Можно ли собрать реактор на кухне? Многие задавались этим вопросом в августе 2011 года, когда история Хэндла оказалась на передовицах газет. Ответ зависит от целей экспериментатора. Полноценную вырабатывающую электричество «печку» в наши дни создать сложно. Тогда как информация о технологиях с годами становилась доступнее, добывать необходимые материалы становилось все сложнее и сложнее. Но если энтузиаст просто желает удовлетворить свое любопытство, проведя хоть какую-нибудь ядерную реакцию, - перед ним открыты все пути.
Самым известным владельцем домашнего реактора, вероятно, является «Радиоактивный бойскаут» американец Дэвид Хан. В 1994 году в возрасте 17 лет он собрал установку в сарае. До появления «Википедии» оставалось семь лет, так что школьник в поисках нужной ему информации обращался к ученым: писал им письма, представляясь учителем или студентом.
Реактор Хана так и не достиг критической массы, но бойскаут успел получить достаточно высокую дозу радиации и спустя много лет оказался непригодным для желанной работы в сфере атомной энергетики. Зато сразу после того, как полиция заглянула в его сарай, а агентство по защите окружающей среды разобрало установку, «Бойскауты Америки» присудили Хану звание «Орел».
В 2011 году швед Ричард Хэндл попытался построить реактор-размножитель. Такие устройства используются для производства ядерного топлива из более распространенных радиоактивных изотопов, не подходящих для обычных реакторов.
«Мне всегда была интересна ядерная физика. Я купил в интернете всякое радиоактивное барахло: стрелки старых часов, детекторы дыма и даже уран и торий»,
Рассказал он РП.
Неужели даже уран можно купить в сети? «Да, - подтверждает Хэндл.. - По крайней мере так было два года назад. Сейчас в том месте, где я покупал, его убрали».
Оксид тория нашелся в деталях старых керосиновых ламп и сварочных электродах, уран - в декоративных стеклянных шариках. В реакторах-размножителях топливом чаще всего служит торий-232 или уран-238. При бомбардировке нейтронами первый превращается в уран-233, а второй - в плутоний-239. Эти изотопы уже пригодны для реакций деления, но, судя по всему, на этом экспериментатор собирался остановиться.
Помимо топлива для реакции нужен был источник свободных нейтронов.
«В детекторах дыма есть небольшое количество америция. У меня их было штук 10–15 - из них и доставал»,
Поясняет Хэндл.
Америций-241 излучает альфа-частицы - группы из двух протонов и двух нейтронов, - но в купленных в интернете старых датчиках его оказалось слишком мало. Альтернативным источником стал радий-226 - до 1950-х годов им покрывали стрелки часов, чтобы те светились. Они все еще продаются на eBay, хотя вещество крайне токсично.
Чтобы получить свободные нейтроны, источник альфа-излучения смешивают с металлом - алюминием или бериллием. В этом месте у Хэндла и начались проблемы: он попытался смешать радий, америций и бериллий в серной кислоте. Позднее фотография залитой химикатами электроплиты из его блога разошлась по местным газетам. Но на тот момент до появления полиции на пороге экспериментатора оставалось еще два месяца.
Неудачная попытка Ричарда Хэндла получить свободные нейтроны. Источник: richardsreactor.blogspot.seНеудачная попытка Ричарда Хэндла получить свободные нейтроны. Источник: richardsreactor.blogspot.se
«Полиция пришла за мной еще до того, как я начал строить реактор. Но с того момента, как я стал собирать материалы и писать в блог о своем проекте, прошло примерно полгода», - поясняет Хэндл. Его заметили, только когда он сам попытался узнать у властей, легален ли его эксперимент, при том что каждый свой шаг швед документировал в публичном блоге. «Не думаю, что что-нибудь произошло бы. Я планировал всего лишь короткую ядерную реакцию», - добавил он.
Хэндла арестовали 27 июля, через три недели после письма в Службу радиационной безопасности. «В тюрьме я провел всего несколько часов, потом было слушание, и меня выпустили. Изначально меня обвиняли по двум эпизодам нарушения закона о радиационной безопасности, и по одному - законов о химическом оружии, об оружейных материалах (у меня были некоторые яды) и об окружающей среде», - рассказал экспериментатор.
Возможно, роль в деле Хэндла сыграли внешние обстоятельства. 22 июля 2011 года в Норвегии совершил теракты Андерс Брейвик. Неудивительно, что шведские власти жестко отреагировали на желание мужчины средних лет с восточными чертами лица построить ядерный реактор. К тому же в его доме полиция нашла рицин и полицейскую форму, и поначалу его подозревали даже в терроризме.
Кроме того, в Facebook экспериментатор называет себя «Муллой Ричардом Хэндлом». «Это просто наша внутренняя шутка. Мой отец работал в Норвегии, там есть очень известный и противоречивый мулла Крекар, собственно, об этом и шутка», - объясняет физик. (Основатель исламистской группировки «Ансар аль-Ислам» признан норвежским Верховным судом угрозой национальной безопасности и находится в списке террористов ООН, но не может быть выслан, поскольку получил статус беженца в 1991 году - на родине в Ираке ему грозит смертная казнь. - РП).
Хэндл, находясь под следствием, вел себя не слишком осторожно. Это окончилось для него еще и обвинением в угрозе убийством. «Это совсем другая история, то дело уже закрыто. Я просто написал в интернете, что у меня есть план убийства, который я приведу в исполнение. Потом приехала полиция, меня допросили и после слушания снова выпустили. Месяца через два дело закрыли. Не хочу углубляться в то, о ком я писал, но просто есть люди, которых я не люблю. Кажется, я был пьян. Скорее всего, полиция обратила на это внимание только потому, что я проходил по тому делу с реактором», - объясняет он.
