Lem Andrew. Как атомная энергетика повернула не туда

How nuclear energy turned the wrong way. READ in English

Как атомная энергетика повернула не туда.

Вступление.

Если кто знает историю атомной энергетики, то в начале ученые ставили перед собой цель сугубо мирный атом, то есть создание ядерного реактора способного работать на природном уране, в котором очень много Урана - 238 и мало Урана- 235. И такой реактор действительно был построен. Так Цепная реакция деления ядер (кратко -- цепная реакция) была впервые осуществлена в декабре 1942 года. Группой физиков Чикагского университета, возглавляемой Э. Ферми, они создала первый в мире ядерный реактор, названный "Чикагской поленницей" (Chicago Pile-1, CP-1). Он состоял из графитовых блоков, между которыми были расположены шары из природного урана и его диоксида. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер 235U, замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления ядер. Внимание и этот, как и последующий вариант ядерного реактора, но уже оборудованный в начале воздушным охлаждением, а затем и водяным прекрасно показали, что в любой стране мира при существующих технология можно построить ядерный реактор, работавший на обычном природном уране, состоящем из Урана-238 и Урана-235.

"Чикагская поленница"

Так вот повторить этот опыт, то есть построить на коленке подобный реактор можно в любой стране мира. Для этого ученый брали резали на куски очищенного от Бора графит и вырезали в этих кирпичах отверстие в которые вкладывали цилиндры из спрессованного Урана. И далее из этих кирпичей начали складывать вручную поленницу, показанную на фото.

Поскольку такой реактор использовался для проверки возможности осуществления управляемой реакции, то были и своеобразные "органы управления" -- несколько типов стержней из кадмия и бористой стали. Всего было три типа стержней. Первый тип -- управлялся с пульта, это были регулирующие стержни. Второй тип -- аварийные стержни. Вернее, это был единственный стержень, который подвешивался над реактором на веревке. Если возникала аварийная ситуация, веревку планировалось перерубить, и упавший в реактор стержень глушил реакцию. Ну, и еще был стержень, который вынимался вручную для того, чтобы создать условия для проведения управляемой ядерной реакции (т.е. привести в критическое состояние сам реактор).

Все это несравнимо с современными реакторами -- не была предусмотрена ни система охлаждения (т.е. она была, реактор планировалось поливать обычной водой в случае сильного нагрева), по некоторым источникам это была не вода и раствор борной кислоты. Защита человека от радиоактивного излучения тоже отсутствовал.

Проработал реактор несколько десятков минут (28, если быть точным), и в течение этого времени ученые получили реальное доказательство возможности проведения ядерной реакции (управляемой) -- эксперимент оказался полностью удачным.

Уран-графитовые реакторы.

Графитовый реактор X-10 (англ. X-10 Graphite Reactor; X-10 Pile, также Клинтонская поленница, Clinton Pile) -- второй в мире искусственный ядерный реактор (после Чикагской поленницы),

По сути это был аналог Чикагской поленницы но она охлаждалась воздухов

Реактор состоял из огромного блока графита, занимавшего в длину и высоту 24 фута (7,3 метра), окружённого несколькими футами плотного бетона в качестве защитной оболочки. В блоке было 1248 горизонтальных ромбовидных каналов, в которых ряды топливных стержней образовывали длинные пучки. Внутри каналов стержни со всех сторон обдувались воздухом. По истечении срока эксплуатации операторы загружали новые стержни, проталкивая их в каналы со лицевой стороны реактора, а облучённые стержни выталкивались с обратной стороны и по наклонному жёлобу попадали в бассейн с водой.

Через несколько недель хранения в бассейне для уменьшения радиоактивности,. Остановлен в 1963 году, после 20 лет использования.

Наработав опыта на этом реакторе и подтвердив выводы, полученные еще на Чикагской поленнице, а именно, что для построения ядерного реактора на природном уране необходимо:

-- Природный уран или его оксид.

-- Очищенный от примесей Бора графит (Бор поглощает нейтроны)

-- Алюминий для того что бы защищать Уран он окисления (Можно заменить на Цирконий)

-- Вода или иной охладитель для отвода тепла.

Ученые построили уже водохлаждаемый реактор. Основой был графитовый цилиндр весом 1100 тон. Размером 11 метров диаметром 8, 5 метров. В нем было 2002 канала это были алюминиевые трубы через них прокачивались вода 130 литров в секунду. Туда вставлялись запечатанные в алюминий сардельки из Урана диаметром 2,5 см. Именно этот реактор считается первым в мире промышленным реактором - реактор 'В' фирмы Дюпон в Хэнфорде (штат Вашингтон, США). Пущен 26.20.1944, мощность - 250 МВт. Он содержал около 200 тонн металлического необогащённого (природного) урана, 1200 тонн графита и охлаждался водой со скоростью 5 м3/мин. Расположение ТВЭЛов - горизонтальное.

