Ядерная энергетика будущего

[crazy_terraformer]

Надо выделить всё, что можно выделить рентабельно, и вернуть натрий в КВС. Пусть там, если даже будет какая-то часть цезия, химия его практически та же при высоких температурах, а разных источников и видов радиации и без него будет полно.

[alex_semenov]

Затем этот раствор нейтрализуем аммиаком и он пойдёт в ионообменный каскад, где будет происходить разделение катионов щелочных металлов...

Я слаб в химии. Но судя по описанному это очень затратный процесс. Нет?

Одно дело - извлекать из натрия актиноид, и совсем другое - цезий. Вы разницы не понимаете?

Не понимаю. Объясните.
Просто я доверяю людям из Снеженска. Они там конечно не асы в радиохимии (все-таки другой профиль) но судя по проделанной работе, они попытались оценить все стороны. Заглянуть во все узкие места. И радиохимия теплоносителя (я же сказал "сон разума" - в этом!) - самое узкое место.

Насколько я могу сутить (возможно я не прав), но первоначальная сепарация тяжелых элементов происходит еще в натриевом "озере". То есть концентрация тяжелых металов выше на дне. Оттуда натрий и берут для сепарации.
Далее. Если думать по-уму то нет такой уж необходимости на каждом цыкле (обороте) теплоносителя его как-то уж основательно чистить.
Ну и четвертое.
Только недавно обратил внимание что трехконтурный реактор - это карма всех быстрых реакторов-бридеров на натрии. Так что трехконтурность тут неизбежна и вполне освоенная технология. И в связи с этим стоимость энергии реакторов с металлическим теплоносителем оказывается в ~1.5 раза выше чем у водяных. Таким образом КВС (грубо) в этом смысле дорогая технология как ЗАЯЦ.
Но опять таки.
Я не утверждаю что технологию надо осваивать прям сейчас. Сейчас ей тупо мешает международная кретинско-подлая (где кретины там и мерзавцы) политика. Этот мир (в смысле мироустройство) должен рухнуть. До основания. А затем...

КВС полезен, прежде всего, тем, что на нём можно отработать конструкцию атомного-импульсного корабля, с которым можно браться всерьёз за колонизацию Марса и астероидов.

Зрите в корень.
Можно показать еще массу ядерных технологий (наприемр релятивистские реакторы, геотермальная энергия использующая мирные ядерные взрыве), которые связываются в некий взаимосвязанный (взаимодполняющий) пул технологий. УКЛАД. Но КВС+Взрыволет - самые яркие узлы в таком  технологическом укладе. Тот факт что они запрещены законодательно как раз и говорит - мы не используем атомные технологии. Мы не вошли в атомную эру.
Во-первых он (атом) не есть пока для цивилизации необходимостью (есть пока богатые ресурсы и есть органическое топливо).
Во-вторых цивилзация ГУМАНИТАРНО не доросла до атомных технологий.
В частности (это может показаться странным, но я всегда поперек общего мнения) -общепринятая политика по поводу распространения ядерного оружия - либо тупа либо подла. Борьба за ядерное разоружение выгодна глобалистам (мировое управление атомом - их мечта). С другой борьба с атомным оружием - способ тормозить атомные технологии. Притом все. ЗАЯЦ в том числе. Не зря лидер в ЗАЯЦ - Россия  признанный "мировой маргинал" не желающий жить в дружной семье народов по единым "общепризнанным" правилам.
В общем.
Должно утечь много воды, смениться много в миропонимании как элит так и народов (последнее - совсем инертный процесс) чтобы атом стал реальной технологией. Ну а пока 6% (современная доля атома в мировой энергетике) - это что называется "чтоб не сдох". Не потерять навык. Все.

[crazy_terraformer]

Затем этот раствор нейтрализуем аммиаком и он пойдёт в ионообменный каскад, где будет происходить разделение катионов щелочных металлов...

Я слаб в химии. Но судя по описанному это очень затратный процесс. Нет?

Учитывая объём, скорее всего да, 500 тонн Na2O в год. Но в процессе очистки от лантаноидов и актиноидов, вполне вероятно процесс выделения цезия можно будет совместить.
Стоп, 500 тонн в год=500/365,25=~1370 кг в день, но количество каскадов и ступеней в них? Почитаю литературу, скажу.

[crazy_terraformer]

Одно дело - извлекать из натрия актиноид, и совсем другое - цезий. Вы разницы не понимаете?

Не понимаю. Объясните.

