Вопросы от Часкора Опции

[vvbir]

Всем здравствуйте!

Только зарегистрировался, новую тему открыть не могу -- надеюсь на ретрансляцию этого сообщения в соответствующий раздел форума.
Первоначально я написал Александру Уварову, но ответа не получил, возможно мое письмо попало в спам. Собственно, я не уверен, что мне нужен именно Александр (или один лишь Александр), буду благодарен всем ответившим.

Меня зовут Владислав Бирюков, я бывший главред еженедельника "Компьютерра", сейчас работаю для "Частного корреспондента" (chaskor.ru).
Я бы хотел сделать статью о прогрессе в ядерной энергетике -- что реально изменилось в отрасли за последний... ну скажем десяток лет (цифра условная). В частности вот ториевые реакторы, которые вроде бы у всех на слуху. Насколько это реально осуществимая и перспективная штука? Или может быть есть какие-то другие интересные технологии, которые не так известны? Насколько вероятен "ядерный ренессанс"? Почему в развитых странах почти не строят новых реакторов? Много ли блоков и каких строят в Азии? Ну и так далее... мне кажется существует очень широкий список вопросов, которые интересны не только спецам, но и всем любознательным людям.
Поможете? Варианты сотрудничества могут быть самые разные: я могу приехать взять интервью, можно пообщаться по телефону/скайпу, или может кому-то будет интересно написать статью(и).
Заранее спасибо.

[Editor-in-Chief]

Один общий момент по дискуссии. Сначала вступление.

Есть у нас в звуковых файлах с интервью записанный характерный текст с советским пускачом. Когда он и его коллега выполняли энергопуск исследовательского реактора в Ливии, было их на площадке всего двое, кто в прошлой жизни сидел за пультом управления реактора.

Времена были позднесоветские, Москве было не до Ливии, и помощи им не прислали. Ребята сколотили сами пусковую бригаду, нашли венгра, чтобы сидел у вычислительной машины, в дозиметристы записали человека из Димитровграда и т.д. Им нужен был третий человек за пульт. И тут им подвернулся к.ф.-м.н., командированный в Ливию из Риги по каким-то там своим делам.

"Ты кандидат наук?" - сказали наши герои. - "Отлично! Значит, цифры знаешь. Сядешь за пульт ночью, когда полегче".

Жалко, но в итоговую редакцию интервью текст вошёл в сглаженном виде. Человек решил, что эпизод выглядит слишком легкомысленно, и переписал его по-своему. А желание собеседника для нас закон.

Кстати, вот оно, то интервью в опубликованном виде: http://atominfo.ru/news/air7130.htm

К чему я клоню? Владислав, я думаю, Вы не обидитесь, если я предложу почтенному сообществу ссылку на статью про Вас в Википедии (я надеюсь, что правильно её нашёл). Из неё будет понятно, что разговариваем мы сейчас не с каким-нибудь свежим выпускником гуманитарного вуза, а с кандидатом наук и своим братом-технарём

Владислав, теперь представьте, что я обращусь к Вам с просьбой рассказать о прогрессе в геологии и предупрежу, что знаю о сей почтенной науке только то, что "а ещё они уран добывают" Короче говоря, "в цифрах я разбираюсь, и не более того".

У каждой отрасли есть моменты, по которым она (отрасль) информирует внешний мир предельно упрощённо. Есть это и у вас, и у нас.

Например, по сказанному в ветке. Конечно же, у быстрых реакторов и замкнутого топливного цикла будут оставаться отходы. Полностью безотходного производства не бывает, и любой утверждающий обратное есть авантюрист. Безотходным не станет даже аннигиляция, буде когда она окажется привлечённой к процессу получения киловатт-часов - всё равно, что-то где-то будет образовываться или недоиспользоваться.

Поэтому вопрос при обсуждении быстрых реакторов ставится по-другому. Замкнутый цикл с быстрыми реакторами позволяет, по сравнению с открытым циклом с тепловыми реакторами, убрать из отходов абсолютно большую часть урана, плутония, нептуния, америция, кюрия и других тяжёлых металлов - то есть, изотопов, имеющих гигантские периоды полураспада и остающихся опасными на протяжении десятков и сотен тысяч лет. Одновременно с этим решается вопрос об обеспечении атомной энергетики ресурсной базой - за счёт замыкания топливного цикла сроки её работы на Земле могут быть продлены до 1000 и более лет, и это не считая возможного использования тория!

Но отходы у быстрых реакторов всё равно будут оставаться, хотя и намного менее опасные. Значит, требуется делать следующие шаги, чтобы минимизировать их количества и обеспечивать безопасность их хранения.

