Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[Эркин]

До 30% общей генерации.

на какое время?

Естественно речь идет идет о периодах пиковых нагрузок на сеть.

[SY]

Ну кстати почему-то этот факт не отражен в статистической отчетности  so-ups...проверил...

Вот наглядное пособие.

[mbrane]

Ну кстати почему-то этот факт не отражен в статистической отчетности  so-ups...проверил...

Вот наглядное пособие.

да чо-то лоханулся ...смотрел вот http://so-ups.ru/index.php?id=tech_disc2016freq_aug да видимо до 22 не дошел

[AlexAV]

В статье они пишут что одно это отдельное "мини-солнце",может быть и совсем небольшим-все равно что вспышка нескольких галлонов бензина.Про толщину стенок извиняюсь,не понял.Что есть КВ?

Не такое уж и небольшое. Уже для NIF (даже если бы что-то получилось, что маловероятно) - уже совсем не таким уж небольшим. NIF вкладывает в мишень около 2 МДж. В случае успеха должно было бы выделиться не менее 100 МДж из которых около 80% - нейтроны (они с достаточно небольшим взаимодействием с материалами внутри камеры достигают стенки и поглощаются распределёно в её объёме и в бланкете за ней, т.е. их вклад в собственно взрывные процессы (генерацию ударных волн и т.д.) можно не учитывать), т.е. в мощность собственно микровзрыва составила бы около 20 МДж. 1 кг тротилового эквивалента - это 4,2 МДж, т.е. в этом случае мощность взрыва была бы около 5 кг тротилового эквивалента. Это уже очень мощный взрыв. Однако же очевидно, что на NIF необходимого энерговклада в мишень для обеспечения таких коэффициентов усиления мощности достичь не удастся, нужно видимо вложить на один-два порядка больше, т.е. не менее 20 - 200 МДж. А тогда микровзрыв в случае успеха окажется на уровне 50 - 500 кг тротилового эквивалента.  Уже практически на уровне мощности взрыва авиабомбы ФАБ-500. Такой мощный взрыв требует весьма серьёзной взрывной камеры, с толщиной стенки стенки около 100 мм броневой стали. Такая толстая стенка - это не очень хорошо с точки зрения возможности воспроизводства трития.

Что есть КВ?

Коэффициент воспроизводства трития. Ничего кроме пары дейтерий-тритий поджигать сейчас и не надеются. И здесь одна проблема - тритий в природе практически не встречается. Воспроизводить его можно в результате реакции Li-6 + n = T + He-4, а также пороговой реакции Li-7 + n = He-4 + T + n. Проблема в том, что в реакции D + T = He-4 + n генерируется всего один нейтрон, а с учётом неизбежных потерь, используя этот нейтрон, нужно воспроизвести более одного атома трития для замыкания цикла. Здесь отчасти помогает то, что нейтрон получается очень высокоэнергетическим, с энергией  14.1 МэВ, что позволяет использовать для размножения трития пороговые реакции типа (n,2n) и Li-7 + n = He-4 + T + n. Однако для этого нейтрон должен достичь бланкета не растеряв энергию по дороге. В этом плане инерционные системы уже в самом начале проигрывают магнитным. Дело в том, что для достижения достаточного коэффициента усиления мощности оптическая толщина мишени в момент термоядерной детонации должна быть  порядка или более 3 г/см2. Пробег же нейтрона в D-T среде - около 4,7 г/см2. Эти величины не так уж сильно отличаются друг от друга и значительная часть нейтронов исходящих из мишени успеет испытать одно или более столкновений с веществом мишени, замедляясь при этом. В результате спектр нейтронов излучаемых мишенью будет значительно мягче 14,1 МэВ, что уже плохо с точки зрения воспроизводства трития. Если же этот поток ещё и пройдёт через толстый слой стали, то в результате процессов упругого и неупругого рассеяния нейтронов на атомах материала стенки он будет существенно замедляться и частично поглощаться ею. После этого полное воспроизводство трития может стать существенной проблемой.
 

Обдув или ультразвуковые щетки?Наверное за промежуток между импульсами должны успеть..

Осевший металл очистить довольно сложно...

Да,это первый минус что бросается в глаза.Но может есть эрзац,композиты,рутений там,или медь какая модифицированная(сплав?).

