он сделал подобие рабочей зоны ядерного реактора. Радиоактивный шар был окружен небольшими, завернутыми в фольгу кубиками из ториевой золы и урановой пудры, связанные вместе сантехническим бинтом.
«Он был радиоактивен, как черт знает что», - говорил Дэвид, - «гораздо больше, чем в разобранном состоянии». Тут он начал понимать, что подвергает себя и окружающих серьезной опасности.
Когда счетчик Гейгера, который был у Дэвида начал регистрировать радиационное излучение за пять домов от местожительства его матери, он решил что у него «слишком много радиоактивных веществ в одном месте», после чего он решил разобрать реактор. Он спрятал часть материалов в доме матери, оставил некоторую часть в сарае, а оставшееся сложил в багажник своего «Понтиака».
В 2:40 ночи 31 августа, 1994 г. в полицию Клинтона, позвонил неизвестный и сообщил, что какой-то молодой человек, похоже, пытается украсть покрышки от машины. Когда полиция приехала, Дэвид сказал им, что он собирается встречать своего друга. Полиции это показалось неубедительным, и они решили осмотреть автомобиль.
Они открыли багажник и обнаружили в нем ящик из под инструментов, который был закрыт на замок и замотан сантехническим бинтом. Здесь же лежали замотанные в фольгу кубики с каким-то загадочным серым порошком, небольшие диски, цилиндрические металлические предметы, а также ртутные реле. Полицейских сильно насторожила коробка из под инструментов, про которую Дэвид сказал им, что она радиоактивна, и они боялись ее как атомной бомбы.
Был введен в действие федеральный план противодействия радиоактивной угрозе, а официальные лица штата начали консультироваться с EPA и NRC.
В сарае, эксперты-радиологи обнаружили алюминиевую форму для выпечки пирогов, чашку Pyrex из огнеупорного стекла, ящик из-под молочных бутылок, а также массу других вещей, которые были заражены радиацией, уровень которой в тысячу раз превышал естественный. Так как ее могло разнести по округе ветром и дождем, а также отсутствием сохранности в самом сарае, то в соответствии с меморандумом EPA,» это представляло собой неминуемую угрозу общественному здоровью».
После того как рабочие в защитных костюмах разобрали сарай, они сложили все, что оставалось в 39 бочек, которые были погружены на грузовики и вывезены на могильник в Великую Соляную Пустыню. Там, останки экспериментов Дэвида были захоронены вместе с другим радиоактивным мусором.
«Это была ситуация, которую регулирование было не в силах предвидеть», - сказал Дэйв Минаар, эксперт-радиолог из Мичиганского Департамента Качества Окружающей Среды, - «Считалось, что обычный человек не сможет получить в руки технологию или материалы, которые требуются для занятий экспериментами в этой области».
Сейчас Дэвид Хан сейчас находится в ВМФ, где он читает о стероидах, меланине, генетическом коде, прототипах реакторов, аминокислотах и уголовном праве. «Я хотел, чтобы в моей жизни было что-нибудь заметное», - объясняет он теперь. «У меня еще есть время». По поводу получения им дозы радиации, он сказал, - «Я не думаю, что отнял у себя больше, чем пять лет жизни».
Материалу.
Запуск первого в мире искусственного ядерного реактора
2 августа мир облетели новости из благополучной Швеции. "Мужчина собрал у себя на кухне ядерный реактор", - кричали заголовки, и перед взором падкого на сенсации обывателя представала фантастического вида установка, скрытая под переплетением труб и проводов, внутри которой происходили те самые ядерные реакции. Масла в огонь подлило и то, что на строительство своего детища швед потратил чуть менее тысячи долларов, а радиоактивные материалы для реактора якобы получил из-за рубежа.
