Поради факта, че ядреното гориво е по-ефективно от всички други видове гориво, които имаме днес, голямо предпочитание се дава на всичко, което може да работи с помощта на ядрени инсталации (атомни електроцентрали, подводници, кораби и др.). Ще говорим за това как се произвежда ядрено гориво за реактори по-късно.
Уранът се добива по два основни начина:
1) Директен добив в кариери или мини, ако дълбочината на залягане на урана позволява. С този метод, надявам се, всичко е ясно.
2) Подземно излугване. Това е, когато на мястото, където се намира уран, се пробиват кладенци, в тях се изпомпва слаб разтвор на сярна киселина и разтворът вече взаимодейства с урана, комбинирайки се с него. След това получената смес се изпомпва на повърхността и от нея химични методисе отделя уран.
Представете си, че вече сме добили уран в мината и сме го подготвили за по-нататъшни трансформации. На снимката по-долу - така наречената "жълта торта", U3O8. В варел за по-нататъшно транспортиране.
Всичко би било наред и на теория този уран може веднага да се използва за производство на гориво за атомни електроцентрали, но уви. Природата, както винаги, ни даде работа. Факт е, че естественият уран се състои от смес от три изотопа. Това са U238 (99,2745%), U235 (0,72%) и U234 (0,0055%). Тук се интересуваме само от U235 - тъй като той е перфектно разделен от топлинни неутрони в реактор, именно той ни позволява да се насладим на всички предимства на верижната реакция на делене. За съжаление естествената му концентрация не е достатъчна за стабилен и дълга работамодерен реактор на атомна електроцентрала. Въпреки че, доколкото ми е известно, апаратът RBMK е проектиран по такъв начин, че да може да стартира с гориво от естествен уран, но стабилността, дълготрайността и безопасността на работа с такова гориво изобщо не са гарантирани.
Трябва да обогатим урана. Тоест да се повиши концентрацията на U235 от естествена до тази, използвана в реактора.
Например реакторът RBMK работи с уран с обогатяване 2,8%, VVER-1000 - обогатяване от 1,6 до 5,0%. Кораб и кораб ядрени електроцентралияжте гориво с обогатяване до 20%. А някои изследователски реактори работят с гориво с до 90% обогатяване (пример е ИРТ-Т в Томск).
В Русия обогатяването на уран се извършва в газови центрофуги. Тоест жълтият прах, който беше на снимката по-рано, се превръща в газ, уранов хексафлуорид UF6. След това този газ отива в цяла каскада от центрофуги. На изхода от всяка центрофуга, поради разликата в теглото на ядрата U235 и U238, получаваме уранов хексафлуорид с леко повишено съдържание на U235. Процесът се повтаря многократно и в резултат на това получаваме уранов хексафлуорид с необходимото обогатяване. На снимката по-долу можете просто да видите мащаба на каскадата от центрофуги - има много от тях и се простират далеч в далечината.
След това газът UF6 се превръща обратно в UO2 под формата на прах. В крайна сметка химията е много полезна наука и ни позволява да създаваме такива чудеса.
Въпреки това, не е толкова лесно да се излее този прах в реактора. Или по-скоро можете да заспите, но нищо добро няма да излезе от това. Той (прахът) трябва да се доведе до такава форма, че да можем да го спуснем в реактора за дълго време, за години. В този случай самото гориво не трябва да влиза в контакт с охлаждащата течност и да излиза извън ядрото. И на всичкото отгоре, горивото трябва да издържа на много, много тежки налягания и температури, които ще възникнат в него, когато работите вътре в реактора.
Между другото, забравих да кажа, че прахът също не е така или иначе - той трябва да е с определен размер, за да не се образуват ненужни кухини и пукнатини по време на пресоване и синтероване. Първо от праха се правят таблетки чрез пресоване и продължително изпичане (технологията е наистина трудна, ако се счупи горивните таблетки няма да могат да се използват). Ще покажа варианти на таблетите на снимката по-долу.
Отворите и вдлъбнатините на таблетите са необходими за компенсиране на топлинното разширение и радиационната деформация. В реактора с течение на времето таблетките се надуват, огъват, променят размера си и ако нищо не се предвиди, те могат да се срутят и това е лошо.
