ВНИМАНИЕ! На форуме завершено голосование в конкурсе астрофотография месяца - НОЯБРЬ!
0 Пользователей и 2 Гостей просматривают эту тему.
Самые дешёвые горные разработки будут вестись на поверхности, заглубляться в шахты станут только после исчерпания марсианского реголита, лучшего состава по искомым компонентам. Но есмь почти возобновляемый ресурс — шапочки полярные из сухого и водного льдов...Там будут ползать, покеда температура не поднимется выше температуры таяния воды.
Цитата: pkl от 22 Фев 2021 [23:55:24]Речь о реакторе-размножителе или просто тепловом на природном уране, типа канадских CANDU?Реактор-размрожитель, но не урановый, а ториевый (с КВ 1.01 - 1.03). Там с вопросами материаловедения сильно проще, чем в урановом размножителе. А по сути это и будет чуть модифицированный CANDU или ОК-180, тут нет противопоставления.Тут какая ситуация. Сейчас основной материал таких реакторов - это сплавы системы цирконий-ниобий и цирконий-олово. Положим, что ни разумного источника ниобия, ни разумного источника олова у нас нет совсем (если будет торий, то цирконий тоже точно будет, во многих аспектах химических свойств торий и цирконий - элементы близнецы и практически любым возможным методом будут выделяться из породы совместно, причем практически во всех породах циркония на много больше, чем тория). Какие тут существуют альтернативы? Довольно классический материал для ядерных реакторов - сплавы системы алюминий-магний. В энергетических реакторах их применяли редко, но вот в исследовательских и реакторах-наработчиках оружейного плутония довольно обычный материал. Он обладает низким сечением захвата тепловых нейтронов, удовлетворительными механическими свойствами и достаточно хорошей коррозионной стойкостью. У него только один недостаток, хотя и довольно большой (из-за чего в энергетических реакторах и отказались от дешевого и технологичного алюминия в пользу более дорогих циркониевых сплавов). Он стоек к воде только при температуре менее 215 градусов. При превышение этой температуры растёт скорость межкристаллитной коррозии и использовать становится практически невозможно. Т.е. при замене циркониевого сплава алюминиевым работоспособный реактор построить можно, но если в качестве теплоносителя используется вода (или тяжелая вода), то температура в первом контуре должна быть ограничена 200 градусами. Этого достаточно для отопления или производства технологического пара для промышленных нужд, но для эффективного производства электроэнергии как-то маловато. Т.е. можно, но КПД будет низким.Значительно лучше стойкость алюминия к углекислому газу. Там алюминий высокой чистоты сохраняет удовлетворительную коррозионную стойкость до 500 градусов. Механические свойства алюминия при таких высоких температурах, прямо скажем, так себе. Но в качестве защитного слоя на более прочном, но недостаточно коррозиестойким материале использовать можно. И тут можно обратить внимание на ещё одно интересное свойство тория. Металлический торий (в отличии от урана) довольно слабо подвержен газовому распуханию под облучением. Это позволяет изготавливать ториевые ТВЭЛы не из оксида тория, а из металлического сплава торий-уран. И такие ТВЭЛы могут работать до выгорания ~20 МВт сутки/кг (а больше в ториевом размножителе и не надо). А легированные ураном торий - это не хрупкая керамика, а пластичный и довольно прочный металл. Это открывает довольно широкие возможности для инженерной мысли. Скажем становятся возможны кольцевые газоохлаждаемые ТВЭЛЫ непосредственно несущие давление теплоносителя (проще говоря ТВЭЛ в виде трубы из торий-уранового сплава с противокорозионным покрытием из того же алюминия внутри которой течет газ-теплоноситель под давлением, т.е. такая конструкция где торий выполняет функцию и топлива и материала удерживающего давление теплоносителя одновременно), а такая или какая-то подобная конструкция позволяет сделать газоохлаждаемый реактор с рабочей температурой теплоносителя до 500 градусов имея только торий и алюминий (используя торий и как топливо и как материал несущий механическую нагрузку в горячей части АЗ одновременно, вне АЗ для труб с горячим углекислотным теплоносителем можно использовать углеродистую сталь, возможно с защитным слоем алюминия). В общем даже при наличие такого "богатого" набора материалов как торий, алюминий, магний и железо тут можно предложить какие-то жизнеспособные варианты. С цирконий-ниобиевым сплавом удобнее, но можно и без него.