Суд над Хэндлом закончился в июле 2014 года. Трое из пяти первоначальных обвинений были сняты.
«Меня приговорили только к штрафам: признали виновным в одном нарушении закона о радиационной безопасности и одном - закона об окружающей среде»,
Объясняет он. За инцидент с химикатами на плите он должен государству примерно €1,5 тысячи.
В ходе процесса Хэндлу пришлось пройти психиатрическую экспертизу, но ничего нового она не выявила. «Я не слишком хорошо себя чувствую. Ничего не делал лет 16. Мне присвоили инвалидность из-за психических расстройств. Как-то я снова попытался начать учиться, читать, но уже через два дня пришлось бросить», - говорит он.
Ричарду Хэндлу - 34 года. В школе он обожал химию и физику. Уже в 13 лет делал взрывчатку, собирался пойти по стопам отца, став фармацевтом. Но в 16 лет с ним что-то случилось: Хэндл стал вести себя агрессивно. Сначала у него диагностировали депрессию, потом - параноидное расстройство. В своем блоге он упоминает параноидальную шизофрению, но оговаривается, что за 18 лет ему ставили около 30 разных диагнозов.
О научной карьере пришлось забыть. Большую часть жизни Хэндл вынужден принимать лекарства - галоперидол, клоназепам, алимемазин, зопиклон. Он с трудом воспринимает новую информацию, избегает людей. Четыре года проработал на заводе, но и оттуда пришлось уйти по инвалидности.
После истории с реактором Хэндл пока не придумал, чем заняться. В блоге больше не будет сообщений про яды и атомные бомбы - там он собирается выкладывать свои картины. «Никаких особых планов у меня нет, но я все еще интересуюсь ядерной физикой и продолжу читать», - обещает он.
Представляю вам статью о том, как можно изготовить термоядерный реактор своими руками !
Но сначала несколько предупреждений:
Эта самоделка использует при своей работе опасное для жизни напряжение. Для начала убедитесь, что вы ознакомлены с правилами техники безопасности при работе с высоким напряжением или имеете квалифицированного друга – электрика в качестве советчика.
При работе реактора будут излучаться потенциально опасные уровни рентгеновских лучей. Свинцовое экранирование смотровых окон является обязательным!
Дейтерий, что будет использоваться в поделке – взрывоопасный газ. Поэтому особое внимание следует уделить проверке на герметичность топливного отсека.
При работе соблюдайте правила ТБ, не забывайте надевать спецодежду и средства индивидуальной защиты.
Список необходимых материалов:
- Вакуумная камера;
- Форвакуумный насос;
- Диффузионный насос;
- Блок питания высокого напряжения, способный выдавать 40 кВ 10 мА. Должна присутствовать отрицательная полярность;
- Высоковольтный делитель – зонд, с возможностью подключения к цифровому мультиметру;
- Термопара или баратрон;
- Детектор нейтронного излучения;
- Счётчик Гейгера;
- Газ дейтерий;
- Большой балластный резистор в диапазоне 50-100 кОм и длиной около 30 см;
- Камера и телевизионный дисплей для отслеживания ситуации внутри реактора;
- Стекло покрытое свинцом;
- Инструменты общего плана ( , и т.д).
Шаг 1: Сборка вакуумной камеры
Для проекта потребуется изготовить вакуумную камеру высокого качества.
Приобретите две полусферы из нержавеющей стали, фланцы для вакуумных систем. Просверлим отверстия для вспомогательных фланцев, а затем сварим всё это вместе. Между фланцами располагаются уплотнительные кольца из мягкого металла. Если вы раньше никогда не варили, было бы разумно, чтобы кто-то с опытом сделал эту работу за вас. Поскольку сварные швы должны быть безупречны и без дефектов. После тщательно очистите камеру от отпечатков пальцев. Поскольку они будут загрязнять вакуум и будет трудно поддерживать стабильность плазмы.
Шаг 2: Подготовка насоса высокого вакуума
Установим диффузионный насос. Заполним его качественным маслом до положенного уровня (уровень масла указан в документации), закрепим выпускной клапан, который затем соединим с камерой (см схему). Прикрепим форвакуумный насос. Насосы высокого вакуума не способны работать с атмосферы.
Подключим воду, для охлаждения масла в рабочей камере диффузионного насоса.
Как только всё будет собрано, включим форвакуумный насос и подождём, пока объём не будет откачан на предварительный вакуум. Далее готовим к запуску насос высокого вакуума путём включения «котла». После того, как он прогреется (может занять некоторое время), вакуум станет быстро падать.
Шаг 3: «Венчик»
Венчик будет присоединяться к проводам высокого напряжения, которые будут заходить в рабочий объём через сильфон. Лучше всего использовать вольфрамовую нить, так как она имеет очень высокую температуру плавления, и будет оставаться целой в течение многих циклов.
Из вольфрамовой нити необходимо сформировать «сферический венчик» примерно 25-38 мм в диаметре (для рабочей камеры диаметром 15-20 см) для нормальной работы системы.
Электроды, к которым крепится вольфрамовая проволока должны быть рассчитаны на напряжение порядка 40 кВ.
Шаг 4: Монтаж газовой системы
Дейтерий используется в качестве топлива для термоядерного реактора. Вам нужно будет приобрести бак для этого газа. Газ добывается из тяжёлой воды путем электролиза с помощью небольшого аппарата Гофмана.