След това готовите таблетки се опаковат в метални тръби (изработени от стомана, цирконий и неговите сплави и други метали). Тръбите са затворени от двата края и запечатани. Готовата тръба с гориво се нарича горивен елемент - горивен елемент.
Различните реактори изискват горивни пръти с различен дизайн и обогатяване. Горивна пръчка RBMK, например, с дължина 3,5 метра. Горивните пръти, между другото, не са само пръти. като на снимката. Те са ламеларни, пръстени, морето от различни видове и модификации.
След това горивните пръти се комбинират в горивни касети - горивни касети. Горивната касета на реактора РБМК се състои от 18 горивни пръта и изглежда така:
Горивният блок на реактор ВВЕР изглежда така:
Както се вижда, ТВ на реактора ВВЕР се състои от много по-голям брой горивни пръти, отколкото на РБМК.
След това готовият специален продукт (FA) се доставя в атомната електроцентрала при спазване на предпазните мерки. Защо да вземаме предпазни мерки? Ядреното гориво, въпреки че все още не е радиоактивно, е много ценно, скъпо и, ако се борави много невнимателно, може да причини много проблеми. След това се извършва окончателен контрол на състоянието на горивните касети и - зареждане в реактора. Това е всичко, уранът измина дълъг път от руда под земята до високотехнологично устройство в ядрен реактор. Сега той има друга съдба - да се бута няколко години вътре в реактора и да отделя ценна топлина, която водата (или друг охладител) ще отнеме от него.
Пример.
D-T синтеззапочва с атом деутерий и тритий и завършва с атом хелий-4 и неутрон. Първоначална маса 2.013553 + 3.015500 = 5.029053. Крайна маса 4.001506 + 1.008665 = 5.010171. Като извадим втория от първия, откриваме, че масовият дефект е 0,018882. Умножавайки по 931,494028, намираме получената енергия, равна на 17,58847 MeV.
Като странична бележка, синтезът произвежда енергия, тъй като все повече и повече атоми се сливат заедно, докато растат до точката, в която се превърнат в железни атоми. След това сливането на тежки атоми започва да консумира повече енергия, отколкото произвежда.
частици
Тази таблица дава символи за различни частици, които могат да се използват като гориво за термоядрен синтез. Масите на частиците са дадени в случай, че искате да изчислите дефекта на масата за реакциите по-долу и да се изненадате от количеството получена енергия.
Тритият има период на полуразпад от само 12,32 години, което го прави малко труден за използване в космоса, тъй като след дванадесет години ще се разпадне наполовина в хелий-3. Ето защо няма естествени находища на тритий. Повечето конструкции на реактори, използващи тритий, разчитат на тритиеви генератори. Обикновено те са резервоари с течен литий, обграждащи реактора. Литият абсорбира неутрони и се превръща в свеж тритий и хелий-4.
Известният хелий-3, който често се цитира като икономически мотив за изследване на космоса, за съжаление не е толкова добър, колкото може да се мисли. Първо, той отсъства от Земята, което го прави труден за копаене. Някои ентусиасти искат да го копаят на Луната, без да уточняват, концентрацията му там е много малка. За да се получи само един тон хелий-3, е необходимо да се обработят 100 милиона тона лунен реголит. Като алтернатива може да се произвежда във фабрики, но това изисква голям брой неутрони. Най-общо казано, трябва да вземете тритий и да изчакате, докато се разпадне. Огромни количества хелий-3 са налични в атмосферата на Сатурн и Уран, но извличането му оттам изисква подходяща инфраструктура. Концентрацията на хелий-3 в техните атмосфери може да достигне десет части на милион, което е много по-добре, отколкото на Луната. Юпитер също съдържа хелий-3 в атмосферата си, но поради огромната си гравитация извличането му може да бъде много сложно.