Помимо алюминий-магниевого сплава тут есть ещё один потенциально перспективный материал. Сплавы системы титан-алюминий. Имеют прекрасную коррозионную стойкость в воде (по крайней мере до 300 градусов) и углекислом газе, а также сравнительно высокую жаростойкость. Тут правда есть один нюанс. Природная смесь изотопов титана имеет высокое сечение захвата нейтронов (6.1 барн) из-за чего титан в его природном виде в активной зоне реактора использовать практически невозможно. Но у титана есть относительно редкий изотоп Ti-50 (его доля в природной смеси 5.2%), который имеет низкое сечение захвата нейтронов (0.179 барн), сравнимое с сечением захвата алюминием и цирконием. Если из природного титана выделить этот изотоп, то такой изотоп-обогащенный титан также мог бы использоваться как конструкционный материал реактора. В общем ториевым реактор размножитель без использования чего-то редкого (кроме самого тория) вполне представим. Можно даже ограничиться магнием и алюминием, ну а при наличие ещё титана - так совсем неплохо.С урановым размножителем сложнее. Все же жидкие металлы - большая гадость в плане коррозии. Как тут можно обойтись без сложно легированных сталей (для которых нужен как минимум хром и никель) - не очень понятно. Разве что что-то газоохлаждаемое делать. Там в части материалов выбор больше, возможно удастся ограничиться тем же сплавом титан (изотоп-обогащенный по Ti-50)-алюминий.
Речь о реакторе-размножителе или просто тепловом на природном уране, типа канадских CANDU?
Цитата: Lieut от 23 Фев 2021 [23:08:23]то для оболочки можно использовать и нелегированный цирконий.Чистый цирконий имеет малое сопротивление ползучести, поэтому его можно использовать только для элементов не испытывающих сколько-нибудь значительных механических нагрузок. Для оболочки ТВЭЛов с металлическим топливом (когда механическую нагрузку несёт сам стержень из тория) скорее всего подойдет. Тут его высокая пластичность скорее всего будет даже плюсом, так как она будет уменьшать риск появления трещин на оболочке в случае деформации ТВЭЛа. А вот для ТВЭЛов с керамическим топливом - скорее всего уже не очень. Там само топливо - это просто стопка из керамических таблеток и оно вообще никакой внешней механической нагрузки нести не может, соответственно всё это должна делать оболочка ТВЭЛа, что накладывает довольно существенные требования на механические свойства её материала. Тут, впрочем, очень хорошее поведение под облучением металлического тория и низкие требования к глубине выгорания (всё равно для обеспечения КВ>1 скорее всего придется работать с выгоранием 10 - 15 МВт сутки/кг) позволяют использовать металлическое топливо, где требования к механическим свойствам оболочки куда более низкие, чем при использование керамического (так как в этом случае оболочка практически не несёт механической нагрузки, её функция в этом случае только в изоляции топлива от среды).Цитата: Lieut от 23 Фев 2021 [23:08:23]углекислым газом Ну углекислый газ при высокой температуре не так уж и безобиден. Вот таблица коррозии некоторых конструкционных материалов в нем:Видно, что наименьшей коррозии в нем подвержен алюминий, не легированный цирконий подвержен коррозии в нем в заметно большей степени. В том случае, если у нас нет особых требований на механические свойства материала то алюминий выглядит более предпочтительным материалом для работы в углекислых средах, чем нелегированный цирконий.Цитата: Lieut от 23 Фев 2021 [23:08:23]или гелиемНу с инертным газом (гелием или аргоном) вообще много возможностей открывается. Ведь в достаточно чистом благородном газе коррозии вообще нет, там это требование совсем снимается. И материал должен просто обладать достаточно хорошими механическими свойствами при рабочей температуре. И тут выбор сразу становится на много шире. Скажем алюминий - одна из лучших лигатур к цирконию, повышающая его механические свойства и жаростойкость. По прочности сплавы цирконий-алюминий превосходят сплавы цирконий-ниобий, особенно при повышенных температурах. Но использовать их можно только в инертной атмосфере. Алюминий катастрофически снижает коррозионную стойкость циркония, так что ни в воде, ни в углекислом газе такие сплавы при повышенной температуре применять вообще невозможно. Но если у нас теплоноситель - гелий или аргон, то почему бы и нет.С гелием только одна проблема - сам гелий. Гелий в больших количествах и разумной себестоимостью получается только из природного газа. Кончится природный газ - кончится и гелий. По крайней мере в таких количествах, в которых он нужен для работы реактора его точно не будет. Тоже не возобновляемый ресурс, поэтому ориентироваться на него в сколько-нибудь долгосрочной перспективе нет никакого смысла.Аргон относительно дешев и неограниченно доступен, но с ним есть одна проблема. Он активируется. Газ в первом контуре будет накапливать довольно много радиоактивного Ar-41. Период его полураспада мал (109,61 минута) и распадается он в не радиоактивный изотоп калия. Т.е. какой-то глобальной экологической опасности он не представляет, но его угроза для персонала и близлежащих населенных пунктов при его использование в качестве теплоносителя первого контура будет вполне реальной. В современные требования безопасности при использование аргонового теплоносителя уложиться будет очень тяжело.
