[Strazh]

Существует четыре вида использования ядерной энергии.
1. Ядерные реакции на быстрых либо медленных нейтронах (как правило это ядерные реакторы на уране и плутонии). Нагрев рабочего тела (вода, натрий, парафины) до парообразования и дальнейшее преобразование энергии пара в электричество посредством турбин. Масса исчисляется минимум парой десятков тонн, объём от 100 кубометров.
2. Изотопные источники энергии. (Торий, радий, цезий кобальт, уран...) съём энергии как правило осуществляется термоэлементами или солнечными батареями для высокоэнергетической области спектра, реже парогенераторами. Размеры от половины кубического сантиметра, до пяти кубометров.
3. Термоядерный синтез. На службу пока не поставлен, сплошная экспериментальная техника. Съём энергии в зависимости от типа установки, в том числе индуктивный. Размеры... Очень сложный вопрос. Рассказывают только о крупных установках. Но нет теоретических препятствий и для изготовления карманных батареек, препятствия только практические в виде отсутствия подходящих материалов и точности изготовления деталей.
4. Реакция прямого преобразования вещества в энергию. Существует два типа преобразования. Аннигиляция (энергия выделяется при смешивании материи с антиматерией) и прямое преобразование массы. Прямое преобразование то ли не изучается, то ли засекречено (что логично), но следствия некоторых исследовательских работ по полупроводникам показывают такую возможность.

Далее буду выкладывать в этой теме материалы посвящённые ядерной энергетике во всех видах.

[Strazh]

Существует открытая литература по эксплуатации АЭС.

[Strazh]

Учебник по получению топлива. Особенности паровых турбин.

[Strazh]

По термоядерному синтезу в основном теория. И обобщённые описания установок.

[Strazh]

Изотопные батареи (широко используемые)

Полониевая батарея. Источник энергии – полоний 210. Его распад сопровождается гамма-излучением слабой интенсивности. Период полураспада относительно небольшой, что делает такой источник энергии практически безопасным в использовании.   Стандартные источники с тепловой мощностью 10 Вт уже через 12 лет абсолютно безвредны для окружающей среды и не считаются радиоактивными отходами. Такие батареи были установлены в космических аппаратах типа «Космос» и на «Луноходах» в качестве источника тепла для поддержания нормального функционирования аппаратуры в приборном отсеке.
 
   Цериевая батарея. Источник тепла – радиоактивный изотоп Церий-144. Предназначается для питания радиопередатчиков и автоматических метеостанций. Стандартная мощность 200 Вт, а срок полураспада 285 суток.
   
   Плутониевая батарея. Четыре килограмма оксида плутония имеют мощность 60 Вт и работают в течение 10 лет – отличное устройство для использования в космической сфере. Такие элементы использовались для питания космических аппаратов «Викинг», которые проводили исследования на поверхности Марса.
   
   Прометиевая батарея. Электрический ток возникает вследствие бетавольтэффекта, во время которого пограничный слой полупроводника ионизируется бета-излучением прометия. Такие батареи практически не дают гамма-лучей, а мягкое бета-излучение задерживается корпусом батарей и слоем фосфора. Длительность работы примерно два с половиной года, а 5мг оксида прометия дают энергию в 8 Вт.
 

[Strazh]

Реакторный модуль Hyperion обладает столь небольшими габаритами, что его вполне можно было бы смонтировать в подвале дома, это цилиндр диаметром 2 метра и высотой 2,5 метра.
Hyperion — необычайно компактная установка, питаемая низкообогащённым ураном. Она способна выдавать электрическую мощность 25-27 мегаватт, которых хватит на 20 тысяч среднестатистических домохозяйств или не слишком крупное промышленное предприятие. Цена «ядерного» электричества от этого устройства составит 10 центов за киловатт-час, обещают разработчики.
Но, может, сами эти «реакторы будущего» баснословно дороги? Нет. Джон Дил (John Deal), исполнительный директор Hyperion, говорит: «Они будут стоить примерно $25 миллионов. Для сообщества в 10 тысяч домохозяйств это окажется весьма доступным приобретением — всего $2500 на дом».
Помимо стального корпуса Hyperion облачён ещё и в бетонную оболочку. Наружу выходят только несколько труб. Интересно, что для перегрузки ядерного топлива весь реакторный модуль предполагается демонтировать и отвозить на завод-изготовитель, а потом (со свежим «зарядом») – обратно. Благо этот реактор легко транспортировать на грузовике, самолёте или судне. Накладно? Зато очень безопасно. Для конечного пользователя этот агрегат будет «невскрываемым ящиком»

 Но это только начало. Hyperion Power Generation намерена открыть три завода в разных частях света, чтобы в период c 2013 по 2023 год выпустить 4000 таких установок.