Присоединим регулятор высокого давления, непосредственно в бак, добавим микродозаторный игольчатый клапан, а затем прикрепим его к камере. Шаровой клапан следует установить между регулятором и игольчатым клапаном.
Шаг 5: Высокое напряжение
Если вы можете приобрести блок питания, подходящий для использования в термоядерном реакторе, то проблем возникнуть не должно. Просто возьмите выходной отрицательный 40 кВ электрод и прикрепите его к камере с большим балластным резистором высокого напряжения 50-100 кОм.
Проблема заключается в том, что часто затруднительно (если не невозможно) найти соответствующий источник постоянного тока с ВАХ (вольт-амперной характеристикой) которая полностью бы соответствовала заявленным требованиям ученого-любителя.
На фото представлена пара высокочастотных ферритовых трансформаторов, с 4-ступенчатым множителем (находится за ними).
Шаг 6: Установка детектора нейтронов
Нейтронное излучение является побочным продуктом реакции синтеза. Его можно фиксировать тремя различными приборами.
Пузырчатый дозиметр небольшое устройство с гелем, в котором формируются пузыри, во время ионизации нейтронным излучением. Недостатком является то, что это интегративный детектор, который сообщает общее количество выбросов нейтронов за время, что он использовался (невозможно получить данные о мгновенной скорости нейтронов). Кроме того, такие детекторы довольно трудно купить.
Активное серебро замедлителем [парафином, водой и т.д.], расположенное вблизи реактора становится радиоактивным, испуская приличные потоки нейтронов. Процесс имеет короткий период полураспада (только несколько минут), но если вы поставите счетчик Гейгера рядом с серебром, то результат можно документально зафиксировать. Недостатком этого метода является то, что серебро требует достаточно большого потока нейтронов. Кроме того, систему довольно трудно откалибровать.
GammaMETER . Трубы могут быть заполнены гелий-3. Они похожие на счетчик Гейгера. При прохождении нейтроны через трубку происходит регистрация электрических импульсов. Трубка окружена 5 см «замедляющего материала». Это наиболее точное и полезное устройство регистрации нейтронов, однако, стоимость новой трубки, запредельна для большинства людей, и они чрезвычайно редки на рынке.
Шаг 7: Запускаем реактор
Пришло время включить реактор (не забудьте установить смотровые стекла покрытые свинцом!). Включите форвакуумный насос и подождите, пока объём камеры не будет откачен на предварительный вакуум. Запустите диффузионный насос и подождите, пока он полностью разогреется и достигнет рабочего режима.
Перекройте доступ вакуумной системы к рабочему объёму камеры.
Чуть-чуть приоткройте игольчатый клапан в баке дейтерия.
Поднимайте высокое напряжение, пока вы не увидите плазму (она сформируется при 40 кВ). Помните о правилах электробезопасности.
Если всё пойдет хорошо, вы зафиксируете всплеск нейтронов.
Требуется много терпение, чтобы повысить давление до надлежащего уровня, но после того, как всё получится, управлять им станет довольно просто.
Спасибо за внимание!
В последнее время все большее развитие получает концепция автономного энергоснабжения. Будь это загородный дом с его ветряками и солнечными панелями на крыше или деревообрабатывающий завод с отопительным котлом, работающим на отходах производства — опилках, суть не меняется. Мир постепенно приходит к тому, что пора отказываться от централизованного обеспечения теплом и электричеством. Центральное отопление в Европе уже практически не встречается, индивидуальные дома, многоквартирные небоскребы и промышленные предприятия отапливаются самостоятельно. Исключение составляют разве отдельные города северных стран - там централизованное отопление и большие котельные оправданы климатическими условиями.
Что касается автономной электроэнергетики, то к этому все идет - население активно скупает ветряки и солнечные панели. Предприятия ищут способы рационального использования тепловой энергии от технологических процессов, строят собственные тепловые электростанции и тоже скупают солнечные панели с ветряками. Особо повернутые на «зеленых» технологиях даже планируют покрывать солнечными панелями крыши заводских цехов и ангаров.
В конечном итоге это оказывается дешевле, чем покупка необходимых энергетических мощностей из местных энергосетей. Однако, после чернобыльской аварии, все как-то забыли, что самым экологически чистым, дешевым и доступным способом получения тепловой и электрической энергии все равно остается энергия атома. И если на протяжении существования атомной промышленности электростанции с ядерными реакторами всегда ассоциировались с комплексами на гектары площади, огромными трубами и озерами для охлаждения, то целый ряд разработок последних лет призван сломать эти стереотипы.
Сразу несколько компаний заявили что выходят на рынок с «домашними» ядерными реакторами. Миниатюрные станции с размерами от гаражного бокса до небольшого двухэтажного здания готовы поставлять от 10 до 100 МВт в течение 10 лет без дозаправки. Реакторы полностью автономны, безопасны, не требуют обслуживания и по истечении срока службы просто перезаряжаются еще на 10 лет. Чем не мечта для завода по производству утюгов или хозяйственного дачника? Рассмотрим более детально те из них, продажа которых начнется в ближайшие годы.
Toshiba 4S (Super Safe, Small and Simple)
Реактор сконструирован по типу батарейки. Предполагается что такая «батарейка» будет закопана в шахту глубиной 30 метров, а здание над ней будет иметь размеры 2216 11 метров. Не многим больше хорошего загородного дома? Такой станции понадобится обслуживающий персонал, но это все равно не идет в сравнение с десятками тысяч квадратных метров площади и сотнями рабочих на традиционных АЭС. Номинальная мощность комплекса - 10 мегаватт в течение 30 лет без дозаправки.