то для оболочки можно использовать и нелегированный цирконий.
углекислым газом
или гелием
Цитата: pkl от 25 Фев 2021 [00:10:16]про эти реакторы почитал и тут меня осенило: да это же идеальная технология для колоний на других планетах! Алюминий, торий, тяжёлая вода, сталь и углекислый газ. Всё это есть на Венере и Марсе. Реактор может работать на природном уране - нет необходимости в обогащении. Даже если низкая температура в 200 градус в условиях Марса не будет недостатком - кпд будет приемлемым. А газ для охлаждения брать из атмосферы. В общем, надо это обсудить в теме про колонизацию Марса.На Марсе урана и тория нет, надо поставлять, а на Венере они долго не будут нужны. Тому как в атмосферных слоях, где можно обитать, днём как минимум в 2 раза светлее, чем на экваторе Земли, и суперротация, поэтому сутки короткие, т.е. на массе аккумуляторов можно экономить. На терраформированной Венере долгое время можно будет бурить неглубокие скважины для теплосъёма — в фаворе будет петротермальная, геотермальная энергетика, плюс стабильные ветра по часам из-за особенностей вращения планеты означают предсказуемую пилу производства в ветровой энергетике.
про эти реакторы почитал и тут меня осенило: да это же идеальная технология для колоний на других планетах! Алюминий, торий, тяжёлая вода, сталь и углекислый газ. Всё это есть на Венере и Марсе. Реактор может работать на природном уране - нет необходимости в обогащении. Даже если низкая температура в 200 градус в условиях Марса не будет недостатком - кпд будет приемлемым. А газ для охлаждения брать из атмосферы. В общем, надо это обсудить в теме про колонизацию Марса.
Цитата: pkl от 25 Фев 2021 [00:10:16]Всё это есть на Венере и Марсе.На Марсе с торием как-то всё не очень не хорошо. В типовой породе менее 1 ppm (в земных гранитах в среднем 18 ppm).Вообще в Солнечной системе вне Земли пока ещё нигде не найдены породы столь же богатые актиноидами, как земные граниты. KREEP-породы Луны к ним местами приближаются (хотя всё равно беднее), но это по сути опять же вещество Земли (так как Луна образовалась в основном как раз из выброшенного вещества Земли, то что с веществом её древней коры туда попал какой-то избыток актиноидов в общем не очень удивительно).
Всё это есть на Венере и Марсе.
Не факт что на поверхности много ископаемых. Половина поверхности и вовсе песком в перемешку с льдом и солиями покрыто...У нас то речь не о добыче. Хотя, логично приятное с полезным совмещать. Добычу и строительство города рядом и прямо в полостях от разработки.Кстать если там когда то была вода, значит могло остаться множество карстовых пустот и русел подземных рек. Они очень помогут делу
Для будущих марсиан всё — ископаемые ресурсы. А дешёвые те, что легко поднимать, загружать в кузов или трубу и транспортировать в центр переработки.
Кстать если там когда то была вода, значит могло остаться множество карстовых пустот и русел подземных рек. Они очень помогут делу
Реакторы, видимо, будут использоваться не столько для выработки энергии, сколько для наработки делящихся материалов из урана-238 и тория.
А делящиеся материалы можно будет использовать для поджига дейтериевых термоядерных зарядов в КВС.
Если рассуждать с позиции эффективности выбираемых проектов, с учетом всех будущих трудозатрат и материалов, что гиперактуально для других планет, с учетом доставки большей части с Земли, то норы и бункеры выглядят на порядки перспективнее всяких пирамид и куполов, на которые надо в сотни и тысячи раз больше и материалов и энергии.Я вообще склоняюсь к тому, что на Марсе даже растения будет выгоднее выращивать под землей под лампами, запитывая их от солнечных панелей и реакторов, чем городить что либо на поверхности...