Въведение
Тази статия описва на пръв поглед друг начин за използване на енергията от термоядрения синтез за бързи пилотирани космически полети. Предишните усилия по този път бяха безплодни, до голяма степен поради следните две причини. Първо, те се основават на дизайна на термоядрени реактори. Директното прилагане на подходите, използвани в реакторите, води до системи с огромна маса и проблеми с отнемането на енергия. С подробен анализ за най-компактната концепция на TOKMAK, сферичен тор, масата на кораба излезе в района на 4000 тона. Максималната маса за извеждане на ниска референтна орбита с помощта на химически ракети не трябва да надвишава 200 тона.Втората причина е, че всъщност всички предишни системи за задвижване изискваха сложни реакции, произвеждащи в по-голямата си част заредени частици. Това беше необходимо, за да се намалят загубите на енергия чрез неутрони. Най-обещаващите бяха D-3 He и P-11 B. Но тези реакции изискват много по-високи плазмени температури и бяха с порядък по-трудни за постигане от D-T синтеза, който е много по-достъпен и се счита за единствен кандидат за приложение в Земята. Макар и по-малко печеливши, те все пак изискват голямо количествоенергия за поддържане на горенето, което ги прави не по-добри от алтернативните реакции на делене.
Миналите идеи за това как да се използва енергията от термоядрения синтез в космическото задвижване трябва да бъдат преосмислени. Нека да разгледаме какво дава на химическите ракетни двигатели такива предимства. Основната причина е, че енергията, получена от химическата реакция на горене, може да бъде толкова голяма или малка, колкото желаете. От 13 GW за тежка ракета носител Atlas до 130 kW за автомобил. Струва си да се отбележи, че при по-ниска енергия изгарянето е по-ефективно, тъй като температурата може да се повиши, без да се притеснявате за необходимостта от интензивно отделяне на топлина и топлинни повреди, които могат да възникнат при продължителна непрекъсната работа.
Както показаха тестовете на атомни и водородни бомби, изгарянето на ядрено гориво може да произведе енергия с много порядъци по-голяма от същата Атлас. Проблемът е как да се контролира освобождаването на ядрена енергия, за да се постигнат характеристиките, необходими за космически полет: няколко мегавата пламък, ниско специфично тегло α (~ 1 kg/kW) с висок специфичен импулс Isp (> 20 000 m/s). Оказа се, че поне за ядреното делене няма възможност за намаляване до необходимия енергиен мащаб, тъй като е необходима определена критична маса (критична конфигурация), за да започне самоподдържаща се реакция. В резултат на това проекти, използващи реакции на ядрено делене, като Orion, обикновено произвеждат милиони тонове тяга, която е подходяща само за космически кораби с маса от 10 7 kg и повече.
За щастие, мащабът на реакциите на термоядрения синтез може да бъде много по-малък и методи като магнитно инерционния синтез (мангито-инерционен синтез, MIF) ви позволяват да получите големи количества енергия от ядрен материал в системи, които могат да бъдат подходящи за космически задвижващи системи в техния размер, тегло, мощност и цена.
Физика на двигателя
Двигателят е базиран на принципа на триизмерна имплозия (компресия от експлозивна вълна) на метално фолио около FRC плазмоид (Field-reversed configuration – поле с обърната конфигурация) с помощта на магнитно поле. Това е необходимо, за да се постигнат необходимите условия за началото на синтеза, като висока температура и налягане. Този подход за задействане на реакция е разновидност на инерционния синтез. За да разберете грубо как работи, можете да разгледате инерционния контролиран термоядрен синтез (Inertial Confinement Fusion - ICF). ICF термоядрен синтез се постига чрез 3D имплозия на сферична капсула с криогенно гориво с милиметрови размери. Имплозия възниква поради експлозивно изпарение на тялото на капсулата, след като се нагрее от лазерни лъчи, електрони или йони. Нагретият външен слой на капсулата експлодира в посока навън, което произвежда противоположна сила, която ускорява остатъка от материала на капсулата навътре, компресирайки го. Освен това в този случай се появяват ударни вълни, които се движат вътре в целта. С достатъчно мощен набор от ударни вълни, той може да компресира и загрее горивото в центъра толкова много, че да започне термоядрена реакция. Този метод предполага, че инерцията на малка капсула е достатъчна, за да задържи плазмата достатъчно дълго, за да може целият пропелант да реагира и да произведе полезна мощност от G ~ 200 или повече (G = енергия на синтез / енергия на плазма). Подходът на ICF се преследва от Националната администрация за ядрена сигурност (NNSA) от десетилетия, тъй като е нещо като термоядрена бомба в миниатюра. Поради малкия размер и тегло, капсулата трябва да се нагрее до температурата на синтеза в рамките на наносекунди. Оказа се, че най-обещаващото решение на този проблем е масив от импулсни лазери с висока мощност, фокусирани върху капсула с D-T гориво.Искам да отбележа, че когато става въпрос за космически полети, основният показател е Δv - увеличението на скоростта (m / s или km / s). Това е мярка за количеството „усилие“, необходимо за преминаване от една траектория към друга, докато се извършва орбитална маневра. За космически корабняма такива неща като капацитет на горивото, максимално разстояние или максимална скорост, има само Δv. Максималният Δv на кораб може да бъде представен като увеличението на скоростта, което той ще получи, като използва цялото си гориво. Важно е да знаете, че една „мисия“ може да се характеризира според това какво Δv е необходимо за нейното изпълнение. Например, изкачване от Земята, хоманска траектория до Марс и кацане върху нея изисква бюджет Δv от 18 km/s. Ако корабът има запас от Δv, по-голям или равен на Δv на мисията, тогава той може да изпълни тази мисия.