И вот этот реактор уже мог отапливать небольшой город, обеспечивая его горячей водой. Именно этот реактор считается первым в мире промышленным реактором - реактор 'В' фирмы Дюпон в Хэнфорде (штат Вашингтон, США).Остановлен в 1968. Вскоре на том же заводе был построены промышленные реакторы D и F аналогичной конструкции (начальная мощность каждого реактора 250МВт, конечная 2200 МВт). Всего на территории завода работало 8 промышленных реакторов. Сейчас они остановлены.

Для сравнения можно сравнить с первым советским графитовым реактором 400 тонн графита и 50 тонн Урана

10000 графитовых блоков 10Х10Х60. В каждом сверлилось три отверстие куда вставлялся урановый стержень. Охлаждался воздухом.

И на базе этого реактора Ф-1 создали свой ураново-графитовый реактор с водяным охлаждением.

Но с вертикальной загрузкой стержней с ураном. И это все было сделано при помощи промышленной базы первой половины 20 века.

То есть и сейчас атомные реакторы этих двух типов графита-урановые с водяным охлаждением может построить любая страна в нашем мире. Любая.

Поворот не туда.

Все, казалось бы, мирный атом получен. Природный Уран стал топливом. Более того собрать такой реактор под силу на сегодняшний день любой стране мира даже если она относится к странам третьего мира. Все ингредиенты и материалы для этого доступны и есть. Более того, даже есть чертежи в свободном доступе. Например, такая страна как Украина, построив сеть подобных ядерных реакторов могла бы полностью перейти на использования своего Урана, имеющегося в ее недрах в достаточном количестве. Тем более, что даже места для расположения таких реакторов у нее есть это стартовые шахты для баллистических ракет. Даже африканские страны вроде ЮАР тоже могли бы использовать подобную конструкцию для обеспечения своей энергетической независимости. Но этого не произошло.

Почему совершенно не понятно. Сие есть тайна великая. Хотя если проанализировать работу таких реакторов как АДЭ-2, АДЭ-4 и АДЭ-5. В первых промышленных реакторах использовалась проточная схема охлаждения, когда вода забиралась из водоема, после очистки охлаждала активную зону и сбрасывалась для охлаждения в другую часть водоема. В 1950 были начаты исследования по возможности перехода на замкнутый контур охлаждения, что позволяет существенно сократить выход радиоактивности в окружающую среду. Такой двухконтурный уран-графитовый реактор ЭИ-2 был разработан в НИКИЭТ (НИИ-8).

И типа вода в них не закипала то есть не превращалась в пар, а значит не пригодна для использования для кручения турбины электрогенератора. Поэтому использовать эти генераторы можно только для горячей воды а не электрогенератора. То есть при если мы хотим получить от этих реакторов электричество то мы должны снабдить их двигателями с внешним подводом тепла, что-то вроде двигателя Стирлинга где вода будет нагревать эфир который превращаясь в газ будет крутить генератор.

Но даже получение просто горячей воды для отопление уже огромное достижение. Да конечно читатель может сказать, что эти реакторы не эффективные придется часто менять топливо, чтобы поддерживать приемлемый уровень Урана -235 и т.д. Но не смотря на недостатки эти реакторы рабочие знай вставляй в них урановые стержни и получай горячую воду. Можно предположить, что раз эти реакторы появились во время войны с целью получения оружейного плутоний - 239. США и СССР нужны были атомные бомбы. И эти реакторы создавались не для мегаватов, а для получения именно оружейного плутоний. А раз так-то если бы СССР и США позволили другим странам строить подобные реакторы, то у всех бы стран в мире появился бы оружейный плутоний, а там и ядерная бомба. Поэтому не стоит верить экспертам, которые утверждают, что для создания ядерной бомбы нужны миллиарды зелёных долларов. История увы свидетельствует о том, что для этого достаточно иметь хотя бы один простейший уран-графитовый реактор. Хотя бы такой примитивный как описано выше. Тем более, что современные аналоги подобных реакторов могут быть и более совершеннее. Так как технологии не стоят на месте. Но это еще не все. Пришло время объяснить, а куда собственно должна была двигаться атомная энергетика дальше? Какие шаги и в какую сторону не были сделаны?!

О замене Урана -235 на Плутоний -239

Пришло время. Остановится и оглянутся назад. Энрике Ферми мечтал о мирном атоме об использовании в ядерном реакторе естественный Уран состоящий из Урана-238 и Урана- 235. У него это получилось

Энрике Ферми реализовал свою мечту. Теперь нам нужно просто стоя на плечах великих сделать следующий шаг и добавить в природный уран хотя бы несколько % Плутония -239.