Реактор работает на быстрых нейтронах. Подобный реактор установлен и действует с 1980 года на Белоярской АЭС в Свердловской области России (реактор БН-600). Принцип действия описан . В японской установке в качестве охлаждающей жидкости использован расплав натрия. Это позволяет работать поднять температуру работы реактора на 200 градусов Цельсия по сравнению с водой и при обычном давлении. Применение воды в таком качестве дало бы рост давления в системе в сотни раз.
Самое важное - стоимость выработки 1 кВт час для данной установки ожидается на уровне от 5 до 13 центов. Разброс обусловлен особенностями национального налогообложения, разной стоимостью переработки ядерных отходов и стоимостью введения в выведения из эксплуатации самой станции.
Первым заказчиком «батарейки» от Toshiba похоже выступит небольшой городок Galena штат Аляска в США. В настоящее время идет согласование разрешительной документации с американскими правительственными агентствами. Партнером компании в США выступает известная нам компания Westinghouse , впервые поставившая на украинскую АЭС топливные сборки альтернативные российским ТВЭЛ.
Hyperion Power Generation и реактор Hyperion
Эти американские ребята похоже первыми выйдут на коммерческий рынок миниатюрных ядерных реакторов. Компания предлагает установки от 70 до 25 мегаватт стоимостью примерно по $25-30 миллионов за штуку. Ядерные установки Hyperion могут использоваться как для генерации электроэнергии так и для отопления. Состоянием на начало 2010 года уже поступило более 100 заказов на станции разной мощности, при чем как от частных лиц, так и от государственных компаний. Планируется даже вынести производство готовых модулей за пределы США, построив заводы в Азии и Западной Европе.
Реактор работает на том же принципе, что и большинство современных реакторов в атомных электростанциях. Читать . Наиболее близкими по принципу действия являются самые распространенные российские реакторы типа ВВЭР и силовые установки, применяемы на атомных подводных лодках проекта 705 «Лира» (NATO - “Alfa”) . Американский реактор практически является сухопутной версией реакторов, устанавливаемы на указанных АПЛ, кстати - самых быстрых подводных лодок своего времени.
В качестве топлива используется нитрид урана , который имеет более высокую теплопроводность по сравнению с традиционным для реакторов ВВЭР керамическим оксидом урана. Это позволяет работать при температуре на 250-300 градусов Цельсия выше, чем водо-водяные установки, что повышает эффективность работы паровых турбин элеткрогенераторов. Здесь все просто - чем выше температура реактора, тем выше температура пара и, как следствие, выше КПД паровой турбины.
В качестве охлаждающей «жидкости» используется свинцово-висмутовый расплав, аналогичный таковому на советских АПЛ. Расплав проходит через три теплообменных контура, снижая температуру с 500 градусов Цельсия до 480. Рабочим телом для турбины могут служить как водяной пар так и перегретый углекислый газ.
Установка с топливом и системой охлаждения имеет массу всего в 20 тонн и рассчитана на 10 лет работы на номинальной мощности в 70 мегаватт без дозаправки. Впечатляют действительно миниатюрные размеры - реактор имеет всего 2.5 метра в высоту и 1.5 метра в ширину! Вся система может перевозиться на грузовиках или железнодорожным транспортом, являясь абсолютным коммерческим мировым рекордсменом по соотношению мощностьмобильность.
По приезду на место, «бочка» с реактором просто закапывается. Доступ к ней или какое-либо обслуживание не предполагается вообще. По истечении гарантийного срока сборка выкапывается и отправляется на завод производителя для перезаправки. Особенности свинцово-висмутового охлаждения дают огромное преимущество в безопасности - не возможен перегрев и взрыв (не растет давление с ростом температуры). Также, при охлаждении сплав застывает, а сам реактор превращается в изолированную толстым слоем свинца железную болванку, не боящуюся механических воздействий. Кстати, именно невозможность работы на малых мощностях (в следствие застывания охлаждающего сплава и автоматического отключения), явилась причиной отказа от дальнейшего использования свинцово-висмутовых установок на АПЛ. По этой же причине - это самые безопасные реакторы из всех, когда либо устанавливавшихся на АПЛ всех стран.
Изначально миниатюрные атомные электростанции разрабатывались компанией Hyperion Power Generation для нужд добывающей промышленности, а именно для переработки горючих сланцев в синтетическую нефть. Оценочные запасы синтетической нефти в горючих сланцах , доступных для переработки имеющимися на сегодня технологиями оценивается в 2.8.-3.3 триллиона баррелей. Для сравнения - запасы «жидкой» нефти в скважинах оцениваются всего в 1.2 триллиона баррелей. Однако процесс переработки сланцев в нефть требует их нагрева с последующим улавливанием испарений, которые затем конденсируются в нефть и побочные продукты. Понятно, что для нагрева нужно где-то брать энергию. По этой причине добыча нефти из сланцев считается экономически нецелесообразной по сравнению с ее импортом у стран ОПЕК. Так что будущее своего продукта компания видит в разных сферах применения.
Например, в качестве мобильной электростанции для нужд военных баз и аэродромов. Здесь тоже интересные перспективы. Так, при ведении мобильных боевых действий, когда войска действуют из так называемых опорных пунктов в определенных регионах, эти станции могли бы питать инфраструктуру «баз». Прямо как в компьютерных стратегиях. С той лишь разницей, что когда задача в регионе выполнена, электростанцию грузят в транспортное средство (самолет, грузовой вертолет, грузовые автомобили, поезд, корабль) и увозят на новое место.