[Iaroslav]

В сети нашлась информация по т.н. "Радиоактивному Бойскауту" - америкосову школьнику, который в 93м году умудрился создать дома ядерный реактор. Правда, сделал это он несколько кривовато, так и не получив собственно реактора, зато сделав мощный источник радиации (если интересно, подробности можно почитать в википедии или в журнале "Огонёк" за 2003й.).
Но, имхо, очень важен и примечателен тот факт, что он сумел надыбать необходимые для реактора материалы сравнительно просто и дёшево. Мало того, в том же "Огоньку" даже приведено описание чего именно и как он добывал. Собственно само описание в цитате ниже.

Начальник отдела производства и распределения радиоизотопов Комиссии по ядерному урегулированию Дональд Эрб сразу проникся к «профессору» Хану глубокой симпатией и вступил с ним в длительную научную переписку. Довольно много информации «учитель» Хан получил из обычной прессы, которую он завалил вопросами типа: «Расскажите, пожалуйста, как производится такое-то вещество?»
Уже спустя неполных три месяца Дэвид имел в своем распоряжении список, состоявший из 14 необходимых изотопов. Еще месяц ушел на то, чтобы выяснить, где эти изотопы можно найти. Как оказалось, америций-241 применялся в дымовых датчиках, радий-226 -- в старых часах со светящимися стрелками, уран-235 -- в черной руде, а торий-232 -- в сетках-рассекателях газовых фонарей.
Начать Дэвид решил с америция. Первые дымовые датчики он украл ночью из палаты бойскаутского лагеря в то время, когда остальные мальчики отправились в гости к жившим неподалеку девочкам. Однако десяти датчиков для будущего реактора было крайне мало, и Дэвид вступил в переписку с компаниями-производителями, одна из которых согласилась продать настырному «педагогу» для лабораторных работ сто бракованных приборов по цене $1 за штуку.
Мало было датчики получить, надо было еще понять, где у них там америций находится. Для того чтобы получить ответ на этот вопрос, Дэвид связался с другой фирмой и, представившись директором строительной компании, сказал, что он хотел бы заключить договор на поставку крупной партии датчиков, но ему рассказали, что при его производстве используется радиоактивный элемент, и теперь он боится, что радиация «просочится» наружу. В ответ на это милая девушка из отдела по работе с клиентами сообщила, что, да, радиоактивный элемент в датчиках присутствует, но «...для тревоги причин нет, так как каждый элемент запакован в специальную, устойчивую к коррозии и повреждениям золотую оболочку».
Извлеченный из датчиков америций Дэвид поместил в свинцовый корпус с крошечным отверстием в одной из стенок. По замыслу создателя, из этого отверстия должны были выходить альфа-лучи, являющиеся одним из продуктов распада америция-241. Альфа-лучи, как известно, представляют собой поток нейтронов и протонов. Для того чтобы отфильтровать последние, Дэвид поставил перед отверстием лист алюминия. Теперь алюминий поглощал протоны и давал на выходе относительно чистый нейтронный луч.
Для дальнейшей работы ему требовался уран-235. Сначала мальчик решил найти его самостоятельно. Он исходил со счетчиком Гейгера в руках все ближайшие окрестности, надеясь найти хоть что-нибудь, напоминающее черную руду, однако самое большое, что ему удалось отыскать, это пустой контейнер, в котором когда-то эту руду перевозили. И юноша опять взялся за перо.
На этот раз он связался с представителями чешской фирмы, занимавшейся продажей небольших партий урансодержащих материалов. Фирма незамедлительно выслала «профессору» несколько образцов черной руды. Дэвид же незамедлительно раздолбил образцы в пыль, которую затем, в надежде выделить чистый уран, растворил в азотной кислоте. Полученный раствор Дэвид пропустил через кофейный фильтр, надеясь, что куски нерастворенной руды осядут в его недрах, в то время как уран пройдет через него свободно. Но тут его постигло жуткое разочарование: как оказалось, он несколько переоценил способность азотной кислоты растворять уран, и весь необходимый металл остался в фильтре. Что делать дальше, мальчик не знал.
Однако он не стал отчаиваться и решил попытать счастья с торием-232, который потом, с помощью той же нейтронной пушки, планировал превратить в уран-233. На складе уцененных товаров он купил около тысячи ламповых сеток-рассекателей, которые паяльной лампой пережег в золу. Затем он на тысячу долларов накупил литиевых батареек, кусачками извлек из них собственно литий, смешал его с золой и нагрел в пламени паяльной лампы. В результате литий отобрал из золы кислород, а Дэвид получил торий, уровень очистки которого в 9000 раз превышал уровень его содержания в природных рудах и в 170 раз -- уровень, который требовал лицензирования от Комиссии по ядерному урегулированию. Теперь оставалось только направить нейтронный луч на торий и ждать, когда он превратится в уран.
Однако тут Дэвида ждало новое разочарование: мощности его «нейтронной пушки» явно не хватало. Для того чтобы повысить «боеспособность» оружия, нужно было подобрать америцию достойную замену. Например, радий.
С ним все было несколько проще: вплоть до конца 60-х светящейся радиевой краской покрывались стрелки часов, автомобильные и самолетные приборы и прочие вещи. И Дэвид отправился в экспедицию по автомобильным свалкам и антикварным магазинам. Как только ему удавалось отыскать что-нибудь люминесцентное, он тут же приобретал эту вещь, благо старые часы много не стоили, и аккуратно соскребал с них краску в специальный пузырек. Работа шла чрезвычайно медленно и могла растянуться на многие месяцы, если бы Дэвиду не помог случай. Как-то, проезжая на своем стареньком «понтиаке-6000» по улице родного городка, он обратил внимание, что смонтированный им на приборной панели счетчик Гейгера внезапно заволновался и заверещал. Недолгие поиски источника радиоактивного сигнала привели его в антикварный магазин миссис Глории Генетт. Тут он нашел старые часы, у которых радиевой краской был закрашен весь циферблат. Заплатив $10, юноша унес часы домой, где и подверг их вскрытию. Результаты превзошли все ожидания: кроме окрашенного циферблата, он нашел спрятанный за задней стенкой часов полный флакончик радиевой краски, по-видимому, оставленный там забывчивым часовщиком.
Для того чтобы получить чистый радий, Дэвид использовал сульфат бария. Смешав барий и краску, он расплавил получившийся состав, а расплав опять же пропустил через кофейный фильтр. На этот раз у Дэвида все получилось: барий абсорбировал примеси и застрял в фильтре, в то время как радий прошел через него беспрепятственно.