Понятное дело, что на просторах интернета тут же началось обсуждение произошедшего. Кто-то вспомнил Андерса Брейвика, посетовав на то, что скандинавы стали попадать в новости по крайне опасным поводам; кто-то обеспокоился, не окажутся ли подобные технологии в руках террористов; а кто-то заинтересовался тем, какое практическое применение можно найти изобретению загадочного Ричарда (до сих пор известно только предполагаемое имя умельца, да и то лишь потому, что блог, в котором создатель реактора подробно отчитывался о ходе проекта, назывался "Реактор Ричарда"). Как это часто бывает, в действительности история оказалась гораздо менее фантастической, чем казалась на первый взгляд - работающий реактор Ричард так и не построил, да и вообще, похоже, всего лишь пытался повторить подвиг легендарного Радиоактивного бойскаута.
Веб-дизайнер из Нью-Йорка и Радиоактивный бойскаут
Прежде, чем перейти к истории Ричарда, следует отметить два важных факта. Во-первых, домашний ядерный реактор - не такая уж большая редкость по нынешним временам. Например, в июне 2010 года некто Марк Саппс, известный преимущественно как веб-дизайнер для дома "Гуччи", стал 38-м частным лицом (среди этих энтузиастов, у которых имеется собственный сайт, есть, например, 15-летний школьник из Мичигана), осуществившим у себя дома реакцию ядерного синтеза (Ричард, напомним, интересовался распадом). Установка Саппса (на которую он, к слову, потратил около 40 тысяч долларов) потребляет энергии больше, чем производит. Вместе с тем из истории с веб-дизайнером можно составить общее представление о доступности ядерных технологий в современном мире.
Во-вторых, Ричард явно пошел по стопам 17-летнего американского школьника Дэвида Кана - технологии обоих физиков-энтузиастов совпадают по множеству пунктов, включая подбор сырья в виде использованных детекторов дыма, старых часов и сеток для керосиновых ламп. Именно поэтому, прежде чем говорить о шведе, необходимо рассказать историю простого американского школьника, получившего в прессе прозвище Радиоактивный бойскаут.
В июне 1995 года в небольшой город в штате Мичиган нагрянули люди в защитных антирадиационных костюмах. Вместо того чтобы, как положено в фантастическом фильме, эвакуировать людей, они стали разбирать небольшой сарайчик на заднем дворе местной жительницы по имени Пэтти Кан. Строение распиливали на мелкие куски, которые потом осторожно укладывали в большие металлические контейнеры с характерным трилистником на желтом фоне. Оказалось, что в сарае хранились радиоактивные материалы, которые принадлежали сыну Пэтти по имени Дэвид - на тот момент 17-летнему молодому человеку.
С 12 лет Дэвид увлекался химией, а потом заинтересовался и ядерной физикой. Вероятно, именно тогда ему и пришла в голову идея построить прямо у себя дома ядерный реактор (в данном случае, в отличие от Саппса, речь идет о реакциях, при которых элементы превращаются друг в друга с испусканием элементарных частиц). Однако после одного из экспериментов, который окончился взрывом, мать запретила молодому человеку заниматься опытами в доме. Поэтому Дэвид, втайне от Пэтти, перевез лабораторию в сарай. Надо сказать, что информацию, необходимую для создания реактора, молодой Кан собирал практически по крупицам - притворяясь то студентом, работающим над докладом, то школьным учителем физики, он звонил, писал в самые разные организации, включая Комиссию по ядерной регламентации США, где молодому "учителю" дали много дельных советов. Когда теоретическая часть подготовки была завершена, молодой человек приступил к практическому осуществлению проекта.
Изначально его целью было просто провести какую-нибудь ядерную реакцию, и он решил собрать нейтронную пушку - источник направленных нейтронов. Для этого ему потребовался источник альфа-частиц (то есть частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов). В качестве него выступил америций-241. Оказалось, что этот материал использовался в небольших количествах при изготовлении старых детекторов дыма - совет по извлечению материала из деталей Кану дали в одной электротехнической компании из Иллинойса. Достав америций, Кан поместил его в свинцовую камеру с маленькой дырочкой, обмотанную фольгой. Облучение алюминиевой фольги, прикрывающей отверстие, позволило получить поток нейтронов.