Так что существование жидких горизонтов очень вероятно практически везде.
Кроме многокилометрового слоя грунта дополнительно противостоять потере этой воды должна создаваемая парАми сплошая ледяная пробка над жидкими водными горизонтами, которая будет стремиться забить все поры, через которые будет уходить газовая фаза, и она еще больше повысит внутреннее давление.
А внутри пирамидки давление в 30 атмосфер смеси с содержанием кислорода, пригодной для выращивания растительности, и сжатой марсианской атмосферы(0,08% угарного газа каталитически окислим до СО2, 100 ppm NO каталитически окислим до азотной кислоты и поглотим местным грунтом в сборнике, впоследствии будет использован как нитратное удобрение) с добавкой азота до нормы. 30 атмосфер — аналог по давлению на Земле под 300 м воды - для снижения радиационной угрозы со стороны вторичных ливней частиц...
Упростим задачку, закачиваем 30 атм грязного(по содержанию угарного газа, NO и озона) марсианского воздуха, а природа микроорганизмов возьмёт своё сама(можно помочь), температура под куполом 25°С.
Однако в воздухе Марса 95,32% СО2 , что может урезать осетра(подкупольную площадь) из-за необходимости закислять грунт и воду более сильными кислотами, чем угольная, для предотвращения связывания СО2 в карбонаты. К тому же СО2 будет выводиться из воздуха на долго(сплавы, керамики) и навсегда(вывоз с планеты)
1.Как можно растопить подземные льды?2.Можно ли создать на Марсе атмосферу подобной Земле,ведь есть же для этого всё необходимое:вода,кислород?Название темы изменено на более широкое и общепринятое.
Цитата: pkl от 25 Фев 2021 [23:29:18]Реакторы, видимо, будут использоваться не столько для выработки энергии, сколько для наработки делящихся материалов из урана-238 и тория. Из какого урана и тория?? Вам же в процитированном чёрным по светлосерому написано - актиноидов на Марсе где угодно более чем на порядок меньше чем в условном "подмосковном суглинке"! Цитата: pkl от 25 Фев 2021 [23:29:18]А делящиеся материалы можно будет использовать для поджига дейтериевых термоядерных зарядов в КВС. Который КВС имеет статус очень сырого концепта, в котором в соответствующей теме тут даже при первом взгляде видно больше нерешаемых проблем, чем преимуществ.
А вообще ее там полно. Это стало понятно, еще когда какой то старый марсоход ковшиком грунт копнул, и там прожилки льда проявились.
Цитата: Vavanzer от 26 Фев 2021 [11:36:45]А вообще ее там полно. Это стало понятно, еще когда какой то старый марсоход ковшиком грунт копнул, и там прожилки льда проявились.Не марсоход, а АМС Феникс.
Цитата: crazy_terraformer от 02 Мар 2021 [08:39:58] как стабильный источник. Менее стабильна солнечная энергетика на поверхности из-за сезонов пылевых бурь. Вот из-за этого она и нестабильна и следовательно - тоже не источник.
как стабильный источник. Менее стабильна солнечная энергетика на поверхности из-за сезонов пылевых бурь.
Цитата: crazy_terraformer от 02 Мар 2021 [08:39:58]Ещё вариант сокращения потребности в энергии это использование микробиотехнологии, где источником химической энергии выступают местные горные породы богатые железом (II) Может быть кто-то нимношка забыл школьную химию, но никакой ион сам по себе "источником энергии" быть не может. Нужен либо готовый окислитель, либо отрывающая электрон фотосистема, про эффективность коей, особенно при такой инсоляции, лишний раз говорить смысла нет.Ну и регулярно подсыпать в биореактор восстановитель, добываемый из грунта и предварительно тщательно очищаемый от токсичных хлоратов и избытка тяжёлых металлов - это ведь гораздо "проще" и энергетически "дешевле" чем аэрация универсальным летучим окислителем!
Ещё вариант сокращения потребности в энергии это использование микробиотехнологии, где источником химической энергии выступают местные горные породы богатые железом (II)
Есть же экстремофилы, использующие перхлораты как окислитель и осаждающие избыток тяжёлых металлов в нерастворимые формы?!