РИТЭГи, по мотивам статьи на AtomInfo.Ru Опции

[ДяДя ФеДоР]

Уважаемая редакция!

Спасибо за статью Опыт военных гидрографов РФ может ускорить очистку Севпорпути от РИТЭГов!
Очень уж Вы интересный (и, как я понимаю, болезненный для всей атомной отрасли России) вопрос затронули!
Да и еще и появление на форуме товарищей из Эстонии подогрело у меня интерес к данной теме!

В общем, если позволите, вопрос к читателям и специалистам -

а как вообще сейчас обстоят дела с производством РИТЭГов?
мы окончательно утратили технологию / производственные цепочки / специалистов?
либо - какие ключевые элементы производственных цепочек утрачены?
есть ли какие-нить "стратегические инициативы" по восстановлению этого сегмента (в контексте возрождения СевМорПути / наращивания сил ВМФ / освоения шельфов и т.д.)?

[armadillo]

у меня другие вопросы. допустим мы их производим.
- как охранять? вешать на него дроидов?

[Smith]

кое-что по теме:

К основным задачам, стоящим в настоящее время перед специалистами ОАО «НИИТФА», следует отнести:
- сохранение научно - технического потенциала и технологических процессов изготовления РИТЭГ с целью изготовления этих РИТЭГ в случае поступления заказов на их поставку (с) http://www.vniitfa.ru/index.php?option=com...44&Itemid=1

насколько я понимаю, это "частная" инициатива Института, а не стратегическая задача, спущенная сверху.
п.с. презентация, приложенная к докладу, весит аж 30 МБ и не содержит ничего, кроме фоток.

Сообщение отредактировал Smith - 18.1.2012, 16:24

[ДяДя ФеДоР]

Уважаемый Smith,

Спасибо! интересный доклад и познавательные фотографии в презентации.

2all -
То есть, сейчас РИТЭГи никому не нужны - ни в России, ни на экспорт?
Минприроды и военные что - собираются все маяки и навигационные точки на севере перевести на ветряки и солнечные батареи?
А изотопы для РИТов - нарабатываются? или также забыли про это?

[Татарин]

Да и еще и появление на форуме товарищей из Эстонии подогрело у меня интерес к данной теме!

А как связана Эстония с РИТЭГами?
Я вижу только одну связь: когда-то 20 лет назад в Нарве был завод "Балтиец", который собирал оные. Но того завода уж нет давно, а все местные РИТЭГи с маяков давно сняты и утилизированы.

[Татарин]

А изотопы для РИТов - нарабатываются? или также забыли про это?

Pu-238? или Sr-90?
А есть способ их НЕ нарабатывать?

[ДяДя ФеДоР]

А как связана Эстония с РИТЭГами?
Я вижу только одну связь: когда-то 20 лет назад в Нарве был завод "Балтиец", который собирал оные. Но того завода уж нет давно, а все местные РИТЭГи с маяков давно сняты и утилизированы.

именно эта логическая цепочка, Вы правы - увидев эстонских товарищей, я вспомнил про Нарву!
а то, что нет ничего - так я понимаю... просто, навеяло!

[ДяДя ФеДоР]

Pu-238? или Sr-90?
А есть способ их НЕ нарабатывать?

я имел в виду, что нарабываются = выделяются / используются для конкретных нужд!
какой Вы, однако, тов. Татарин, въедливый!

[VBVB]

То есть, сейчас РИТЭГи никому не нужны - ни в России, ни на экспорт?

В принципе есть интересный вариант применения РИТЭГов на основе стронция-90 для для нужд неатомного подплава отечественного ВМФ.
Изотоп стронция-90 наиболее дешев, может производится из ОЯТ тоннами, имеет энерговыделение 0.21 кВт/кг в виде керамики SrTiO3.
Проскакивали сведения, что на этом изотопе принципиально возможно на уровне имеющихся технологий создание РИТЭГ динамического типа с кпд около 23-25% (Stirling Radioisotope Generator, SRG). Т.е. возможно создание капсульного типа необслуживаемого радиоизотопного устройства, генерирующего 150-200 кВт электроэнергии размером грубо 1х1х2.5 м и весом в 25-30 тонн. Две-три такие капсулы в удаленной кормовой части корпуса способны обеспечить современную ДЭПЛ электричеством для заряда батарей и регенерации воздуха, что позволит в несколько раз увеличить ее подводную автономность. Кроме того, выдачи 450-600 кВт от таких РИТЭГ хватит чтобы перемещать лодку на скоростях 5-6 узлов при патрулировании. Замена таких купсул каждые 7-8 лет во время ремонтов с докованием.
IMHO, описанная штука менее геморойная в эксплуатации, чем водородные ЭХГ (над созданием которых отечественный флот сколько времени бьется ).

[armadillo]

а совмещать стирлинги и "обычную" термоэлектрику не пробовали?

[VBVB]

а совмещать стирлинги и "обычную" термоэлектрику не пробовали?