В качестве цели для нейтронной пушки использовался торий-232, который, как выяснилось, в большом количестве присутствует в сетках, используемых в старых (в том числе и керосиновых) лампах. При помощи лития и нехитрых химических реакций Дэвид получил достаточно чистый торий в концентрации, в 170 раз превышающей допустимую Комиссией по ядерной регламентации. Кан планировал облучать торий нейтронами, чтобы получить торий-233 (его период полураспада - чуть более 22 минут), который бы, в результате последующего распада превращался в протактиний (период полураспада - 27 дней), а затем - в уран-233. Оказалось, однако, что нейтронная пушка Дэвида выстреливала слишком мало нейтронов, и все они были слишком быстрые, что в мире ядерной физики, основанном на вероятности, не позволяло проводить нужную реакцию.
Дэвид решил усовершенствовать пушку. Для этого он стал собирать радий - радиоактивный элемент, который встречается в старых часах: краской, содержащей этот элемент, покрывали стрелки часов, светящиеся в темноте. Вместо алюминия в пушке Кан использовал бериллий, образец которого по просьбе Дэвида из школьной коллекции минералов стащил его приятель. Что выступало в качестве замедлителя нейтронов, неизвестно, но швед Ричард рекомендовал использовать парафин, графит, бор или кадмий. Как бы то ни было, но пушка Дэвида заработала. В качестве объекта для облучения выступал порошок из декоративных бус, содержащих некоторое количество урана. Как на практике выглядит подобная пушка и как, используя перечисленные материалы, можно собрать некоторое подобие реактора, подробно рассказывается в этом ролике.
Надо сказать, что Дэвид закончил плохо. Он служил во флоте, когда в начале 2000-х годов его нашли журналисты - в то время про него как раз выходила книга "Радиоактивный бойскаут". Дэвид рассказал им, что планирует посвятить свою жизнь ядерной физике. В 2007 году, однако, он был арестован при попытке украсть детекторы дыма из одного здания. После этого он оказался в тюрьме, и с этого момента его следы теряются. Надо сказать, что на фотографиях в день задержания Дэвид Кан выглядел очень неважно - многие полагают, из-за неугасшей одержимости радиоактивными материалами, которые окончательно подорвали ему здоровье.
Шведский реакторостроитель
Ричард начал вести свой блог (довольно, надо сказать, бессодержательный) в мае 2011 года, причем с самого начала объявил, что строит свой реактор просто так, ради забавы.
Далее, в течение нескольких постов он, как это принято у большинства блогеров, то есть без всяких ссылок, описывает способы получения радия, тория и америция, которыми пользовался Дэвид Кан. Есть в блоге даже упоминание о пресловутых бусинах, в которых содержится уран. При этом никаких результатов экспериментов или хотя бы изображения реактора в его блоге так и не появилось. Максимум, что там есть - это несколько моделей нейтронных пушек, одна из которых собрана в пластиковом медицинском пузырьке.
Наконец, предпоследний пост (21 мая) был посвящен тому, что Ричард попытался "сварить" америциум, радий и бериллий в кислоте, чтобы они лучше смешались (вероятно, для создания нейтронной пушки), однако это привело к взрыву. Последнее сообщение в блоге датируется 21 июля. В нем автор пишет, что был задержан полицией, а все радиоактивные материалы у него конфисковали.
Эта информация совпадает с версией, представленной в местной газете Helsingborgs Dagblad, которая и стала, судя по всему, источником сенсационной новости. По данным издания, молодой мужчина сам обратился в Комитет по ядерной энергетике с вопросом, не нарушает ли он закон, сооружая у себя на кухне ядерный реактор. Оказалось, что нарушает - именно так Ричард и очутился в полиции.