Другое применение в военной сфере - стационарное питание постоянных военных баз и аэродромов. При авиа налете или ракетном ударе база с подземной атомной электростанцией, не требующей обслуживающего персонала, с большей вероятностью сохранит боеспособность. Таким же образом можно питать группы объектов социальной инфраструктуры - системы вобоснабжения городов, административных объектов, больниц.
Ну и промышленно-гражданское применение - системы электропитания небольших городов и поселков, отдельных предприятий или их групп, системы отопления. Ведь эти установки прежде всего вырабатывают тепловую энергию и в холодных регионах планеты могут составить ядро централизованных систем отопления. Так же перспективным компания считает применение таких мобильных электростанций на опреснительных установках в развивающихся странах.
SSTAR (small, sealed, transportable, autonomous reactor)
Маленький, запечатанный, передвижной автономный реактор - проект, разрабатываемый в Lawrence Livermore National Laboratory , США. По принципу действия схож с Hyperion, только в качестве топлива использует Уран-235. Должен иметь срок годности в 30 лет при мощности от 10 до 100 мегаватт.
Размеры должны составлять 15 метров в высоту и 3 в ширину при весе реактора в 200 тонн. Эта установка изначально рассчитывается для применения в недоразвитых странах по схеме лизинга. Таким образом, повышенное внимание уделяется невозможности разобрать конструкцию и извлечь из нее что-либо ценное. Ценное - это уран-238 и оружейный плутоний, которые вырабатываются по мере истечения срока годности.
По окончании действия договора лизинга, получатель должен будет вернуть эту установку в США. Только мне кажется, что это — мобильные заводы по производству оружейного плутония за чужие деньги? 🙂 В прочем, американское государство здесь не продвинулось дальше исследовательских работ, пока нет даже прототипа.
Подводя итог, следует отметить, что пока наиболее реальной является разработка от Hyperion и первые поставки намечены на 2014 год. Думаю, можно ожидать дальнейшего наступления «карманных» АЭС, тем более что похожие работы по созданию подобных станций ведут и другие предприятия, в том числе такие гиганты как Mitsubishi Heavy Industries. А вообще, миниатюрный ядерный реактор — это достойный ответ на всевозможную приливно-отливную муть и прочие невероятно "зеленые" технологии. Похоже, в ближайшем времени мы сможем наблюдать, как снова военные технологии переходят на гражданскую службу.
Трагедии на Чернобыльской АЭС и АЭС «Фукусима» пошатнули уверенность человечества в том, что за атомной энергетикой будущее. Некоторые из стран, такие, как Германия, вообще пришли к выводу, что от АЭС следует отказаться вовсе. Но вопрос использования атомной энергетики очень серьезный и крайностей в выводах не терпит. Тут надо четко оценить все плюсы и минусы, и скорее – искать золотую середину и альтернативные решения использования атома.
В качестве источников энергии на Земле сегодня используются органические ископаемые, нефть, газ; возобновляемые источники энергии – солнце, ветер, древесное топливо; гидроэнергия – реки и всевозможные пригодные для этих целей водоемы. Но запасы нефти и газа истощаются, соответственно, дорожает и энергия, полученная с их помощью. Энергия, получаемая с помощью ветра и солнца – достаточно затратное удовольствие, в силу дороговизны солнечных и ветровых электростанций. Возможности энергии водоемов тоже очень ограничены. Поэтому многие ученые все же приходят к выводу, что если в России закончатся запасы нефти и газа, альтернативы отказа от ядерной энергетики, как источника энергии, очень малы.Доказано, чтомировые ресурсы ядерного горючего, такого, как плутоний и уран во много раз превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива. Работа же самих АЭС имеет ряд преимуществ перед другими электростанциями. Их можно строить везде, независимо от энергетических ресурсов района, топливо АЭС отличается очень большим содержанием энергии, эти станции не делают в атмосферу вредных выбросов, таких как ядовитые вещества и парниковые газы, и стабильно дают самую дешевую энергию.В мировом рейтинге по уровню ТЭС Россия очень сильно отстает, а по показателям АЭС – мы являемся одними из первых, поэтому для нашей страны отказ от атомной энергетики может грозить большой экономической катастрофой. Тем более именно в России особенно актуальны отдельные вопросы в развитии атомной энергетики – такие, как строительство мини АЭС. Почему? Тут все очевидно и просто.
Проект одной из АСММ — «Унитерм»
Атомные реакторы малой мощности (100-180 МВт) уже несколько десятков лет успешно используются в судоходстве нашей страны. В последнее время все чаще начинают говорить о необходимости их использования для обеспечения энергией отдаленных районов России. Тут малые АЭС смогут решить проблему энергоснабжения, которая всегда стояла остро во многих труднодоступных регионах. Две трети России – зона децентрализованного энергоснабжения. Прежде всего, это Крайний Север и Дальний Восток. Уровень жизни здесь во многом зависит от энергообеспечения. Кроме того, данные регионы представляют собой большую ценность в силу большого сосредоточения полезных ископаемых. Их добыча не развивается или останавливается зачастую именно по причине большой затратности в сфере энергетики и транспорта. Энергия здесь поступает от автономных источников, использующих органическое топливо. А завоз такого топлива в труднодоступные районы обходится очень недешево по причине необходимых огромных объемов и большого расстояния. Например, в республике Саха в Якутии, в силу разорванности энергетической системы на маломощные изолированные участки, стоимость электроэнергии больше в 10 раз, чем на «большой земле». Совершенно ясно, что для большой территории с низкой плотностью населения проблема развития энергетики не может решиться крупным сетевым строительством. Атомные станции малой мощности (АСММ) — один из самых реальных выходов из ситуации в данном вопросе. Ученые уже насчитали 50 регионов в России, где нужны подобные станции. Они, конечно, проиграют по стоимости электроэнергии большому энергоблоку (строить его здесь просто нерентабельно), но выиграют у источника на органическом топливе. По подсчетам специалистов АСММ могут сэкономить до 30% стоимость электроэнергии в труднодоступных регионах. Маленькие объемы расходуемого топлива, удобства в перемещении, небольшие трудозатраты по вводу в работу, минимум обслуживающего персонала – эти характеристики делают АСММ незаменимыми энергоисточниками в дальних районах.