Натрий и цезий - оба щелочные металлы, вступают в одни и те же реакции и образуют соединения близкие по свойствам, скорее всего часть цезия всегда будет растворена в натрии, т.к. дальнейшее извлечение будет нерентабельно.

[alex_semenov]

Натрий и цезий - оба щелочные металлы, вступают в одни и те же реакции и образуют соединения близкие по свойствам, скорее всего часть цезия всегда будет растворена в натрии, т.к. дальнейшее извлечение будет нерентабельно.

А цезий (изотопы) - один из самых противных продуктов распада? Так?
Если склероз не ошибается, со "средним" периодом полураспада?  То есть и долго (не переждешь пока сам испарится) и сильно (нельзя с ним как-то смириться в системе) фонит?
Согласен. Засада. 
Первая мысль - может тогда в завесе использовать тот же свинец (висмут-свинец)? Но тут нужен бросовый материал так как нужно много такого материала (целое озеро). А свинец дорогой.
Остаемся значит на натрии.
Что обнадеживает? Смотрите.
По сравнению с обычным реактором, тут основная ТЕПЛОВАЯ мощность реактора (30 Гвт) - от синтеза дейтерия. Продукты распада (то есть и изотопы цезия) - это только от выгоревшей части триггера. Условно, их в раз 10 меньше (на самом деле менее 1% возможно, сверхчистые бомбы) чем в обычном реакторе. То есть на выходную мощность продуктов деления будет в 10-100 раз меньше. И цезия - в том числе.

А вообще атомная масса цезия и натрия различаются в 10 раз (плотность в 2 раза!). Не уж то не получится в расплаве оба металла разделить чисто гравитационно? Этому и сама конструкция способствует. Цезий по идее, должен оседать на дно натриевого озера. По крайней мере у дна его концентрация должна быть на порядки больше чем в верхних слоях. Дно озера - первый (и возможно самый мощный) этап разделения теплоносителя и продуктов трансмутации.

[crazy_terraformer]

Есть минерал поллуцит (Cs, Na)[AlSi2O6]·nH2O (22 — 36 % Cs2O) -
гидроалюмосиликат

При промышленном получении цезий в виде соединений извлекается из минерала поллуцита. Это делается хлоридным или сульфатным вскрытием. Первое включает обработку исходного минерала подогретой соляной кислотой, добавление хлорида сурьмы SbCl3 для осаждения соединения Cs3[Sb2Cl9] и промывку горячей водой или раствором аммиака с образованием хлорида цезия CsCl. При втором — минерал обрабатывается подогретой серной кислотой с образованием алюмоцезиевых квасцов CsAl(SO4)2 · 12H2O.

(кликните для показа/скрытия)

Для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная ректификация в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с геттерами для удаления следов водорода, азота, кислорода и многократная ступенчатая кристаллизация.
Сложности получения цезия обусловливают постоянный поиск его минералов: извлечение этого металла из руд неполное, в процессе эксплуатации материала он рассеивается и потому безвозвратно теряется, Промышленность нуждается именно в очень чистом материале (на уровне 99,9—99,999 %), и это является одной из труднейших задач в металлургии редких элементов.

Извлечение неполное. Приблизительно почти аналог смеси натрия с цезием, разве что цезия больше, но реакции те же.
Вместо обработки плавиковой кислотой как я предложил можно использовать концентрированную соляную, затем хлорид сурьмы и полученный осадок гексахлоростибата цезия промывается аммиаком, а затем получаем хлорид цезия.
Далее или идёт геморрой с получением чистого цезия и в калютрон, или окисляем всё и остекловываем. В любом случае ненужные изотопы из калютрона уйдут на захоронение. А натрий с остатком цезия после восстановления в реактор.

Мировая добыча обогащённой руды цезия составляет около 20 тонн в год. Мировой объём производства металлического (чистого) цезия — около 9 тонн в год[5].

Некоторые источники[6] утверждают, что потребности в цезии более чем в 8,5 раз превышают его добычу, что положение в металлургии цезия ещё более тревожное, чем, например, в металлургии тантала или рения и производители не могут обеспечить постоянно растущий спрос на металлический цезий.

Радиоактивный изотоп цезий-137 претерпевает бета-распад (период полураспада 30,17 лет, продукты распада барий-137m, быстро распадающийся с излучением гамма-кванта с энергией 661,7 кэВ в основное состояние, и барий-137). Гамма-излучение цезия-137 используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике и при стерилизации пищевых продуктов (консервы, туши птиц и животных, мяса), а также для стерилизации медицинских препаратов и лекарств, в радиотерапии для лечения злокачественных опухолей. Также цезий-137 используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия (плотность 3,9 г/см³, энерговыделение около 1,27 Вт/см³). Цезий-137 используется в датчиках предельных уровней сыпучих веществ в непрозрачных бункерах.