Вот такая история. Так как в течение двух месяцев Ричард ничего не писал в блоге, никаких особых успехов в построении реактора, видимо, он не достиг. Да и вообще, слишком большое сходство экспериментов Ричарда с историей Радиоактивного бойскаута заставляет усомниться в реальности предпринятой им попытки. Одно можно сказать точно уже сейчас: сенсация не состоялась.
Ядерные "чудеса" рядом с нами
Старый детектор дыма. Здесь америций
Бериллий
Из этих сеточек можно извлечь торий
Нейтронная пушка
Стрелки часов с радием
Брелок с тритием
Немного урана в бусинке
1. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга работает от нагревания «атомным паром» 2. Индукционный генератор дает около 2 Вт электроэнергии для питания лампы накаливания 3. Характерное голубое свечение — это черенковское излучение электронов, выбитых из атомов гамма-квантами. Может служить в качестве отличного ночника!
Для детей от 14 лет Юный исследователь сможет самостоятельно собрать пусть и маленький, но настоящий ядерный реактор, узнать, что такое мгновенные и запаздывающие нейтроны, и увидеть динамику разгона и торможения цепной ядерной реакции. Несколько простых опытов с гамма-спектрометром позволят разобраться с наработкой различных продуктов деления и поэкспериментировать с воспроизводством топлива из модного ныне тория (кусочек сульфида тория-232 прилагается). Входящая в комплект книга «Основы ядерной физики для самых маленьких» содержит описание более 300 опытов с собранным реактором, так что простор для творчества огромен
Исторический прототип Набор Atomic Energy Lab (1951) давал возможность школьникам приобщиться к самой передовой области науки и технологии. Электроскоп, камера Вильсона и счетчик Гейгера-Мюллера позволяли провести множество интереснейших опытов. Но, конечно, не настолько интересных, как сборка действующего реактора из российского набора «Настольная АЭС»!
В 1950-х годах, с появлением атомных реакторов, перед человечеством, казалось бы, замаячили блестящие перспективы решения всех энергетических проблем. Инженеры-энергетики проектировали атомные электростанции, судостроители — атомные электроходы, и даже автоконструкторы решили присоединиться к празднику и использовать «мирный атом». В обществе возник «атомный бум», и промышленности стало не хватать квалифицированных специалистов. Требовался приток новых кадров, и была развернута серьезная образовательная компания не только среди студентов университетов, но и среди школьников. Например, A.C. Gilbert Company выпустила в 1951 году детский набор Atomic Energy Lab, содержащий несколько небольших радиоактивных источников, необходимые приборы, а также образцы урановой руды. Этот «наисовременнейший научный набор», как было написано на коробке, позволял «юным исследователям провести более 150 захватывающих научных экспериментов».
Кадры решают все
За прошедшие полвека ученые получили несколько горьких уроков и научились строить надежные и безопасные реакторы. И хотя сейчас в этой области наблюдается спад, вызванный недавней аварией на Фукусиме, вскоре он вновь сменится подъемом, и АЭС по‑прежнему будут рассматриваться как чрезвычайно перспективный способ получения чистой, надежной и безопасной энергии. Но уже сейчас в России чувствуется дефицит кадров, как ив 1950-х. Чтобы привлечь школьников и повысить интерес к атомной энергетике, Научно-производственное предприятие (НПП) «Экоатомконверсия», взяв пример с A.C. Gilbert Company, выпустила образовательный набор для детей от 14 лет. Разумеется, наука за эти полвека не стояла на месте, поэтому, в отличие от своего исторического прототипа, современный набор позволяет получить намного более интересный результат, а именно — собрать на столе самый настоящий макет атомной электростанции. Разумеется, действующий.