За да разберете Δv на кораба, можете да използвате формулата на Циолковски. 
където:
V - крайна (след развитието на цялото гориво) скорост самолет(Госпожица);
I е специфичният импулс на ракетния двигател (отношението на тягата на двигателя към втория дебит на масата на горивото, скоростта на изтичане на работния флуид от дюзата, m/s);
M 1 - първоначалната маса на самолета (полезен товар + конструкция на апарата + гориво, kg);
M 2 е крайната маса на самолета (полезен товар + конструкция, kg).
Това води до много важно заключение, което може да не е много очевидно на пръв поглед. Ако Δv на мисията е по-малко или равно на специфичния импулс, тогава относителната маса на кораба е голяма и става възможно транспортирането на по-голям полезен товар. Въпреки това, ако Δv на мисията е по-голямо от специфичния импулс, относителната маса започва да намалява експоненциално, превръщайки кораба в огромен резервоар с гориво с малък полезен товар. Всъщност именно поради това междупланетните полети с конвенционални химически двигатели са много трудни.
Планирайте 210-дневен полет до Марс и обратно. 
90-дневна мисия до Марс (ΔV = 13,5 km/s)
Цел: По-добро съотношение на полезен товар към общо тегло.Предимства:
- Няма нужда от допълнителни транспортни мисии
- Опростена архитектура на мисията
- Възможност за донасяне на всички запаси по време на една мисия
- Ниска цена на мисията
- Възможност за стартиране на мисия след едно изстрелване от Земята
30-дневна мисия до Марс (ΔV = 40,9 km/s)
Цел: Най-бързата мисия.Предимства:
- малък риск
- Минимално излагане на радиация
- Архитектура на мисия Аполо
- Ключът към редовното посещение на Марс
- Разработване на технологии, необходими за завладяването на дълбокия космос
В момента НАСА разработва Space Launch System (SLS) - свръхтежка ракета-носител, способна да изстреля от 70 до 130 тона полезен товар в ниска референтна орбита. Това дава възможност само след едно изстрелване на такава ракета-носител да започне 90-дневна мисия до Марс.
И двете мисии имат възможност за директно отмяна и връщане на Земята.