И каким образом собирал.

Как и прежде, Дэвид поместил радий в свинцовый контейнер с микроскопическим отверстием, только на пути луча, по совету его старого друга из Комиссии по ядерному урегулированию доктора Эрба, он поставил не алюминиевую пластину, а бериллиевый экран, украденный из школьного кабинета химии. Полученный нейтронный луч он направил на торий и на урановый порошок. Однако если радиоактивность тория понемногу начала расти, то уран оставался без изменений.
И тут на помощь шестнадцатилетнему «профессору» Хану вновь пришел доктор Эрб. «Нет ничего удивительного, что в вашем случае ничего не происходит, -- разъяснил он лжепедагогу ситуацию. -- Описанный вами нейтронный луч слишком быстр для урана. В таких случаях для его замедления используются фильтры из воды, дейтерия или, скажем, трития». В принципе Дэвид мог использовать воду, но он счел это компромиссом и пошел по другому пути. Используя прессу, он выяснил, что тритий используется при производстве светящихся прицелов для спортивных ружей, луков и арбалетов. Далее его действия были просты: юноша покупал в спортивных магазинах луки и арбалеты, счищал с них тритиевую краску, нанося вместо нее обычный фосфор, и сдавал товар обратно. Собранным тритием он обработал бериллиевый экран и вновь направил нейтронный поток на урановый порошок, уровень радиации которого уже через неделю значительно вырос.
Наступила очередь создания самого реактора. За основу скаут взял модель реактора, используемого при получении оружейного плутония. Дэвид, которому к тому времени было уже семнадцать, решил использовать накопленный материал. Совершенно не заботясь о безопасности, он извлек из своих пушек америций и радий, смешал их с алюминиевым и бериллиевым порошком и завернул «адскую смесь» в алюминиевую фольгу. То, что еще недавно было нейтронным оружием, превратилось теперь в ядро для импровизированного реактора. Получившийся шар он обложил обернутыми также в фольгу чередующимися кубиками с ториевой золой и урановым порошком и сверху обмотал всю конструкцию толстым слоем скотча.

