Уважаемые пользователи Голос!
Сайт доступен в режиме «чтение» до сентября 2020 года. Операции с токенами Golos, Cyber можно проводить, используя альтернативные клиенты или через эксплорер Cyberway. Подробности здесь: https://golos.io/@goloscore/operacii-s-tokenami-golos-cyber-1594822432061
С уважением, команда “Голос”
GOLOS
RU
EN
UA
grrra
7 лет назад

Ядерная энергетика сегодня и завтра

enter image description here

Следующий кусок нашего энергетического пирога - мирный атом, на который приходится не менее 18% общемировой генерации. Атомные электростанции основаны на цепной реакции деления атомных ядер короткоживущих элементов. В результате таких реакций за счет т.н. дефекта массы (сумма масс осколков деления атомного ядра всегда меньше массы целого ядра), выделяется огромное количество энергии, в основном в виде излучения. АЭС большой мощности используют это излучение для банального разогрева воды и вращения турбины электрогенератора перегретым паром.

В качестве топлива для реакторов в принципе подойдет любой делящийся элемент, но чаще всего для этих целей используется уран. Но не всякий уран одинаково полезен - достаточное энерговыделение обеспечивает изотоп U-235. Как всегда бывает с полезными и ценными вещами, именно этого изотопа в природе встречается всего 0.7%, остальное приходится на более долгоживущий и инертный U-238. На самом деле, в качестве топлива используется так называемый обогащенный Уран - смесь двух изотопов, в которой концентрация драгоценного U-235 искусственно доводится до 20%.

Соответственно, несмотря на гигантский энергетический выход, мирный атом - это очень даже исчерпаемый источник энергии. Есть вероятность, что уран закончится существенно раньше чем, например, каменный уголь.

В процессе генерации электричества не происходит никаких выбросов в окружающую среду, тем не менее атомная энергетика считается одной из самых грязных. Первая причина - это радиоактивные отходы и проблема их захоронения. В процессе распада ядер урана образуется целый ряд бесполезных, но очень радиоактивных изотопов, которые являются источником альфа- и гамма-излучения. Эти отходы, как правило, идут на регенерацию для последующего использования, но в любом случае в итоге подлежат захоронению. Захоронение радиоактивных отходов существенно повышает стоимость ядерной энергии и провоцирует массовые выступления “зеленых”. Действительно, несмотря на любые мыслимые меры предосторожности, всегда остается риск утечки и попадания в грунтовые воды.

В настоящее время ядерная энергетика переживает не лучшие свои времена, в прямом смысле слова подвергаясь гонениям со стороны правительств европейских стран и Японии. Там, где цена человеческой жизни и здоровья достаточно высока, даже гипотетические риски аварий играют решающую роль в принятии стратегических решений по развитию АЭС.

Помимо атомных станций большой мощности активно используются компактные установки для специфических задач. Прежде всего, это реакторы на субмаринах и больших надводных кораблях. Компактность, большая удельная мощность и долгое время работы без дозаправки делают реакторы незаменимыми в открытом океане.

enter image description here
РИТЭГ “Новые Горизонты”

В открытом космосе реакторам тоже есть место - Радиоизотопные Источники Электроэнергии (РИТЭГ) активно используются на автоматических станциях как на орбите земли, так и на других планетах и даже на границе Солнечной Системы.

Даже на земле, в удаленных районах используются вот такие “бочонки”:

enter image description here

Принцип работы тут несколько другой - энергия распада преобразуется в электрическую при помощи термоэлектрического преобразователя, что обеспечивает практически “миниатюрные” размеры. Для промышленного использования, к сожалению, такие реакторы не годятся из-за малой удельной мощности.

Вот мы постепенно подобрались к главному кандидату на спасение человечества - термоядерному синтезу. Это тоже разновидность ядерной энергетики, пока существующая только на бумаге. В основе лежит так же ядерная реакция, но уже не деления, а синтеза. Это тот самый процесс, который проходит в недрах нашего Солнца.

enter image description here
Макет термоядерного реактора ИТЭР

Термоядерные реакторы существуют достаточно давно, однако заставить их вырабатывать электричество пока не удается. Главная проблема которую надо решить на этом пути - сложность удержания плазмы. Для инициации термоядерного синтеза необходимо разогреть вещество до миллионов градусов в очень ограниченном объеме. При таких температурах вещество переходит в состояние плазмы - облака заряженных частиц, стремящихся разлететься в разные стороны при любом удобном случае. Самый простой способ внести порядок в этот “пчелиный рой” - обеспечить динамическое равновесие. Именно так работают Тороидальные Камеры с Магнитными Катушками (ТОКАМАК) - шнур раскаленной плазмы нарезает круги в тороидальной камере, сжимаемый вдоль оси сильнейшим магнитным полем.

Самый большой перспективный термоядерный реактор - ИТЭР, строится именно в виде ТОКАМАКа. Когда (и если) он будет построен и запущен, можно будет понять хотя-бы теоретические перспективы удержания плазмы в течение нескольких часов, что абсолютно необходимо для генерации электричества в промышленных масштабах.

Есть еще и проблема №2 - теплосъем с плазмы. Для того чтобы пар начал вращать турбину, ему надо передать энергию плазмы. Но конструкция камеры ТОКАМАКа необычайно сложна и громоздка. Пока не совсем понятно, каким образом туда можно пристроить эффективный теплообменник не загубив и без того непростую задачу удержания плазмы.

На заре становления атомной энергетики её без преувеличения считали ключом в энергетический “эльдорадо” для всего мира, и уж точно пророчили скорый упадок углеводородов. Возможно эту мечту приблизит управляемый термоядерный синтез, но эйфории по этому поводу я бы не испытывал.


Подписаться на интересные статьи о науке и космосе можно тут.

16
0.060 GOLOS
На Golos с September 2017
Комментарии (8)
Сортировать по:
Сначала старые