Незаменимость АСММ уже давно осознали и во многих других странах мира. Японцы доказали, что подобные станции будут очень эффективны в условиях мегаполисов. Работы одного отдельного такого устройства достаточно для того, чтобы снабдить энергией определенное количество жилых домов или небоскребов. Маленьким реакторам не требуется дорогое и подчас отсутствующее место для их размещения в мегаполисе. Также, японские разработчики уверяют, что эти реакторы могут компенсировать пиковые нагрузки в крупных городских зонах. Японская компания Toshibа уже длительное время разрабатывает проект АСММ — Toshiba 4S. Срок его эксплуатации по прогнозам разработчиков – 30 лет без перезагрузки топлива, мощность – 10 МВт, габариты — 22 на 16 на 11 метров, топливо такой мини-АЭС — металлический сплав плутония, урана и циркония. Эта станция не требует постоянного обслуживания, а нуждается лишь в эпизодическом контроле. Такой реактор японцы предлагают использовать и при добыче нефти, а их серийный выпуск хотят наладить к 2020 году.
Не отстают от Японии и американские ученые. В течение нескольких лет они обещают выпустить в продажу небольшой ядерный реактор, который будет обеспечивать энергией небольшие поселки. Мощность такой станции – 25 МВт, по размеру она немногим больше собачьей конуры. Электроэнергию эта мини-АЭС будет вырабатывать круглосуточно и ее стоимость за 1 киловатт-час составит всего 10 центов.Надежность тоже на высшем уровне: помимо стального корпуса, Hyperion закатан в бетон.Менять ядерное топливо здесь смогут только специалисты, и делать это надо будет каждые 5-7 лет. Выпускающая компания Hyperion, уже получила лицензию на выпуск таких ядерных реакторов. Приблизительная стоимость станции 25 миллионов долларов. Для городка, хотя бы с 10-ю тысячами домов – совсем недорого.
Что касается России, то здесь над созданием малых АЭС работают достаточно давно. Учеными Курчатовского института 30 лет назад была разработана мини – АЭС «Елена», которая вообще не нуждается в обслуживающем персонале. Ее прототип функционирует на территории института до сих пор. Электрическая мощность станции – 100 КВт., она представляет собой цилиндр весом в 168 тонн, диаметром — 4,5 и высотой — 15 метров. «Елена» устанавливается в шахте на глубине 15-25 метров и закрывается бетонными перекрытиями. Ее электроэнергии хватит на обеспечение теплом и светом небольшого поселка. В России разработано еще несколько проектов, подобных «Елене». Все они соответствуют необходимым требованиям надёжности, безопасности, недоступности для посторонних, нераспространении ядерных материалов и т.д., но требуют немалых строительных работ при установке и не соответствуют критериям мобильности.
В 60-е годы прошла испытания малая передвижная станция «ТЭС-3». Она состояла из четырех гусеничных самоходных транспортеров, поставленных на усиленную базу танка Т-10. На двух транспортерах были размещены парогенератор и водяной реактор, на оставшихся поместили турбогенератор с электрической частью и систему управления станцией. Мощность такой станции составила -1,5 МВт.
В 80-е годы в Беларуси разработали малую АЭС на колесах. Станцию назвали «Памир» и поставили на шасси МАЗ-537 «Ураган». Ее составили четыре автофургона, которые были соединены газовыми шлангами высокого давления. Мощность «Памира» составила 0,6 МВт. Станция в первую очередь предназначалась для работы в широком диапазоне температур, именно поэтому была оснащена газоохлаждаемым реактором. Но, произошедшая как раз в эти годы Чернобыльская авария, «автоматом» уничтожила проект.
Все эти станции имели определенные проблемы, которые препятствовали их широкому внедрению в производство. Во-первых, невозможность обеспечить качественную защиту от излучения по причине большого веса реактора и ограниченной грузоподъемности транспорта. Во-вторых, эти мини-АЭС работали на высокообогащенном ядерном топливе «оружейного» качества, что противоречило международным нормам, которые запрещали распространение ядерного оружия. В-третьих, для самоходных атомных станций было сложно создать защиту от дорожных происшествий и террористов.
Весь спектр требований к АСММ удовлетворила плавучая атомная теплоэлектростанция. Она была заложена в Санкт-Петербурге в 2009 году. Данная мини-АЭС состоит из двух реакторных установок на гладкопалубном несамоходном судне. Срок ее эксплуатации – 36 лет, в течение которых, через каждые 12 нужно будет перезагружать реакторы. Станция может стать эффективным источником электричества и тепла для труднодоступных регионов страны. Еще одна из ее функций – опреснение морской воды. В сутки она может выдавать от 100 до 400 тысяч тонн. В 2011 году проект получил положительное заключение государственной экологической экспертизы. Не позднее 2016 года плавучую АЭС планируют разместить на Чукотке. Росатом ожидает от этого проекта больших зарубежных заказов.