Что и было сделано. Если плутоний извлекается из отработавшего реакторного топлива, его можно использовать в качестве непосредственной замены U-235 в обычном топливе, при этом Pu-239 является основной делящейся частью, но Pu-241 также вносит свой вклад. Чтобы извлечь его для рециркуляции, использованное топливо перерабатывается, а извлеченный оксид плутония смешивается с обедненным оксидом урана для получения смешанного оксидного (МОКС) топлива с примерно 8% Pu-239 (это соответствует урану, обогащенному до 5% U)[];"

И вот он, казалось бы здравствуй новый мир где атомная энергетика доступна даже самым бедным странам. Где плутоний есть у всех ну и понятно, что атомная бомба тоже. Что скорее всего тоже хорошо. Как показала практика нет лучшей гарантии независимости страны чем атомное оружие. 100 лет мира подтвердили это.

Но не все так просто. Считается, что для того, что бы повторно использовать плутоний его надо извлечь из отработанного атомного топлива.

К сожаление никто не предложил создать атомные реакторы с графитовым замедлителем на природном Уране и неочищенных изотопах Плутония-239 и др., или использовать уже существующие реакторы тоже графитовые. Что превратило атомную энергетику в технологию недоступную для бедных и технически отсталых стран. "Зло" победило.

Уран - плутониевые реакторы на графитовом замедлителе.

Да Уран-235 конечно важен так как именно он и учувствует ядерной реакции. Но его можно и нужно заменить или скорее усилить главное будет чем. Вижу два пути. Первый это полученную в уран-графитовом реакторе субстанцию просто повторно подмешать к природному Урану. Роль Урана в 235 в топливной сборке возьмёт на себя Плутоний из подмешенной субстанции. А на выходе да опять Плутоний и так раз за разом. Мы будем никому не нужный Уран - 238 преобразовывать в субстанцию с Плутонием и далее полученную смесь с Плутонием подмешивать к природному Урану и повторно загружать в графитовый реактор. Пока весь доступный на планете Уран-238 не прерваться в Плутоний.

И второй путь это уже не подмешивать "субстанцию". А изменить конструкцию трубки с топливом. И это считаю самый верный путь. Так например сам природный уран (Уран-238+Уран-235) может быть замедлителем.

И сборка будет состоять из двух трубок. Внешняя из алюминия потом из природного урана и только во нутрь трубки из природного урана насыпать смесь (субстанция) в которую входят изотопы плутония в том числе и плутоний -239. Именно внутренний стержень и будет источником дополнительных нейтронов помимо Урана-235. Таким образом нейтроны от плутониевых изотопов будут замедлятся и трубкой из природного Урана и графитом находящимся вокруг каналов с трубками.

А потом уже очистив полученную в результате "перегонки" субстанцию с Плутонием можно очистить от осколков деления или примесей и далее в чистом виде будет использовать как топливо. При необходимости. Но увы Энрике Ферми устранился человечество испугалось. И появились МАГАТЕ и т.д. И сказки о том, что ядерная энергетика - это очень сложно и опасно. Сложно и дорого. То, что не сложно свидетельствует то, что еще вчера люди руками загружали топливо в первые реакторы. Да и иметь хотя бы один простейший уран-графитовый реактор по силам даже частнику. Хотя бы такой примитивный как описано выше. Тем более, что современные аналоги подобных реакторов могут быть и более совершеннее. Так как технологии не стоят на месте.

Что делать?

А все просто странам, которые не могут и не имеют технологий по обогащению Урана нужно игнорировать негласный запрет на уран-графитовые реакторы, работающие на естественном Уране и строить их. А насчёт оружейного плутония. Потом просто подмешивать полученную на выходе из реактора смесь с изотопами Плутония к природному Урану и опять отправлять полученные стержни в уже 'уран-плутониевые реакторы с графитовым замедлителем.

Человечество сидит на ураново-плутониевых мегаваттах и не использует их из-за непонятной политики запрета на использования реакторов, работающих на естественном природном Уране. Вот как этот поворот не туда объясняет Википедия "В процессе совершенствования ядерных технологий были найдены экономически и технологически оптимальные решения, требующие повышения содержания 235U в топливе, то есть обогащения урана." Как Вы теперь понимаете, что стоит просто заменить уран 235 на Плутоний и тупик, в котором находится современная атомная энергетика уйдёт в прошлое. Получать плутоний добывать природный уран и производить чистый графит без примеси Бора может любая более-менее промышленно развитая страна. Да человечество так и движется. Но сделав выбор в пользу чистого Плутония - 239 вместо использования неочищенного Плутония - 239 оно певернуло немножко не туда.

Литература.

1.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80_X-10

2.https://www.youtube.com/watch?v=G2NybfGQNsM

3.https://habr.com/ru/articles/206444/

4.https://www.icjt.org/en/lwgr/

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

6.http://profbeckman.narod.ru/Uran.files/Glava14.pdf

Комментарии: 103, последний от 11/07/2023. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 30/04/2023, изменен: 04/07/2023. 22k. Статистика. Статья: Изобретательство Генераторы Иллюстрации/приложения: 16 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:

Lem Andrew : другие произведения.

Как атомная энергетика повернула не туда