Грамотность с пеленок
«Наша компания родом из Обнинска- города, где атомная энергия знакома и привычна людям чуть ли не с детского сада, — объясняет «ПМ» научный руководитель НПП «Экоатомконверсия» Андрей Выхаданко. — И все понимают, что бояться ее совершенно не надо. Ведь по‑настоящему страшна лишь неизвестная опасность. Поэтому мы и решили выпустить этот набор для школьников, который позволит им вдоволь поэкспериментировать и изучить принципы работы атомных реакторов, не подвергая себя и окружающих серьезному риску. Как известно, знания, полученные в детстве, самые прочные, так что выпуском этого набора мы надеемся значительно понизить вероятность повторения Чернобыля или
Фукусимы в будущем».
Ненужный плутоний
За годы работы множества АЭС скопились тонны так называемого реакторного плутония. Он состоит в основном из оружейного Pu-239, содержащего около 20% примеси других изотопов, в первую очередь Pu-240. Это делает реакторный плутоний абсолютно непригодным для создания ядерных бомб. Отделение примеси оказывается весьма сложным, так как разница масс между 239-м и 240-м изотопами — всего 0,4%. Изготовление ядерного топлива с добавкой реакторного плутония оказалось технологически сложным и экономически невыгодным, так что этот материал остался не у дел. Именно «бросовый» плутоний и использован в «Наборе юного атомщика», разработанном НПП «Экоатомконверсия».
Как известно, для начала цепной реакции деления ядерное топливо должно иметь определенную критическую массу. Для шара из оружейного урана-235 она составляет 50 кг, из плутония-239 — только 10. Оболочка из отражателя нейтронов, например бериллия, может снизить критическую массу в несколько раз. А использование замедлителя, как в реакторах на тепловых нейтронах, снизит критическую массу более чем в десять раз, до нескольких килограммов высокообогащенного U-235. Критическая масса Pu-239 и вовсе составит сотни граммов, и именно такой сверхкомпактный реактор, умещающийся на столе, разработали в «Экоатомконверсии».
Что в сундучке
Упаковка набора скромно оформлена в черно-белых тонах, и лишь неяркие трехсегментные значки радиоактивности несколько выделяются на общем фоне. «Никакой опасности на самом деле нет, — говорит Андрей, указывая на слова «Совершенно безопасно!», написанные на коробке. — Но таковы требования официальных инстанций». Коробка тяжеленная, что неудивительно: в ней находится герметичный транспортировочный свинцовый контейнер с тепловыделяющей сборкой (ТВС) из шести плутониевых стержней с циркониевой оболочкой. Помимо этого набор включает внешний корпус реактора из термостойкого стекла с химической закалкой, крышку корпуса со стеклянным окном и гермовводами, корпус активной зоны из нержавеющей стали, подставку под реактор, управляющий стержень-поглотитель из карбида бора. Электрическая часть реактора представлена свободнопоршневым двигателем Стирлинга с соединительными полимерными трубками, маленькой лампой накаливания и проводами. В комплект также входят килограммовый пакет с порошком борной кислоты, пара защитных костюмов с респираторами и гамма-спектрометр со встроенным гелиевым детектором нейтронов.
Постройка АЭС
Сборка действующего макета АЭС по прилагаемому руководству в картинках очень проста и занимает менее получаса. Надев стильный защитный костюм (он нужен только на время сборки), вскрываем герметичную упаковку с ТВС. Затем вставляем сборку внутрь корпуса реактора, накрываем корпусом активной зоны. Под конец защелкиваем сверху крышку с гермовводами. В центральный нужно вставить до конца стержень-поглотитель, а через любой из двух других заполнить активную зону дистиллированной водой до черты на корпусе. После заполнения к гермовводам подключаются трубки для пара и конденсата, проходящие через теплообменник двигателя Стирлинга. Сама АЭС на этом закончена и готова к запуску, остается лишь поместить ее на специальную подставку в аквариум, заполненный раствором борной кислоты, который отлично поглощает нейтроны и защищает юного исследователя от нейтронного облучения.
Три, два, один — пуск!