Обойтись без переработки отработавшего топлива (ОЯТ) и без сопряжёнными с нею отходами могли бы реакторы с бегущей волной (TWR), про которых столь много говорит Билли Гейтс. Но и на Солнце есть пятна и у них есть свои проблемы. Реакторы эти не осуществимы при сегодняшнем и даже завтрашнем уровне материаловедческих технологий. Более того, и у них будут оставаться свои отходы. Например, отработают эти реакторы свои положенные 100 лет, и что нам делать с ними и с их опаснейшим содержимым после этого? Гейтс&Co предлагают всё это просто закопать. "А если я пойду и раскопаю?" - ответит, упёрши руки в боки, какой-нибудь эколог. Вот и конец всей "безотходной" философии.

Вот ежели когда-нибудь на Земле будет построен космический лифт и появится у нас безопасный способ транспортировки людей и грузов в космическое пространство, то мы сможем отправлять отходы атомной энергетики (и всех других отраслей промышленности!) куда-нибудь там подальше. Например, на Солнце. И это нас временно спасёт от проблемы отходов - по крайней мере, до тех пор, пока Солнце не распухнет от накиданного.

Это, конечно, дело. Но, если подходить формально, при чём здесь прогресс в атомной энергетике? Это надо космонавтов трясти и стоять у них над душой: " Где лифт? Где ваш лифт? Почему ещё не построен хотя бы один лифт, хотя бы от Земли до Луны?"

Теперь как это объяснить массовому читателю, чтобы он получил реальную картину и сам смог бы для себя сделать верные выводы? И чтобы не получилось так, как часто бывает: "А-а-а!!! Сенсация!!!!!!! Нам всё врали! У быстрых реакторов есть отходы!!!"

Это я к чему? Владислав, главное - определитесь, насколько глубоко собираетесь копать. Если глубоко, то это займёт много времени, и формулировки в статье(ях) придётся оттачивать. Зато результат будет очень хороший, особенно если учесть, что в России наперечёт журналисты, грамотно разбирающиеся в тонкостях атомной энергетики.

По ведению дискуссии у меня всё. Дальше, пожалуйста, спрашивайте.

[vvbir]

Прежде всего -- еще раз спасибо всем ответившим. Честно говоря, не ожидал столь детальных и развернутых постов (все мы люди занятые и времени всегда не хватает). Раз уж пошла такая пьянка, продолжаю отнимать ваше время

Попробую кумулятивно ответить по нескольким постам и задать уточняющие вопросы.

А. "Дополнительные модули из обедненного урана (практически на 99% состоящего из урана-238), называемые бланкетами, могут быть установлены как раз в быстром реакторе" -- т.е. в тепловых реакторах бланкеты ставить бессмысленно?

Б. "Чистый уран (не в виде диоксида или другого соединения) можно найти только в критических сборках" -- что есть критическая сборка?

В. "При этом нет возможности разделить изотопы Pu в центрифугах, как поступают с ураном." -- почему?

Г. Я правильно понимаю, что если делать бомбу на уране, то отношение 235/238 там должно быть намного больше, чем в топливе для реактора?

Д. "Реакторы с бегущей волной" -- а где о них можно почитать так чтобы не очень в глубины уходить, но все же побольше чем в англ. википедии? Извините, что злоупотребляю, наверняка можно нагуглить эту информацию. Но время...

Е. "Можно провести предварительный просмотр статьи на предмет ляпов силами здешних обитателей". -- да, буду благодарен, но только если в закрытом режиме, без опубликования на всеобщее обозрение. Хоть тексты Часкора и публикуются под свободной лицензией Creative Commons, у журналистов свои тараканы в голове


Александр, с кандидатом наук и геологией шутку оценил
За всю геологию я конечно не отвечу Хотя полагаю, что смогу найти на геологическом факультете 3-4 профессоров, которые сообща изложат эту тему (пусть с легкой долей субъективизма). Может и в атомной индустрии это тоже реально сделать? Или слишком много проблем с секретностью и ведомственными ограничениями?

[vvbir]

Да, и еще вопрос по гипотетическим ториевым реакторам, которые работают от ускорителей, с самозатухающей реакцией. Про адмирала Риковера мысль я понял, и все же, есть ли здесь какие-то шансы на развитие в ближайшие годы? Или это скорее пиар-тема для успокоения публики?

[vvbir]

И остается еще группа вопросов по малым, мобильным АЭС.
Интересно, насколько можно сократить размеры реактора в пределе, используя современные технологии.
Как отличаются технологии больших и малых реакторов?
Какие специфические проблемы приходится там решать?
Какова их стоимость?
Ну и конечно кто что делал/делает по этому направлению. Соответствующий раздел публикаций Atominfo изучил, но сведения получаются фрагментарные. Какие-то таинственные "неназываемые" объекты...