Данных по таким вариантам пока особо не видел. Тема ведь специфичная. Да и тепломеханика таких устройств в смысле оптимизации соотношения тепловых потоков будет не простая.
Стирлинги на основе ядра РИТЭГАа могут иметь кпд до 40% по разным оценкам. На плутонии-238 НАСА выходит на уровень кпд динамического РИТЭГа под 38%.
http://science.compulenta.ru/658593/
На стронции-90 из-за меньшего удельного тепловыделения кпд такого РИИЭГа будет ниже. Насколько ниже х.з.
В Курчатнике разрабатывался термовольтовый монокристаллический молибденовый монокпреобразователь с предположительным кпд преобразования тепловой мощности в электроэнергию порядка 33%, но для высокотемпературной газовой смеси. РИТЭГ на стронции-90 не даст таких высоких температур.
Ну допустим если с динамическим РИТЭГА на стронции-90 со стирлингом снимается электроэнергии 26-28% от тепловой мощности, то в принципе еще 6-7% еще вдобавок можно было бы снять за счет недорогого тонкопленочного термовольвотового модуля с износоустойчивым материалом. В итоге можно под уровень кпд 32-35% подобраться.
Но уж очень непростое в техническом плане устройство такого комбинированного РИТЭГа получится. В лаборатории может прототип отечественные товарищи и соорудят, но вряд ли наша имеющаяся промышленность этот вариант потянет.

Сообщение отредактировал VBVB - 6.11.2012, 17:10

[Татарин]

а совмещать стирлинги и "обычную" термоэлектрику не пробовали?

Смысла нет.
ТЭГ - отсутствие механики, надёжность, необслуживаемость, низкий КПД.
Стирлинг - высший КПД, полное использование температурного перепада, проблемы с движущимися частями.

Совмещение убьёт потенциально высокий КПД стирлинга и потенциальную надёжность ТЭГ. А по всем остальным качествам - будет нечто среднее. И нафига?

[VBVB]

Совмещение убьёт потенциально высокий КПД стирлинга и потенциальную надёжность ТЭГ. А по всем остальным качествам - будет нечто среднее. И нафига?

Логично.
В итоге объединения методов утилизации радиоизотопного тепла получится электрогенерирующая штука с посредственными характеристиками по всему массиву эксплуатационных характеристик. Увеличению числа ключевых элементов снижает надежность технического устройства.
Проще уж один РИТЭГ-стирлинг, но с оптимизированными характеристиками под конкретную задачу вспомогательной ЭУ для электродвижения НАПЛ.

[Татарин]

Проще уж один РИТЭГ-стирлинг, но с оптимизированными характеристиками под конкретную задачу вспомогательной ЭУ для электродвижения НАПЛ.

Есть ещё одна идея, вполне реализуемая при нынешних технологиях и куда перспективнее стирлингов и ТЭГ, на мой взгляд: РИФЭГи

Фотоэлектрическое преобразование света с радиационно-накачиваемого люминофора.
Примерная конструкция такая: матрица, скажем, сульфида стронция-90 легируется каким-нить хорошим излучателем. Скажем, церием. Всё это добро начинает неимоверно светиться (с КПД около 30% энергия быстрых электронов улетает в свет). Свет выводится через зеркала световодом за защиту на обычную фотовольтаику с шириной запрещённой зоны, оптимизированой под тот же церий (арсенид галлия вполне пойдёт) и преобразуется с КПД 50-70%.
Мы рулим спектром излучения, поэтому 50-70% - это вовсе не запредельный хай-тек, как в случае с солнцем, просто хорошая трёхпереходная фотовольтаика на арсениде-нитриде галия-алюминия.

Получаем надёжность как у ТЭГ, а КПД как у стирлинга. Ну, почти.

Низкопотенциальное тепло от излучателя (100-200С) утилизируем преобразователем по вкусу (стилинг или там ТЭГ, не суть).

[VBVB]

Есть ещё одна идея, вполне реализуемая при нынешних технологиях и куда перспективнее стирлингов и ТЭГ, на мой взгляд: РИФЭГи

Фотоэлектрическое преобразование света с радиационно-накачиваемого люминофора.
Примерная конструкция такая: матрица, скажем, сульфида стронция-90 легируется каким-нить хорошим излучателем. Скажем, церием. Всё это добро начинает неимоверно светиться (с КПД около 30% энергия быстрых электронов улетает в свет). Свет выводится через зеркала световодом за защиту на обычную фотовольтаику с шириной запрещённой зоны, оптимизированой под тот же церий (арсенид галлия вполне пойдёт) и преобразуется с КПД 50-70%.
Мы рулим спектром излучения, поэтому 50-70% - это вовсе не запредельный хай-тек, как в случае с солнцем, просто хорошая трёхпереходная фотовольтаика на арсениде-нитриде галия-алюминия.
Получаем надёжность как у ТЭГ, а КПД как у стирлинга. Ну, почти.
изкопотенциальное тепло от излучателя (100-200С) утилизируем преобразователем по вкусу (стилинг или там ТЭГ, не суть).