Подносим гамма-спектрометр с датчиком нейтронов вплотную к стенке аквариума: небольшая часть нейтронов, не представляющая угрозы для здоровья, все-таки выходит наружу. Медленно поднимаем регулировочный стержень до начала быстрого роста потока нейтронов, означающего запуск самоподдерживающейся ядерной реакции. Остается только дождаться выхода на нужную мощность и на 1 см по меткам вдвинуть стержень назад, чтобы скорость реакции стабилизировалась. Как только начнется кипение, в верхней части корпуса активной зоны появится прослойка пара (перфорация в корпусе не позволяет этой прослойке оголить плутониевые стержни, что могло бы привести к их перегреву). Пар по трубке идет вверх, к двигателю Стирлинга, там он конденсируется и стекает по выходной трубке вниз внутрь реактора. Разность температур между двумя концами двигателя (один нагревается паром, а другой охлаждается комнатным воздухом) преобразуется в колебания поршня-магнита, а тот, в свою очередь, наводит переменный ток в окружающей двигатель обмотке, зажигая атомный свет в руках юного исследователя и, как надеются разработчики, атомный интерес в его сердце.
Примечание редакции: данная статья опубликована в апрельском номере журнала и является первоапрельским розыгрышем.
Может ли здание полностью обеспечивать себя электричеством, теплом, горячей водой и при этом еще продавать часть лишней энергии на сторону?
Конечно! Если вспомнить о старом, исключительно добром атоме и снабдить дом миниатюрным ядерным реактором. А как же экология и безопасность? Оказывается, и эти проблемы вполне можно решить, используя современные технологии. Именно так считают специалисты Министерства Энергетики США, занятые реализацией концепции т.н. «запечатанного» реактора.
Сама идея создания подобного устройства возникла еще около десяти лет назад в качестве рецепта для эффективного энергообеспечения развивающихся стран. Ее ключевым элементом является «малый запечатанный транспортабельный автономный реактор» (SSTAR), разработанный в Ливерморской Национальной лаборатории им. Лоуренса (Калифорния).
Особенностью этого изделия является полная невозможность извлечения радиоактивного вещества (не говоря уже о возможности его утечки). Это предполагалось основным условием для поставок устройств в государства т.н. «третьего» мира, дабы исключить соблазн использовать его содержимое для создания ядерного оружия. Полностью герметичный корпус, снабженный надежной системой сигнализации при попытке вскрытия, а внутри его – реактор с парогенератором, запечатанные как джинн в бутылке.
По мере углубления противоречий на мировом рынке энергоносителей, рынок все настойчивее диктует спрос на системы автономного энергообеспечения. С правовой же точки зрения широкое использование малогабаритных реакторов в развитых странах обещает гораздо меньше трудностей, нежели их поставки в страны развивающиеся. Как следствие, мечта о микро-АЭС все больше трансформируется в идею создания точечного генератора энергии на «вечном» топливе.
Существующие технологии использования SSTAR не предусматривают перезарядки активной зоны, а предполагаемый срок непрерывной работы составляет 30 лет. По истечении этого периода весь блок предлагается попросту заменять новым. Заметим, что реактор мощностью в 100 мегаватт вполне умещается в «бутылку» высотой в 15 и диаметром в 3 метра.
Эти показатели, весьма скромные для электростанции, представляются все же значительными, если речь идет про энергообеспечение отдельных объектов. Однако творческое развитие проекта показало возможности существенного уменьшения массо-габаритных характеристик при адекватном снижении мощности.
В дальнейшем конструкторы намерены продолжить работы по миниатюризации энергоблока и совершенствованию систем управления. Еще одним важным направлением является продление сроков работы «ядерной таблетки» до 40-50 лет, для чего внутри ее предполагается установка дополнительных экранирующих систем.
Итак, не исключено, что уже в ближайшем будущем практически вечный источник энергии можно будет устанавливать прямо в подвале каждого дома.