Также недавно стало известно, что одна из подконтрольных Олегу Дерипаске компаний — «Евросибэнерго», вместе с Росатомом объявила об организации предприятия «АКМЭ-Инжиниринг», которое будет работать над созданием АСММ и заниматься их продвижением на рынке. В работе этих станций хотят использовать реакторы набыстрых нейтронах со свинцововисмутовым теплоносителем, которыми в советское время были оснащены атомные подлодки. Обеспечивать энергией они призваны отдаленные районы, неподключенные к электросетям. Организаторы предприятия планируют заполучить 10-15% мирового рынка мини-АЭС. В успехе данной кампании аналитиков заставляет сомневаться заявленная стоимость станции, которая по прогнозам «Евросибэнерго» будет равняться стоимости ТЭЦ такой же мощности.
Успех малых АЭС на рынке мировой энергетики предвидеть несложно. Необходимость их присутствия там очевидна. Решаемы и вопросы с усовершенствованием этих источников энергии и приведением в соответствие к необходимым параметрам. Глобальной лишь остается проблема стоимости, которая на сегодняшний день в 2-3 раза больше АЭС в 1000 МВт. Но уместно ли такое сравнение в данном случае? Ведь у АСММ совершенно другая ниша в использовании – они должны обеспечивать автономных потребителей. Никто же из нас не додумается сравнивать стоимость киловатт, расходуемых часами, работающими от батарейки, и микроволновкой, которая запитана от розетки.
«А за хранение ядерных отходов дома мы получаем скидку по ипотеке», — такова была шутка некоего карикатуриста, не слишком любящего атомную энергетику. Но хотя АЭС на кухне ещё не созданы, похоже, всё идёт к тому. Как вам миниатюрная ядерная станция, предназначенная для групп домов или частных фирм? Её уже можно заказать у производителя. Юридические согласования в своей стране – оставим за рамками рассказа.
Недавно американский консорциум федеральных лабораторий для передачи технологий (FLC) вручил премию Notable Technology Development Award компании Hyperion Power Generation из Санта-Фе. Выдающимся достижением признан Hyperion Power Module — почти домашний энергетический ядерный реактор.
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» (иллюстрация Los Alamos National Laboratory).
Что-то определённо меняется в мире. Вдумайтесь — речь идёт о маленькой, но настоящей АЭС. Вы готовы увидеть такую в соседнем дворе? Впрочем, полюбоваться новинкой не получится, разве что во время монтажа. Ведь Hyperion Power Module должны зарывать в грунт — ради пущей безопасности, разумеется.
Первыми покупателями новинки станут, однако, не эксцентричные владельцы коттеджей в престижных районах (представляете, лениво так бросить в разговоре: «А я вчера портативную АЭС купил...»), а промышленные компании. Hyperion уже получила заказы на 100 своих установок, главным образом от предприятий нефтяного и энергетического комплекса.
Производство модулей Hyperion должно начаться в течение пяти лет. Первый экземпляр уйдёт в Румынию на одно из предприятий чешской компании TES , которая уже приобрела шесть реакторов, что называется, «с ватманского листа» и намечает купить ещё 12. Интерес к Hyperion проявили и на Каймановых островах, в Панаме, на Багамах...
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.
Атомный реактор в наручных часах? Спокойно – это просто «дизайнерские» часики Radio Active от Tokyoflash. Ныне уже не выпускающиеся. Индикация загрузки активной зоны и уровня излучения отражает часы и минуты (фотографии с сайта tokyoflash.com).
Какой смысл в большом количестве крошечных атомных станций? В оправданности внедрения таких источников энергии в удалённых местностях, даже в совсем небольших поселениях, в высоком темпе строительства (обычную АЭС строят лет 10, портативную, собранную на заводе, смонтируют на месте «на раз-два»), в низкой цене и простоте.
Если привычные атомные электростанции вырабатывают гигаватты энергии, новое поколение малых и, можно даже сказать, миниатюрных АЭС (к которым и относится произведение Hyperion Power Generation) оперирует мощностями, на два-три порядка меньшими.
Такие небольшие реакторы сами по себе — не новость. Достаточно вспомнить стратегические субмарины, авианосцы или ледоколы «на атомном ходу». Но одно дело — флоты, являющиеся «игрушками» гигантской государственной машины, и совсем другое — собственная АЭС, которую может купить какой-нибудь богатый городок вскладчину.
Главное, чтобы городок был прогрессивный и доверял учёным с инженерами. А что утверждают последние?
Полностью саморегулирующаяся система Hyperion обладает внутренне присущей безопасностью. Авторы технологии уверяют, что этот реактор никогда не выйдет на сверхкритический режим и никогда не расплавится от перегрева, а если кто-то преднамеренно повредит оболочку (которую вообще-то предполагается «хоронить» под землю и охранять), крошечное количество активного материала быстро остынет. (При этом из имеющегося в устройстве ядерного топлива нельзя получить уран «оружейных кондиций», подчёркивает компания.)
Внутри основного модуля нет подвижных частей, что повышает надёжность системы. И эта АЭС не нуждается в обслуживании в течение месяцев, а то и лет. Она автоматически настраивает генерируемую мощность в зависимости от текущей нагрузки в сети. А срок работы на одной заправке составляет (по разным данным) от 5 до 10 лет. При этом ядерные отходы за один цикл оказываются по размеру вдвое меньше футбольного мяча.
За десятилетия карьеры Отис Петерсон получил немало наград за разработки не только в ядерной сфере, но и, к примеру, в области лазеров (фото Los Alamos National Laboratory).
Тут пора сказать об изобретателе сверхминиатюрного энергетического реактора. Это доктор Отис Пит Петерсон (Otis «Pete» Peterson) из национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory). Именно в колыбели атомной бомбы и шла первоначальная работа над установкой, ныне получившей имя Hyperion. Причём дизайн аппарата восходит к проекту едва ли не 50-летней давности, уже доказавшему свою безопасность и простоту использования в роли так называемого учебного реактора.