Интересная конструкция по вашему предложению может получится.
Только я бы предложил использовать сферическую матрицу 90SrF2 c пресованной керамической оболочкой на основе (Er-Eu-Dy)F3. Ну а далее через интерференционный отражательный фильтр выход на граненной формы оптимизированную фотовольтаику. За счет грубо трехдиапазанного съема излучения 90Sr можно суммарное кпд преобразования энергии излучения радиоизотопа в электроэнергию на уровне до 50% получить.
Т.е. по грубой оценке описанный девайс с ядром 60 см диаметра весом 470 кг с фототермовольтовой оболочкой весом еще в 800-850 кг с капсульной оболочкой биозащиты весом около 4500 кг способен до 200 кВт электроэнергии генерировать. Тогда удельная энергомощность сего радиоизотопного энергогенерирующего устройства будет на уровне 34-30 Вт/кг в течении пары-тройки лет. Девайс менять раз в 8-10 лет с регенерацией 90Sr.
По моей грубой прикидке, лодка проекта 677 «Лада» на таком радиоизотопном электорогенераторе способна выдавать крейсерскую скорость 8.5-9 узлов.
И не надо никаких подзарядок и потребления топлива.

Сообщение отредактировал VBVB - 13.11.2012, 2:36

[VBVB]

http://www.bbc.co.uk/russian/science/2013/...ves_solar.shtml

Американский космический зонд "Вояджер-1" (Voyager-1) стал первым аппаратом земного происхождения, покинувшим Солнечную систему.
Он вышел за пределы гелиосферы и теперь находится в межзвездном пространстве.
"Вояджер", запущенный в 1977 году с целью изучения внешних планет нашей системы, успешно выполнил свою задачу к 1989 году и продолжил свой путь. Сейчас он находится на расстоянии почти 19 млрд км от Земли.
Ожидается, что изотопный электрогенератор на основе плутония, установленный на "Вояджере", будет снабжать его теплом и энергией еще в течение 10 лет, после чего его научные инструменты и передатчик мощностью 20 ватт перестанут действовать.

Все таки РИТЭГи, особенно на плутонии-238, прекрасная штука в качестве надежного автономного энерговыделителя в условиях глубокого космоса.
РИТЭГ "Вояджера" уже более 35 лет работает и никаких проблем с генерацией тепла и электроэнергии для бортовых систем космического аппарата. Плюс еще 10 лет работы на приемлемом уровне энергообеспечения КА ожидается.
IMHO, РИТЭГи одни из лучших энергогенерирующих устройств, придуманных людьми. Работа их не зависит практически не от чего (освещение, гравитация, отсутствие атмосферы, внешняя радиация, потоки высокоэнергетичных частиц и т.п.).

Сообщение отредактировал VBVB - 27.9.2013, 3:52

[3www]

Интересная статейка на схожую тему (заранее извиняюсь, если я что-то перепутал):

http://www.popmech.ru/article/11620-nezamenimyie-batareyki/
http://www.citylabs.net/index.php?option=c...r&Itemid=20

Описывается маленький элемент питания на ... тритии! Работает в 20 лет (что и понятно - период полураспада трития 12,3 года), выдавая ток от 50 (в конце срока службы) до 350 наноампер, при напряжении до 2,4 вольт. Канадцы (или, возможно, это американцы) утверждают, что смогут доработать своё устройство и сделать элемент питания с мощностью в десятки микроватт. Самое интересное, что это чудо техники можно купить, хотя стоит дороговато - $1000.

[Татарин]

Описывается маленький элемент питания на ... тритии! Работает в 20 лет (что и понятно - период полураспада трития 12,3 года), выдавая ток от 50 (в конце срока службы) до 350 наноампер, при напряжении до 2,4 вольт. Канадцы (или, возможно, это американцы) утверждают, что смогут доработать своё устройство и сделать элемент питания с мощностью в десятки микроватт. Самое интересное, что это чудо техники можно купить, хотя стоит дороговато - $1000.

Но это же ужасно...

Нагрузка не должа превышать минимально выдаваемой мощности, значит, считаем по ней.
50нА * 2.4В = 120нВт.
Умножаем на 20 лет (175200 часов), получаем ёмкость батарейки в 21мВт*ч.

Обычная литиевая батарейка с низким саморазрядом спокойно отработает 20 лет и отдаст энергию и поболее.

И без всякой возни с буферами - в любой момент мощность может быть не 120нВт, а десятки мВт запросто.
И стоить она будет вовсе не 1000$, а примерно долларов 20, если в военно-медицинско-космическом исполнении (и где-то доллар, если в китайско-потребительском в крупной серии).
И без всякой возни с радиоактивностью.

И спрашивается: вот НАФИГА?
Чисто для понта, что ли?

[Dozik]

Но это же ужасно...

У нас как-то лет 20-25 назад были аварийные указатели выхода - в каждом, под 20 кюри трития... Стекло, однако.
Потом все ликвидировали.

[3www]

И спрашивается: вот НАФИГА?
Чисто для понта, что ли?

Кто знает, может в у них там своё Сколково?... Среди заказчиков и партнёров НАСА и Локхид Мартин упоминаются.
Если можно создать литиевую батарейку с нулевым саморазрядом (да даже просто с малым) - это действительно бредовая затея.
Я за что купил - за то и продаю. С чисто физической точки зрения это ведь тоже маленький РИТЕГ.