Единственный стабильный нуклид цезий-133 используется в атомных часах.

(кликните для показа/скрытия)

....Катализаторы
Цезий нашёл большое применение в производственной химии в качестве катализатора (органический и неорганический синтез). Каталитическая активность цезия используется в процессах получения аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты. Особенно эффективным является применение цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе бутадиена, и имеет очень большое экономическое значение, так как резко увеличивает эффективность синтеза. Очень большое значение приобрел рутений-цезий-углеродный катализатор. В целом применение цезия в катализе имеет не только большую сферу его потребления, но и большие перспективы дальнейшего развития. В ряде катализаторов оказалось чрезвычайно эффективным применение цезия совместно с рубидием (оба металла значительно увеличивают каталитическую активность друг друга). Цезий промотирует действие серебряного катализатора и повышает его селективность при эпоксидировании этилена.

А вот это интересно

The radioactive 135Cs has a very long half-life of about 2.3 million years, longest of all radioactive isotopes of caesium. 137Cs and 134Cs have half-lives of 30 and two years, respectively. 137Cs decomposes to a short-lived 137mBa by beta decay, and then to nonradioactive barium, while 134Cs transforms into 134Ba directly. The isotopes with mass numbers of 129, 131, 132 and 136, have half-lives between a day and two weeks, while most of the other isotopes have half-lives from a few seconds to fractions of a second. At least 21 metastable nuclear isomers exist. Other than 134mCs (with a half-life of just under 3 hours), all are very unstable and decay with half-lives of a few minutes or less.[47][48]

The isotope 135Cs is one of the long-lived fission products of uranium produced in nuclear reactors.[49] However, this fission product yield is reduced in most reactors because the predecessor, 135Xe, is a potent neutron poison and frequently transmutes to stable 136Xe before it can decay to 135Cs.[50][51]

The beta decay from 137Cs to 137mBa is a strong emission of gamma radiation.[52] 137Cs and 90Sr are the principal medium-lived products of nuclear fission, and the prime sources of radioactivity from spent nuclear fuel after several years of cooling, lasting several hundred years.[53] Those two isotopes are the largest source of residual radioactivity in the area of the Chernobyl disaster.[54] Because of the low capture rate, disposing of 137Cs through neutron capture is not feasible and the only current solution is allowed to decay over time.[55]

Almost all caesium produced from nuclear fission comes from the beta decay of originally more neutron-rich fission products, passing through various isotopes of iodine and xenon.[56] Because iodine and xenon are volatile and can diffuse through nuclear fuel or air, radioactive caesium is often created far from the original site of fission.[57] With nuclear weapons testing in the 1950s through the 1980s, 137Cs was released into the atmosphere and returned to the surface of the earth as a component of radioactive fallout. It is a ready marker of the movement of soil and sediment from those times.[11]

Кое-что из этого интересное в реакторах тепловые нейтроны не дают образовываться 90% долгоживущего радиоизотопа 135Cs, т.к. его 135Xe предшественник легко их захватывает и превращается в стабильный 136Xe. Цезий-135 представляет собой слабо радиоактивный изотоп цезия с периодом полураспада 2,3 млн. лет, излучающий низкоэнергетические бета-частицы, трансмутируя в стабильный изотоп-барий-135. Цезий-135 является одним из 7 долгоживущих продуктов деления и единственным щелочным. При ядерной переработке он остается с 137 Cs и другими среднесрочными продуктами деления, а не с другими долгоживущими продуктами деления. Низкая энергия распада , отсутствие гамма-излучения и длительный период полураспада 135 Cs делают этот изотоп гораздо менее опасным, чем 137 Cs или 134 Cs.
Интересно, сколько 135Cs будет образовываться в КВС?

[MenFrame]

Не уж то не получится в расплаве оба металла разделить чисто гравитационно?

Расплавы нельзя сепарировать.

[alex_semenov]

Не уж то не получится в расплаве оба металла разделить чисто гравитационно?

Расплавы нельзя сепарировать.