Материал должен иметь высокую атомную массу для уменьшения скорости разлёта и высокий атомный номер для эффективного поглощения рентгеновского излучения. Собственно у золота конкурентов здесь не так уж и много. Вольфрам, тантал, рений, тяжёлые платиновые металлы (осмий, иридий, платина), свинец, висмут, торий, уран, пожалуй и всю. Вольфрам, тантал - заметно хуже золота по свойствам с точки зрения требований к мишени. Кроме того они сложны в обработке, из них намного сложнее изготовить прецизионную мишень с микронной точностью. Менять золото на рений, осмий, платину или иридий бессмысленно - эти металлы ещё более дефицитные, чем золото. Уран и торий будут активно делиться на термоядерных нейтронах продуцируя горы радиоактивного мусора, что с учётом, что этот мусор будет не спокойно лежать в запаянном ТВЭЛе, а окажется распылённым по взрывной камере - малоприемлимо. Т.е. остаётся выбор золото, свинец и висмут. Работ по висмуту я не видел (хотя и не так уж интересно... висмут - один из редчайших элементов на планете, который не стоит дороже золота лишь по той случайности, что довольно эффективно отделяется попутно из сульфидных свинцовых руд, которые весь ограниченный ресурс). Относительно свинца - есть работы, где приходят к выводу, что он может заменить золото (скажем эта http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23486285). Определёна проблема здесь в том, что изготовить мишень из свинца получается ничуть не дешевле, чем из золота. Нужно обеспечить высочайшую точность изготовления и однородности оптических свойств поверхности, сделать это из не окисляемого и очень технологичного золота проще и дешевле (несмотря на большую стоимость золота), чем из свинца (те же оксидные плёнки на свинце могут катастрофически повлиять на свойства мишени). Опять же если говорить о реакторе, то внутри камеры должна будет быть температура порядка 500 градусов, насколько это совместимо с ажурной конструкцией из легкоплавкого свинца не очень ясно.

Совсем забыл.,про работы по лазерному зажиганию ДВС.Там проблема с окнами тоже имелась,ибо грязища не сравнима.Вот есть хиндустанская статья на тему:
https://www.ijsr.net/archive/v3i7/MDIwMTQxMDY2.pdf
В двух словах:луч сам расчистит себе дырочку в окне.

Зависит от мощности пучка. В данном случае мощность такая, что достаточна, чтобы  нагреть слой сажи до температуры когда она начинает выгорать, но недостаточна, чтобы при этом разрушить стекло. При очень большой мощности пучка нередка ситуация когда просто отпечатка пальцев на стекле достаточно, чтобы стекло рассыпалось на осколки из-за термических напряжений. Опять же  металлическая пыль не сажа, куда более жаростойка, стекло начнёт разрушаться раньше чем она куда-либо денется.

Другая (но не менее сложная проблема) - состоит в том, что под действием высокоэнергетических нейтронов в материале идут реакции скола типа:

O-16 + n = C-13 + He-4 (эта реакция кстати в потоке термоядерных нейтронов будет идти с весьма существенным сечением 330 мбарн). Газовыделение в структуре материала ни к чему хорошему не приводит. В пределе это ведёт к растрескиванию материала, а в прозрачных намного раньше к помутнению. При прохождение мощного  лазерного импульса дефекты такого типа будут весьма неприятны.

Даже 60 пучков лазера мало.,т.к. ситуация напоминает воздушный шарик который сжимают в руке-резина постоянно норовит вылезти из-под пальцев.Как мне видится выход тут один:запихнуть золотой шарик с зарядом в некий гель с изменяемыми свойствами,который при внешнем воздействии смог бы равномерно распределить нагрузку.

Всё уже придумано до нас. Для равномерного распределения излучения используется хохлраум:



Он конвертирует лазерное излучение в относительно однородное рентгеновское, которое уже и обжимает мишень. Некоторой проблемой здесь является то, что КПД конверсии лазерного излучения в рентгеновское составляет всего около 20%.

[библиограф]

 

Работ по висмуту я не видел (хотя и не так уж интересно... висмут - один из редчайших элементов на планете, который не стоит дороже золота лишь по той случайности, что довольно эффективно отделяется попутно из сульфидных свинцовых руд

Каждого радиолюбителя, который лудит печатную плату сплавом Розе(50% висмута!)
должно прямо-таки распирать от самодовольства, что он так свободно обращается с одним
из из редчайших элементов на планете
Можно сделать из замороженной ртути:
http://chemistry-chemists.com/N3_2012/U1/ChemistryAndChemists_3_2012-U1-5a.html
Висмут при нейтронном облучении превращается в полоний-210; он тут же улетучивается прочь,
заражение камеры будет похуже, чем от урана!