В связи с вышеизложеным возникает закономерный вопрос: а реально ли повторить эксперимент с необходимыми поправками (как на конструкцию - что б заработало, так и на отечественные реалии в поисках материалов) и получить, в итоге, собственно реактор? Да и вообще, нет ли в вышеизложенном описании серьёзных ляпов, которые превращают вышеизложенный текст в утку газетную, наукообразную?

[Labris]

У меня, вроде, есть знакомые-ядерщики. Поинтересуюсь. Но, возможно, следует рассмотреть метод инициации ядерной реакции в докритических массах с помощью потока частиц. И в плане реализуемости, и в плане КПД.

[Iaroslav]

Давай. А то, глядишь, и выяснится что проблему с электроэнергией удастся решить просто и качественно.

[Strazh]

Но, возможно, следует рассмотреть метод инициации ядерной реакции в докритических массах с помощью потока частиц. И в плане реализуемости, и в плане КПД.

Рассматривался в районе 60-х годов или даже раньше. КПД был признан нерентабельным. Но если появились новые исследования на эту тему, то с удовольствием ознакомлюсь.

[Iaroslav]

Страж, а из идей вышеописанного американского товарища можешь что-нибудь прокомментировать?

[Strazh]

Могу. Мало изготовить делящееся ядро реактора. Необходимо отвести от него энергию в подходящей форме. То есть электричество получить. Основная проблема в этом, ну и в получении делящихся материалов само собой.

[Labris]

От него и отводят. Описан лишь реактор. Предполагаю, что он - простейший, водо-водяной. Возможно, натрий-водяной, но в приведённой цитате ведь нет ни слова ни о контурах, ни о турбинах. Речь идёт о ТРУБАХ, значит, эти агрегаты ещё нужно подключить (о чём мило умолчали). Это значит, что к реактору надо добавить машинный зал, и, скорее всего, охладители. При таком раскладе реактор вовсе не выглядит миниатюрным. Примерно такой, как корабельные. У нас была система в 60-х годах, реактор со всей машинерией на 4 армейских транспортёрах вроде ГТС-ов. По мне, так она выйдет компактнее и ремонтопригоднее.

[Iaroslav]

Ну, там как-раз весь фэйл товарища в том, что сделанное им только успешно загаживало радиацией окружающую среду но совершенно не грело.
Впрочем, судя по описанию, он до водяных контуров особо и не додумался... Ровно как и достаточно эффективной оболочке. Ибо, походу, его интересы лежали в весьма узкой области (собственно оно и понятно - речь то идёт об америке).
Собственно о чём-то подобном и упоминается в статье на "Огоньке".

Конечно, «реактор» был далек от того, что можно считать «промышленным образцом». Сколь-нибудь ощутимого тепла он не давал, зато его радиационное излучение росло не по дням, а по часам. Вскоре уровень радиации вырос настолько, что дэвидов счетчик начинал тревожно трещать уже в пяти кварталах от дома матери. Только тогда юноша понял, что он собрал в одном месте слишком много радиоактивного материала и с такими играми пора завязывать.

Но, имхо, имея ощутимую теплоотдачу всё-таки уже можно говорить о реакторе. В конце-концов не обязательно заворачиваться с турбиной и водяными контурами - можно, например, получать электричество по принципу термопары. Или по вышеописанному бетавольтэффекту. Вот этому вот:

   
   Прометиевая батарея. Электрический ток возникает вследствие бетавольтэффекта, во время которого пограничный слой полупроводника ионизируется бета-излучением прометия. Такие батареи практически не дают гамма-лучей, а мягкое бета-излучение задерживается корпусом батарей и слоем фосфора. Длительность работы примерно два с половиной года, а 5мг оксида прометия дают энергию в 8 Вт.
 

[Labris]

Это конечно всё прекрасно. А о ценах мы знаем на эти изотопы? Тот же полоний, к примеру? )))