Как это нельзя? А как же сами собой  всплывают всякие там флюсы в плавильных печах?
Не надо ничего сепарировать.
В 10 раз более легкий и в 2 раза менее плотный натрий САМ окажется в верхней части озера. А цезий более тяжелый и плотный САМ осядет на дно. Ну а там на дне его можно (вместе с частью натрия) таки "отсосать" и уже работать по разделению.
Концентрация цезия будет на порядки (думаю раз в 100) больше чем если бы все это было размешано. А значит объем обрабатываемого химией материала в те же 100 раз меньше. Учитывая что на каждый ватт тепла и актиноидов будет в 10-100 раз меньше (у нас же теромоядерный реактор а не ядерный), мы получаем что химически очищать надо в 10 000 раз меньше теплоносителя, чем если бы это был некий "натрий-солевой реакотор" (условно где ядерное топливо растворено в натрии).

Дно озера - первый (и возможно самый мощный) этап разделения теплоносителя и продуктов трансмутации.

И не только трансмутации (очень тяжелых элементов) но и продуктов распада - тоже. Вот смотрите:



Пики в районе 90 и 140.
Но у натрия 23.
То есть натрий гораздо легче основных продуктов деления. А значит они все будут САМИ оседать на дно озера из натрия. Большая часть работы по отделению будет сделана земной гравитацией без особых затрат.

[bob]

Второе дыхание российского ЗЯТЦ:
http://maxpark.com/community/6285/content/2473368
https://gmorder.livejournal.com/3926795.html
(есть видео)

[MenFrame]

Как это нельзя? А как же сами собой  всплывают всякие там флюсы в плавильных печах?

Там разделяется металлическая и не металлическая компонента.

[Lieut]

Как это нельзя? А как же сами собой  всплывают всякие там флюсы в плавильных печах?
Не надо ничего сепарировать.

Флюсы - имеют разное агрегатное состояние.
А так хотелось бы посмотреть, как у вас соленная вода сама собой распадется на пресную (сверху) и соль (снизу).
А что - имеют очень даже разную плотность...

[Дрюша]

А так хотелось бы посмотреть, как у вас соленная вода сама собой распадется на пресную (сверху) и соль (снизу).

Может быть, где-нибудь на БК или НЗ такое и возможно...

[библиограф]

 

В 10 раз более легкий и в 2 раза менее плотный натрий САМ окажется в верхней части озера. А цезий более тяжелый и плотный САМ осядет на дно. Ну а там на дне его можно (вместе с частью натрия) таки "отсосать" и уже работать по разделению.

Это, чтобы вы знали и не писали здесь вздор:
Все щелочные металлы растворимы друг в друге и образуют при определенных соотношениях
компонентов эвтектические сплавы
Цезий с натрием, например 94.5% и 5.5%, температура плавления -30С
Если добавить калия, получится т.н. Советский сплав Т пл. -78С
Вы ведь не сможете, даже если очень захотите, разделить всем известный эвтектический
 оловянный припой ПОС61, даже на центрифуге, хотя плотности олова и свинца различаются почти вдвое.
А  про амальгаму натрия или раствор натрия в ртути слыхали? 5% амальгама - твердая,
но хотя плотности компонентов отличаются более, чем на порядок, попробуйте её разделить!

[crazy_terraformer]

https://gmorder.livejournal.com/3926795.html

Однако в перспективе ЗЯТЦ радиохимики хотели бы отойти как от оксидного топлива перейдя на карбид или нитрид (точнее смесь карбидов/нитридов плутония и урана), так и от жидкосной радиохимии, переключившишь на переработку в виде расплавов солей или даже ионизированного газа (!). С одной стороны такой переход дает заметные бонусы к всему проекту ЗЯТЦ, например при работе на нитриде реактор можно сделать без зон воспроизведения (а значит двух схем переработки ОЯТ), а переработка тонны ОЯТ не будет оставлять за собой десятков кубометров жидких радиоактивных отходов.

Проблема в том, что в КВС надо балласт в виде натрия отбрасывать ~1015,56 кг/день на 8 ГВт-ный КВС.

(кликните для показа/скрытия)

M(Na2O)=61,9790 г/моль
M(Na)=22,99 г/моль
w(Na/Na2O)=2*22,99/61,979=~0,7418642
m(Na2O)=500 т/год=500/365,25=~1,36893 т/день
m(Na)=m(Na2O)*w(Na/Na2O)=~1,015557 т/день=~1015,56 кг/день

А щелочные металлы реагируют со всеми реактивами. Значит надо с безводными химикатами дело иметь.Для начала можно нагреть расплав до температуры кипения натрия и откачать пары натрия и части примесей, а затем остаток после выпаривания богатый ураном и плутонием обработать фтором для их извлечения в виде газообразных гексафторидов?

[ВадимZero]

Читаю чтиво снежинцев....

После взрыва защитная стенка из жидкого натрия воспринимает импульс взрывной волны и движется на корпус со скоростью 50-100 м/с

Интересно товарищи знакомы с таким понятием как "гидроудар"?

