bigdrum (bigdrum) wrote,
bigdrum
bigdrum

Categories:

Prototype this по-русски - выпуск 102. Комбинированный источник безопасного ядерного питания.



Идея навеяна вот этим.

Главная проблема ядерной энергии - масштабы. Реактор требует обслуживания, независимо от того, большой он или маленький. Соответственно, рулить большим реактором дешевле в пересчете на единицу мощности, поскольку затраты на персонал и амортизацию разного рода систем распределяются на большее количество произведенной энергии. Возникает вопрос - можно ли создать ядерную энергетическую установку минимального размера, которая будет надежной, безотказной, дешевой и простой, чтобы удовлетворить интересы малых потребителей? Тема достаточно интересная, и проекты малых реакторов разрабатываются повсюду в мире.

Вы же знаете, настоящему мужчине всегда есть, что сказать, верно?



Итак, сегодня мы создадим компактный комбинированный источник безопасного ядерного питания, дешевый, простой, не требующий обслуживания. Естественно, создадим мысленно. Попробовал бы я это дело дома собрать в металле - я себе представляю этот кипиш! :)



Ладно поехали.

Идея у нас такая. Полноценный реактор мы создавать не будем, тем самым мы сразу отказываемся от систем регулировки критичности, систем аварийной защиты, мы отказываемся от проблем образования изотопов из конструкционных материалов под воздействием нейтронного облучения, проблем утечек делящихся материалов из активной зоны. Мы будем использовать альфа- и бета- распадающиеся радиоизотопы, как в РИТЭГ.

Поскольку распад изотопов в РИТЭГ является нерегулируемым, наш источник будет производить одно и то же количество тепла в единицу времени, с точностью до глубины выработки изотопа. Ничего не поделаешь, селява. Горячая зона у нас будет горячей все время. Зато - не взорвется.

Энергия в РИТЭГ производится на термопарах - простых либо полупроводниковых. Получаемый КПД при этом небольшой, но достаточный для использования в дорогих приложениях. То есть - какое-то количество энергии имеется все время. Можно ли увеличить это количество энергии, обеспечив регулируемую выработку в минимальных каких-то пределах?



Давайте думать.

Производительность термопары определяется разницей температур между холодным и горячим участком. И если мы не можем совсем сильно, как в АЭС, разогреть горячий - мы можем охладить холодный. При этом будет поглощено определенное количество тепла, которое можно направить на совершение работы. В РИТЭГ, работающих на окружающую среду (охлаждение излучением в космических приложениях либо на отдачу тепла воздуху в земных) тепловыделяющий элемент разогревается до высоких температур (до 500 градусов), чтобы обеспечить достаточную разницу для работы термопары. Если мы охладим радиатор (вместо воздуха +30 будем обдувать его воздухом -30 градусов), количество вырабатываемой энергии повысится.

Давайте представим себе РИТЭГ.



Мы видим центральную зону - тепловыделяющий элемент - с интегрированной противорадиационной защитой, и радиатор охлаждения, между которыми располагаются генерирующие термоэлектрические элементы. При этом радиатор РИТЭГ разогревается до высоких температур, а разница температур на термопаре достаточно невелика, и выделяемая энергия - тоже.

Теперь представим себе, что добрый человек намертво приварил к каждому ребру радиатора трубки из нержавеющей стали, и собрал их в пучок с одним входом и одним выходом. А второй добрый человек подал в трубки дистиллированную воду. Будучи разогреваемой теплом РИТЭГ вода начинает кипеть (температура, однако), при этом выработка энергии термоэлектическим элементом увеличивается из-за увеличения разницы температур. А радиатор - он охлаждается водой. И потому тепловыделение от него в воздух - оно в силу уменьшения разницы температур становится меньше, чем у РИТЭГ без водяной рубашки...

Тут меня дотошные читатели ткнут пальцем в то, что температура радиатора промышленно производимых сегодня РИТЭГ не может быть больше 80 градусов - так они разрабатываются. Ладно, хорошо. Параметры разработки - дело разработчика.

Мы вводим трубки в область горячего спая термогеэлектронератора.

Будучи защищенным в значительной мере от радиации конструктивом РИТЭГ, наш контур охлаждения является чистым. Фазовый переход воды (теплоносителя) поглощает большую долю энергии, нежели радиатор - и почти вся энергия уходит в пар, "в свисток". И давление этого пара можно использовать для питания паровой машины, приводящей какие-нибудь насосы и т.д. А можно вместо воды использовать другой теплоноситель. Для нас важно использовать тепловой преобразователь с КПД больше, нежели у термопары, и если учесть что в тепловых машинах (например, в стирлинге) КПД может превышать 30% - мы получим весьма интересный вариант регулировки вырабатываемой полезной мощности.

Иными словами, наш источник является комбинированным. Он сочетает в себе один источник тепла, ядерный, и два канала утилизации этого тепла. Один канал является постоянным, и служит для гарантированного безопасного температурного режима. Второй является каналом отбора тепловой мощности. При этом первый канал гарантированно способен утилизировать все выделяемое тепло в ситуации, когда второй канал не задействован, а второй канал позволяет использовать тепло эффективным регулируемым образом. Тепловой баланс между каналами обеспечивается разницей в теплоотдаче между радиатором, и системой паровой двигатель/стирлинг. Кроме того, поскольку фазовый переход в теплоносителе обеспечивает отбор тепла без увеличения температуры (кипение), он более эффективен, чем отбор тепла радиатором. Что автоматически - при задействовании второго канала - "отключает" первый.

Двайте представим промышленную реализацию.

Мы строим большую широкую трубу типа градирни, но это не градирня, а труба. В основании мы ставим наш ядерный источник тепла с радиатором. Нагревая воздух в трубе, радиатор обеспечивает тягу, а значит - усиленную (эффект трубы) конвекцию воздуха, обдувающего радиатор. Данная конвекция полностью утилизирует тепло источника на холостом ходу. Подавая в водяной контур источника воду, мы получаем кипение и отвод большей части тепла в пар, который, конденсируясь в приемнике, греет теплоцентраль, приводит стирлинги или участвует в работе паровой машины. Наша система требует обслуживания исключительно на стадии загрузки/разгрузки тепловыделяющих элементов, а регулировка работы осуществляется операцией открутить краник / прикрутить краник. Поскольку мы работаем исключительно с тепловой энергией, источниками тепла могут быть высокоактивные отходы, выделяемые из отработанных топливных сборок химическим образом, капсулированные и радиационно безопасные.

Телемаркет.



Все как обычно...
Tags: Prototype this по-русски
Subscribe

  • Хто всравсь?

    Замечательный ролик. Я давно уже с восторгом слежу за тетей Монтян. И этот ролик - он, фактически, просто один в череде многих, которые посвящены…

  • Маленький ответ о будущем :)

    Хороший, но уже сакраментальный вопрос поднят Николаем Яновичем Азаровым в данном ролике. А именно, "что будет с Украиной после завершения…

  • Отходя ко сну...

    Чтобы организм смог правильно усвоить шашлык, за раз можно съесть не более 200-300 граммов мяса. Безопасную для здоровья порцию шашлыка в беседе…

promo bigdrum february 17, 2019 22:31 6
Buy for 10 tokens
На мейл-ру пролетела очередная "желтая" новость, коих не счесть. Касательно контактов с инопланетянами. В силу чего, втыкая по причине небольшой эмоциональной раздолбанности, я вот тут вдруг решил взять и откомментировать это дело. Да, ребята! МЫ БУДЕМ ГОВОРИТЬ ОБ НЛО, ПРИШЕЛЬЦАХ…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 9 comments