Ключови параметри на мисията
| Предположения за гориво | |
|---|---|
| Цената на йонизацията на материала на облицовката | 75 MJ/kg |
| Ефективност на трансфера на енергия към обвивката (останалата енергия се връща обратно към кондензаторите) | 50% |
| Ефективност на преобразуване в тяга η t | 90% |
| Въведете тегло (съответства на печалба от 50 до 500) | от 0,28 до 0,41 кг |
| фактор на запалване | 5 |
| Коефициент на безопасност (G F =G F(калк.) /2) | 2 |
| Мисия Предположения | |
| Маса на модула на Марс (от Design Reference Architecture 5.0) | 61 т |
| обитаема зона | 31 т |
| Капсула за връщане | 16 т |
| Система за бягство | 14 т |
| Относителна маса на кондензаторите (включва и необходимото окабеляване) | 1 J/g |
| Относителна маса на слънчевите клетки | 200 W/kg |
| Структурен фактор (резервоари, структура, радиатори и др.) | 10% |
| Спирачка с пълно гориво, аероспирачката не е използвана | |
| корабен дизайн | |
| Структура (обтекатели, силови структури, комуникационни канали, автоматизирани системи за управление, батерии) | 6,6 т |
| Литиева система за задържане | 0,1 т |
| Система за генериране и инжектиране на плазма | 0,2 т |
| Механизъм за подаване на гориво | 1,2 т |
| Кондензаторни батерии | 1.8 т |
| Компресионни намотки на обшивката | 0,3 т |
| Окабеляване и силова електроника | 1.8 т |
| Слънчеви панели (180 kW при 200 W/kg) | 1,5 т |
| Система за управление на топлината | 1,3 т |
| Магнитна дюза | 0,2 т |
| Маса на кораба | 15 т |
| Маса на модул Марс | 61 т |
| Литиева работна течност | 57 т |
| общо тегло | 133 т |
Честотата на повторение на импулса, съдейки по плана на изследването, ще бъде по-висока от 0,1 Hz. Ако вземем предвид, че специфичният импулс е 51400 m/s, а масата на работния флуид е 0,37 kg на импулс, тогава можем да изчислим импулса p = mv = 19018 kg m/s. Според закона за запазване на импулса скоростта на кораба ще се увеличи с p/M = 19018/133000 = 0,14 m/s. Ако вземем радиуса на дюзата за 1 m, тогава разширяващите се газове ще окажат натиск върху нея в областта t = r / v = 1/51400 = 0,00002 s. Следователно ускорението ще бъде в областта a = dv / dt = 0,14 / 0,00002 = 7000 m / s 2. Очевидно е, че ще се използват или амортисьори, както в проекта Daedalus, или друго техническо решение за изглаждане на импулса.
Тагове: Добавете тагове
Принципът на действие и устройството на TNRD
В момента се предлагат 2 варианта за дизайн на TNRD:
TNRD, базиран на термоядреен реактор с магнитно задържане на плазмата
В първия случай принципът на действие и устройството на TNRD са следните: основната част на двигателя е реактор, в който протича контролирана реакция на термоядрен синтез. Реакторът представлява куха "камера" с цилиндрична форма, отворена от едната страна, т.нар. съоръжение за синтез с отворен капан (наричано още магнитна бутилка или корктрон). "Камерата" на реактора не е задължително (и дори нежелателно) да бъде напълно запечатана, най-вероятно това ще бъде лека, стабилна по размери ферма, носеща намотките на магнитната система. В момента за най-обещаваща се смята т.нар. „амбиполярно задържане“ или „магнитни огледала“ (англ. тандемни огледала), въпреки че са възможни други схеми за ограничаване: газови динамични капани, центробежно ограничаване, обърнато магнитно поле (FRC). от съвременни оценки, дължината на реакционната "камера" ще бъде от 100 до 300 м с диаметър 1-3 м. В камерата на реактора се създават условия, достатъчни за започване на термоядрен синтез на компонентите на избраната горивна двойка (температури на от порядъка на стотици милиони градуси, фактори на критерия на Лоусън). Термоядреното гориво - предварително нагрята плазма от смес от горивни компоненти - се подава в камерата на реактора, където протича постоянна реакция на термоядрен синтез. Генераторите на магнитни полета (магнитни намотки с една или друга конструкция), заобикалящи ядрото, създават полета с висока интензивност и сложна конфигурация в камерата на реактора, които предпазват високотемпературната термоядрена плазма от контакт със структурата на реактора и стабилизират процесите, протичащи в него. По надлъжната ос на реактора се образува зона на термоядрено "изгаряне" (плазмен факел). Получената плазма, направлявана от системи за магнитно управление, изтича от реактора през дюза, създавайки реактивна тяга.
Трябва да се отбележи възможността за "многорежимна" работа на TNRD. Чрез инжектиране на относително студено вещество в струята на плазмена горелка е възможно рязко да се увеличи общата тяга на двигателя (поради намаляване на специфичния импулс), което ще позволи на кораб с TNF ефективно да маневрира в гравитационни полета на масивни небесни тела, като големи планети, където често се изисква голяма обща тяга на двигателя. Според общи оценки TNRD на такава схема може да развие тяга от няколко килограма до десетки тона със специфичен импулс от 10 000 секунди до 4 милиона секунди. За сравнение, специфичният импулс на най-модерните химически ракетни двигатели е около 450 секунди.