Помните, в начале мы говорили о призе от консорциума по передаче технологий? Все «секреты» миниатюрной АЭС как раз и были переданы лос-аламосской лабораторией фирме Hyperion, которая получила от государства лицензию на тиражирование и коммерциализацию разработки Петерсона.
Кстати, в том же Лос-Аламосе находится второй офис компании Hyperion, тот, где трудятся разработчики чудо-системы. В столице же штата расположена штаб-квартира фирмы.
Интересно, что Hyperion Power Generation не является первооткрывателем ниши миниатюрных гражданских АЭС. Она лишь являет собой яркий пример набирающего силу нового направления в отрасли, предполагающего, что крошечные и предельно автоматизированные атомные станции, разбросанные по удалённым уголкам мира, помогут и отдельным населённым пунктам, испытывающим трудности с энергообеспечением, и планете в целом — за счёт сокращения выбросов парниковых газов.
Неужели это ренессанс атомной энергетики, проглядывающий из-за пелены общественного недоверия (вызванного, в первую очередь, трагедией Чернобыля)? Мы не возьмёмся утверждать наверняка. Но давайте посмотрим на другие примеры.
В 1960-х годах в обществе наблюдался удивительный оптимизм относительно будущего атомной энергетики. Некоторые грезили даже автомобилями на атомной тяге, а услужливые промышленники подогревали интерес публики «атомными концептами» (таковым был Ford Seattle-ite XXI 1962 года – на снимке). О его истории вы можете (фото с сайта shorey.net).
«Плавучая атомная теплоэлектростанция» (ПАТЭС) — это, конечно, ещё не «домашний реактор» (всё-таки это судно-АЭС будет весить более 20 тысяч тонн), но электрическая выходная мощность в 70 мегаватт позволяет записать российский проект (развивающийся не первый год) в упомянутую выше категорию.
Два реактора на борту «баржи» ПАТЭС, «припаркованной» у берега, должны поставлять тому или иному городу и электричество, и тепло. Конструктивно установка схожа с силовыми установками атомных ледоколов, богатейший опыт эксплуатации которых имеется в нашей стране. Такая станция намного дешевле классической АЭС.
Пилотный образец ПАТЭС уже строится в Северодвинске (где и будет работать). В планах — Певек и Вилючинск.
А ещё просто необходимо вспомнить мини-АЭС Toshiba 4S — действительно крошечный реактор (подземный, капсулированный), способный поставлять в сеть 10 мегаватт.
Японцы давно уже предложили установить такую мини-станцию на Аляске — в городке Галена (Galena), насчитывающем менее 700 жителей. Однако проект Galena Nuclear Power Plant уже не первый год ползёт через всяческие согласования и разрешения.
ПАТЭС и Toshiba 4S (иллюстрации Госкорпорация по атомной энергии России/Севмаш, Toshiba).
Собственно обитатели Галены — за. Городской совет уже не раз высказывался в пользу установки станции. Оно и понятно. Японские инженеры клятвенно заверяют, что безопасность 4S (расшифровывается, к слову, как Super Safe, Small, Simple) беспрецедентно высока (в силу самих особенностей конструкции). Так что опасения по поводу пресловутого взрыва можно положить на самую дальнюю полку и посмотреть на выгоду затеи.
Toshiba поставит реактор бесплатно! Она будет лишь брать с галенцев «оброк» за выработанное электричество: всего-то 5-13 центов за киловатт-час. Если сравнить с нынешними затратами данного поселения на солярку, которую везут за тридевять земель, выбор становится ясен.
Станция 4S должна проработать внушительные 30 лет без перезагрузки топлива (а это металлический сплав урана, плутония и циркония, который ранее тестировался, но никогда не выпускался как коммерческое ядерное горючее). Кстати, для сравнения, реакторы ПАТЭС потребуют перегрузки топлива через 12 лет после запуска.
Toshiba намерена направить заявление в Ядерную регуляторную комиссию США (Nuclear Regulatory Commission) в 2009 году, и, если ответ будет положительным, станция на Аляске может быть запущена в 2012 или 2013 году.
Благотворительность японцев легко объяснима — если проект в Галене окажется успешным, Toshiba попробует продавать 4S по всей Америке.
Да и российская плавучая АЭС вполне может пойти на экспорт (Острова Зелёного Мыса уже проявили интерес). Тут кстати, надо отметить, что российские атомщики пишут: особенно перспективна связка ПАТЭС с опреснительной установкой. Такой автономный комплекс был бы востребован во многих странах.
Показательно: аналогичное применение прочат своему мини-реактору и спецы из Hyperion Power Generation.
АЭС Hyperion в комплекте с опреснительной системой (иллюстрация Hyperion Power Generation).
Эта фирма вообще рассматривает заводы и фабрики лишь как одну часть потенциальных покупателей маленькой АЭС. Жилой сектор – вторая предполагаемая половина.
Уменьшение зависимости от импортной нефти, борьба с глобальным потеплением – всё идёт в ход, чтобы убедить Америку – пришла пора малых ядерных реакторов.
И в этом порыве та же Toshiba вторит заокеанским единомышленникам. Она испытывает прототип ещё более компактной (2 х 6 м) АЭС с выходной мощностью всего 200 киловатт, сообщает Guardian. Такая установка могла бы питать один дом 40 лет.
Любопытно, сколько будут брать с частников за вывоз и захоронение отработанного ядерного топлива? Представляете такую графу в жировке из ДЕЗа?