[Editor-in-Chief]

Интересно, насколько можно сократить размеры реактора в пределе, используя современные технологии.

Есть понятие критмассы, от которой не уйти.

То есть, имеется некий минимальный размер, зависящий от материального состава и геометрии, меньше которого активную зону реактора не сделать.

Какой именно размер? Пардон, это надо лезть в справочники. Дам одну цифру по каноническому для отрасли "зелёному" справочнику Дубовского. Голая сфера из чистого урана-235 имеет критмассу примерно 45 кг для плотности урана порядка 18,8 г/см3. Это теоретическая (и реально не достижимая!) плотность металлического урана. С падением плотности критмасса резко возрастает и выходит за пределы графика (80 кг) уже при 16 г/см3. И это всё сказано для чистого урана-235, то есть, материала, по качеству своему превосходящего оружейный уран!

Диаметр сферы можете рассчитать сами, все данные есть.

Всё улучшается (?), если окружить урановую сферу второй сферой - отражателем, который может состоять из воды, графита, алюминия, тяжёлой воды, стали, природного урана и т.п., то есть, из чего угодно. В этом случае критмасса урана-235 при теоретической плотности 18,8 г/см3 падает до 25, 20 и даже 15 кг, что соотственно сказывается на её размере. Но при этом размер всей системы (активная зона плюс отражатель) может даже увеличиться, так как теперь к диаметру первой (урановой) сферы нужно добавить толщину отражателя, а она должна составлять десятки сантиметров.

И это только критмасса. Для работы реактору нужно иметь массу урана-235, превышающую критмассу - дополнительно заложить запас топлива на выгорание делящегося материала и на всякие прочие физические эффекты.

Поэтому, говоря о компактных реакторах, требуется помнить - законы природы не дадут миниатюризовывать их до нуля. Минимальные системы по размерам - это всё-таки шарики радиусом десятки сантиметров. Да, и в активной зоне нужно выделить место для прохода теплоносителя - рабочего тела, снимающего с урана выделяемое тепло. С учётом этого, мы должны говорить о минимальных радиусах, близких к метру.

Военным, кстати, проще, чем энергетикам. Им нужно выделить тепло из бомбы только один раз, а не постоянно, как энергетикам. И они могут увеличивать плотность урана за пределы теоретических значений - например, обжать урановый шарик ударной волной от взрыва обычных взрывчатых веществ и увеличить плотность урана в разы. Поэтому у военных возможны "миниатюрные" атомные бомбы весом (по урану) в несколько килограмм (говорят, американцы даже про 1 кг заявляли). Но для энергетиков это фантастика.

Дело меняется, если в качестве топлива использовать не уран, а трансурановые элементы. Например, изотоп америций-242m или частый гость боевиков калифорний. Из калифорния реально сделать "атомную пулю". А из америция-242m можно получать реально компактные реакторы для, скажем, космических кораблей размером с нынешний "Союз".

Но у дьявола в запасе есть детали. В случае с калифорнием деталей даже две. Калифорний нарабатывается во всём мире в граммовых количествах в год и стоит бешеных денег. Кроме этого, он настолько активен (и нагревается при радиоактивном распаде), что охлаждать его нужно в холодильниках размером с приличную фуру.

Расхожая шутка про диверсанта с калифорниевой пулей. Впереди на дело идёт диверсант с ружьем, а сзади, отчаянно делая вид, что они просто гуляют, за ним едут пара рефрижераторов, везущих собственно пулю.

История с калифорнием напоминает, что одной только активной зоной с отражателем реактор как устройство получения энергии не ограничивается. К нему должны прилагаться контур охлаждения вместе с оборудованием, преобразующим тепло в электроэнергию, а также биологическая защита. Последнее особенно важно с точки зрения размеров. Защита хорошо работает тогда, когда она толстая. Просто и тупо - чтобы защитить тестикулы от потока гамма-квантов, нужно надеть не просто свинцовые трусы, а очень толстые свинцовые трусы И защита-то поставит последнюю точку в деле миниатюризации АЭС. Как бы мал не был реактор, в реальности размеры всей установки будут составлять метры, а точнее, десятки метров.

С мобильными транспортными установками много экспериментировали в прошлом, в том числе, в нашем городе (Обнинске). Делали малую АЭС на четырёх тягачах (ТЭС-3), делали атомный реактор для самолёта. От всего этого хозяйства в итоге отказались. Как сказал (после своего выхода на пенсию) директор предприятия, где пытались создать самолётный реактор: "Ну его на хрен! Ни в карман, ни на грудь мы за него ничего не получим, зато однозначно получим по ж...".

И он, кстати, прав.