TNRD на базата на инерционни системи за синтез (импулсен термоядрен реактор)
Двигателят от втори тип е инерционен импулсен термоядрен двигател. В такъв реактор протича контролирана термоядрена реакция в импулсен режим (части от микросекунда с честота 1-10 Hz), с периодично компресиране и нагряване на микроцели, съдържащи термоядрено гориво. Първоначално е трябвало да се използва лазерно-термоядрен двигател (LTYARD). Такъв LTYARD беше предложен по-специално за междузвездна автоматична сонда в проекта Daedalus. Основната му част е реактор, работещ в импулсен режим. Термоядреното гориво (например деутерий и тритий) се подава в сферичната камера на реактора под формата на мишени - сложна структура от сфери от смес от замразени горивни компоненти в обвивка с диаметър няколко милиметра. Във външната част на камерата има мощни - от порядъка на стотици теравати - лазери, чийто наносекунден импулс на излъчване през оптически прозрачни прозорци в стените на камерата поразява целта. В същото време на повърхността на мишената моментално се създава температура от над 100 милиона градуса при налягане от около милион атмосфери - условия, достатъчни за започване на термоядрена реакция. Има термоядрен микровзрив с мощност няколкостотин килограма тротил. Честотата на такива експлозии в камерата в проекта Daedalus е около 250 в секунда, което изисква доставка на горивни цели със скорост над 10 km / s с помощта на EM пистолет. Разширяващата се плазма изтича от отворената част на камерата на реактора през подходящо проектирана дюза, създавайки реактивна тяга. Понастоящем вече е теоретично и практически доказано, че лазерният метод за компресия/нагряване на микроцели е безизходен - включително е практически невъзможно да се изградят лазери с такава мощност с достатъчен ресурс. Ето защо понастоящем за инерционния термоядрен синтез вариантът с йонно-лъчево компресиране/нагряване на микромишените се счита за по-ефективен, компактен и с много по-дълъг ресурс.
И все пак има мнение, че TNRD на принципа на инерционния импулс е твърде тромав поради много големите мощности, циркулиращи в него, с по-лош специфичен импулс и тяга от TNRD с магнитно задържане, което се дължи на импулса- периодичен тип на действието му . Идеологически експлозивните ракети с термоядрени заряди от типа на проекта Orion са присъединени към TNRD на принципа на инерционния импулс.
Типове реакции и термоядрено гориво
TJARD може да използва различни видоветермоядрени реакции в зависимост от вида на използваното гориво. По-специално, следните видове реакции са фундаментално осъществими в момента:
Реакция на деутерий + тритий (D-T гориво)
2 H + 3 H = 4 He + n при изходна енергия от 17,6 MeV
Тази реакция се осъществява най-лесно по отношение на модерни технологии, дава значителен добив на енергия, горивните компоненти са сравнително евтини. Недостатъкът му е много голям добив на нежелано (и безполезно за директно създаване на тяга) неутронно лъчение, което отнема по-голямата част от реакционната мощност и рязко намалява ефективността на двигателя. Тритият е радиоактивен, неговият полуживот е около 12 години, тоест дългосрочното му съхранение е невъзможно. В същото време е възможно да се обгради деутериево-тритиевият реактор с обвивка, съдържаща литий: последният, облъчван от неутронен поток, се превръща в тритий, което до известна степен затваря горивния цикъл, тъй като реакторът работи в режимът на развъдник. Така горивото за реактора D-T всъщност е деутерий и литий.
Реакция деутерий + хелий-3
2 H + 3 He = 4 He + p. при изходна енергия от 18,3 MeV
Условията за постигането му са много по-трудни. Хелий-3 също е рядък и изключително скъп изотоп. AT индустриален мащабв момента не се произвежда. Въпреки че изходната енергия D-T реакциипо-горе, D-3 He реакцията има следните предимства:
Намален неутронен поток, реакцията може да се класифицира като "без неутрони",
По-малко радиационно екранираща маса,
По-малка маса на магнитните бобини на реактора.