[pkl]

И вообще, тема про ядерную энергетику, а не термоядерную.

Ну да в теме про ядерную энергетику кидаться какашкими в меня оскорбляя троллем эт нормально

Да, это нормально. Потому что тролль Вы и есть:

какой смысл развивать экономически нерентабельный способ производства энергии??? Кому он может пригодиться и для чего?

А потом --

Нет, не так: газ продавать, а развивать технологии. Что не так?

..
Газ продаем потому что хотим чего то там развивать а развивать не хотим потому что не перспективно... Крылова басни не читал там как раз про такое есть "Лебедь рак и щука".. почитай..

В теме про ядерную энергию обсуждать сначала термояд, а теперь и басни Крылова троллинг и есть!

А тема взаимосвязана ибо если термоядерный синтез HB11 на петаваттных лазерах запустят это в корне поменяет все.

Тема никак не связана с термоядерным синтезом т.к. посвящена термоядерной энергетике будущего.

Жечь дейтерий проще, его много, а отдача - больше.

Да но нет радиоактивных отходов и кучи нейтронов...не надо потом думать где зарыть фонящий корпус реактора например...И дейтерий на улице не валается...

Угу, осталось только две проблемы решить: начать да закончить.

Дейтерий в воде растворён.

[EvilShurik]

Совсем не о том рассуждаете. Натрий в "озере" на дне КВС - чиститься элементарно ВЫПАРИВАНИЕМ! У нас по условию эксплуатации КВС внутри него - вакуум, с небольшим давлением натриевых паров. Ориентировочно менее 1 мм ртутного столба. Т. е. около одной тысячной атмосферы или сотни паскаль.
При таком низком давлении натрий великолепно испаряется ещё до достижения температуры кипения! А значит, самый примитивный ректификатор, использующий кстати, бросовую тепловую энергию остающуюся после срабатываний топливных зарядов КВС, будет хорошо справляться с задачей очистки натрия и извлечения осколков деления, не прореагировавших актинидов. В испарителе будет накапливаться натрий, обогащённый осколками деления и актинидами. Чисто за счёт точной ректификации можно очищать его от цезия, ну а от таких тугоплавких элементов как барий, лантаноиды и другие металлические осколки деления избавиться можно элементарно собирая остатки от выпаривания натрия.
Неметаллы, например, йод, будут образовывать тугоплавкие соединения с натрием, которые тоже не будут выпариваться, и также пойдут в "отходы". Трудность есть лишь с таким веществом как радиокриптон, который не будет реагировать с натрием и газообразен. Но он вполне может оставаться внутри КВС - ибо объём этой установки многократно больше, чем необходимо для хранения криптона. Которого будет мало, чтобы заполнить такой объём и создать заметное давление.
Разочарую, но натриевое озеро на дне КВС будет равномерно перемешано, из-за пульсаций силы ударной волны, возникающей каждый раз при подрыве топливного заряда. Поэтому никакого расслоения у поверхности и дна по содержанию примесей в натрии, за исключением лёгких не растворимых в натрии солей - продуктов взаимодействия натрия и химически активных осколков деления не будет. А из-за громадной разницы в количествах натрия и образующихся металлических осколков деления, примеси будут распределены в толще натрия равномерно. Поэтому только постоянное выпаривание натрия, идущего в "фоновом режиме" и за счёт тепла взрывов, будет концентрировать примеси и позволять осуществлять их удаление.
Избавляться от цезия нет ни малейшей необходимости - в первом контуре КВС и без цезия будет достаточно источников радиации, чтобы это представляло проблему. Физически же цезий никак не мешает натрию выполнять своё предназначение "амортизатора ударной волны" термоядерного взрыва внутри взрывной камеры КВС.

[ВадимZero]

У нас по условию эксплуатации КВС внутри него - вакуум

Нет, там аргон при атмосферном давлении.

[EvilShurik]

У нас по условию эксплуатации КВС внутри него - вакуум

Нет, там аргон при атмосферном давлении.

А вот это уже ерунда. Развалит взрывную камеру. Я читал проект, там внутри камеры - натриевый пар, и вакуум. Если и были варианты с заполнением взрывной камеры аргоном, то только при малом давлении - единицы паскаль, чтобы не было сильной ударной волны.

[ВадимZero]

Я читал проект, там внутри камеры - натриевый пар, и вакуум.

Хреново читали. Газ как раз способ более меннее равномерно подать нагрузку на стенку. Без газа, будет гидроудар со всеми вытекающими.