При реакцията D-3He само около 5% от мощността се отделя под формата на неутрони (срещу 80% за D-T реакцията) Около 20% се освобождава под формата на рентгенови лъчи. Цялата останала енергия може директно да се използва за създаване на реактивна тяга. По този начин реакцията D-3He е много по-обещаваща за използване в реактора TNRD.
Други видове реакции
Реакцията между ядрата на деутерия (D-D, монопропелант) D + D -> 3 He + n при изходна енергия от 3,3 MeV и
D + D -> T + p+ при изходна енергия от 4 MeV. Добивът на неутрони в тази реакция е много значителен.
Възможни са и други видове реакции:
P + 6 Li → 4 He (1,7 MeV) + 3 He (2,3 MeV) 3 He + 6 Li → 2 4 He + p + 16,9 MeV p + 11 B → 3 4 He + 8,7 MeV
В горните реакции няма добив на неутрони.
Изборът на гориво зависи от много фактори - неговата наличност и ниска цена, добив на енергия, лекота на постигане на условията, необходими за реакция на термоядрен синтез (предимно температура), необходимите конструктивни характеристики на реактора и т.н. Най-перспективни за прилагане на ТНРД т.нар. „безнеутронни“ реакции, тъй като неутронният поток, генериран от термоядрен синтез (например при реакцията деутерий-тритий), отнема значителна част от мощността и не може да се използва за създаване на тяга. Освен това неутронното лъчение генерира индуцирана радиоактивност в конструкцията на реактора и кораба, създавайки опасност за екипажа. Реакцията деутерий-хелий-3 е обещаваща, също поради липсата на добив на неутрони. В момента е предложена друга концепция за TNRE - използване на малки количества антиматерия като катализатор за термоядрена реакция.
История, съвременно състояние и перспективи за развитие на ТНРД
Идеята за създаване на TNRD се появи почти веднага след осъществяването на първите термоядрени реакции (тестове на термоядрени заряди). Една от първите публикации за развитието на TNRD е статия, публикувана през 1958 г. от J. Ross. В момента тече теоретични разработкитакива видове двигатели (по-специално, базирани на лазерен термоядрен синтез) и като цяло - широк практически изследванияв областта на контролирания термоядрен синтез. Съществуват солидни теоретични и инженерни предпоставки за внедряването на този тип двигатели в обозримо бъдеще. Въз основа на изчислените характеристики на TNRE, такива двигатели ще могат да осигурят създаването на високоскоростен и ефективен междупланетен транспорт за развитието на Слънчевата система. Реални образци на TNRD обаче все още не са създадени в момента (2012 г.).
Вижте също
Връзки
- Космонавтиката на 21 век: термоядрени двигатели // в. "За наука", 2003 г.
- New Scientist Space (01/23/2003): Ядреният синтез може да захранва космически кораби на НАСА (английски)
- Физическа енциклопедия, т.4, статия "термоядрени реакции", на стр. 102, Москва, "Велика руска енциклопедия", 1994 г., 704 с.
| |||||||||||||||||
През 2011 г. Новосибирският завод за химически концентрати произведе и продаде 70% от световното потребление на изотоп литий-7 (1300 kg), поставяйки нов рекорд в историята на завода. Основният продукт на NCCP обаче е ядреното гориво.
Тази фраза има впечатляващ и плашещ ефект върху съзнанието на жителите на Новосибирск, принуждавайки ги да си представят всичко за предприятието: от трикраки работници и отделен подземен град до радиоактивен вятър.
И така, какво наистина се крие зад оградите на най-мистериозния завод в Новосибирск, който произвежда ядрено гориво в града?
АО "Новосибирски завод за химически концентрати" е един от водещите световни производители на ядрено гориво за атомни електроцентрали и изследователски реактори в Русия и чужди държави. Единствения Руски производителметален литий и неговите соли. Той е част от горивната компания ТВЕЛ на държавната корпорация "Росатом".
Стигнахме до цеха, където се правят горивни касети - горивни касети, които се зареждат в ядрени реактори. Това е ядреното гориво за атомните електроцентрали. За да влезете в продукцията, трябва да облечете халат, шапка, платнени покривки за обувки и „Венчелистче“ на лицето.
Цялата работа, свързана с ураносъдържащи материали, е концентрирана в цеха. Този технологичен комплекс е един от основните за NCCP (FA за атомни електроцентрали заемат около 50% в структурата на продуктите, продавани от OJSC NCCP).
Контролната зала, откъдето се контролира процеса на производство на прах от уранов диоксид, от който след това се правят горивни пелети.
Работниците извършват рутинна поддръжка: на определени интервали дори най-новото оборудване се спира и проверява. В самия цех винаги има много въздух - смукателната вентилация работи постоянно.
Тези биконуси съхраняват прах от уранов диоксид. Те смесват праха и пластификатора, което позволява таблетката да бъде по-добре компресирана.
Инсталация, която произвежда компресиране на горивни пелети. Както децата правят сладкиши от пясък чрез пресоване на форма, така и тук: урановата топка се пресова под налягане.
Молибденова лодка с пелети, чакащи да бъдат изпратени в пещта за отгряване. Преди отгряване таблетките имат зеленикав оттенък и различен размер.
Контактен прах, таблетки и околен святсведен до минимум: цялата работа се извършва в кутии. За да коригирате нещо вътре, в кутиите са вградени специални ръкавици.
Горните факли горят водород. Таблетките се отгряват в пещи при температура най-малко 1750 градуса в среда, редуцираща водород, за повече от 20 часа.
Черните шкафове са водородни високотемпературни пещи, в които молибденовата лодка преминава през различни температурни зони. Амортисьорът се отваря и в пещта влиза молибденова лодка, от която излизат пламъци.
Готовите таблетки се полират, тъй като те трябва да бъдат със строго определен размер. И на изхода инспекторите проверяват всяка таблетка, така че да няма чипове, пукнатини или дефекти.
Една таблетка с тегло 4,5 g е еквивалентна по отношение на освобождаването на енергия на 640 kg дърва за огрев, 400 kg въглища, 360 куб.м. м газ, 350 кг петрол.
Таблетки от уранов диоксид след отгряване във водородна пещ.
Тук циркониевите тръби се пълнят с пелети от уранов диоксид. На изхода имаме готови горивни елементи (около 4 м дължина) - горивни елементи. Горивните касети вече се сглобяват от горивни пръти, с други думи ядрено гориво.
Такива машини за газирани напитки по улиците на града вече не могат да бъдат намерени, може би само в НЖК. Въпреки че в съветско времете бяха много често срещани.
В тази машина стъклото може да се измие и след това да се напълни с газирана, негазирана или охладена вода.
Според ведомството природни ресурсии опазване на околната среда, изразени през 2010 г., НКТЗ не оказва значително въздействие върху замърсяването на околната среда.
Двойка такива чистокръвни кокошки постоянно живеят и снасят яйца в масивна дървена волиера, която се намира на територията на цеха.
Работници заваряват рамка за горивна касета. Рамките са различни в зависимост от модификацията на горивните касети.
В завода работят 2277 души, средна възрастперсонал - 44,3 г., 58% - мъже. Среден заплатанадвишава 38 000 рубли.
Големите тръби са тръбопроводи за системата за контрол на защитата на реактора. След това в тази рамка ще бъдат монтирани 312 горивни пръта.
ТЕЦ-4 се намира до НЖК. Позовавайки се на еколози, представители на централата съобщиха, че една топлоелектрическа централа отделя 7,5 пъти повече радиоактивни вещества годишно от НЦЗП.
Монтажникът Виктор Пустозеров, ветеран от централата и атомната енергетика, има 2 ордена на трудовата слава
Глава и стебло за TVS. Те се монтират в самия край, когато всичките 312 горивни пръта вече са в рамката.
Краен контрол: готовите горивни касети се проверяват със специални сонди, така че разстоянието между горивните пръти да е еднакво. Контрольорите най-често са жени, това е много старателна работа.
В такива контейнери горивните възли се изпращат до потребителя - 2 касети във всяка. Вътре имат собствено уютно филцово легло.
Горивото за атомни електроцентрали, произведено от JSC NCCP, се използва в руските атомни електроцентрали, а също така се доставя в Украйна, България, Китай, Индия и Иран. Цената на горивните касети е търговска тайна.
Работата в NCCP изобщо не е по-опасно от работатавъв всяко промишлено предприятие. Постоянно се следи здравословното състояние на служителите. През последните години не е установен нито един случай на професионални заболявания сред работещите.