[DimVad]

А тогда микровзрыв в случае успеха окажется на уровне 50 - 500 кг тротилового эквивалента.  Уже практически на уровне мощности взрыва авиабомбы ФАБ-500. Такой мощный взрыв требует весьма серьёзной взрывной камеры, с толщиной стенки стенки около 100 мм броневой стали.

Интересно...
1. А не будет ли это нарушением договора о испытаниях ?
2. А не приближается ли эта конструкция к КВС ?

[snickers]

Проще было бы перекрыть Керченский пролив и наполнять Азовское море.
Кстати и мост не понадобился бы.

Уровни высот посмотрите по карте сначала, а потом несите ахинею. Ейск, Танганрог, Бердянск, часть Мариуполя и что по мельче все пойдет под воду. И да за затопленный соседям территории платить придется убытки еще и внукам таких горе-прожектеров. Речь про угробленный биологический баланс Азовского моря даже не ведется.
Затапливать если что то под акуммуляцию, то это Баренцево море, там и гористая местность и малонаселенная, да и процесс аккумуляции прост из за приливов. Но тогда получим просто ПЭС. Что кстати там и реализовано еще со времен СССР.
....
Кстати нам ( я имею ввиду пост-СССР) светит не очень радужное будущее. Смотрел доклад Заместитель генерального директора Центра макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования (ЦМАКП) Д. Белоусов на Международном военно-техническом форуме «Армия-2016» так там прямо говориться -> Индустриализация 4.0 пройдёт в США и части Евросоюза (робототехника, биофарма, дешёвые энергоносители и др.).... то есть дешевые это именно сланец и гидраты + удешевление ВИЭ, так же  - основные макрорегионы перейдут к самообеспечению (сланцевый газ в США, тяжёлая нефть в Канаде; энергоносители Африки для Европы)--. Так что господа как видим Сланцевые технологии + гидраты ставят вопрос про -- "нефть кончилоссь энергоносителей нетути и термояда тоже")) в плоскость чисто теоретическую. Так как лет на 500+ как минимум энергоносителями мы точно обеспечены. Как видим из доклада, прогнозируется именно ЛОКАЛЬНОЕ направление в  самообеспечение ресурсами, а не идеи передачи энергии на тысячи км. Вот такие вот тенденции намечаются.
 PS Вообще термояд надо считать как бонус. Получилось - хорошо, нет , на нет и спроса нет).

[electric]

В случае успеха должно было бы выделиться не менее 100 МДж из которых около 80% - нейтроны (... можно не учитывать), т.е. в мощность собственно микровзрыва составила бы около 20 МДж... мощность взрыва была бы около 5 кг тротилового эквивалента. Это уже очень мощный взрыв. Однако же ..., нужно видимо вложить на один-два порядка больше, т.е. не менее 20 - 200 МДж. А тогда микровзрыв в случае успеха окажется на уровне 50 - 500 кг тротилового эквивалента.  Уже практически на уровне мощности взрыва авиабомбы ФАБ-500. Такой мощный взрыв требует весьма серьёзной взрывной камеры, с толщиной стенки стенки около 100 мм броневой стали. Такая толстая стенка - это не очень хорошо с точки зрения возможности воспроизводства трития.

А нужна ли настолько прочная камера? Если взорвётся меньше миллиграмма и температура будет миллионы градусов, то импульс будет, как от взрыва нескольких грамм тротила, а может и меньше, соответственно не будет разрушительной ударной волны. Конечно, получившаяся плазма попадёт на стенки камеры и нагреет её. Но, если глубина проникновения будет достаточно большой, а удельная энергия (на единицу площади) достаточно маленькой (возможно размер камеры потребуется большого размера) чтобы стенки не грелись выше температуры насыщенных паров стенки (при давлении, на которое рассчитана камера), то на стенках не образуется газ, который мог бы стать источник огромного давления, то есть взрыва.

[mbrane]

 

Но, если глубина проникновения будет достаточно большой, а удельная энергия (на единицу площади) достаточно маленькой (возможно размер камеры потребуется большого размера) чтобы стенки не грелись выше температуры насыщенных паров стенки (при давлении,

чо стенки термоядерного ректора сделать из пластилина предлагаете:

[mbrane]

Если взорвётся меньше миллиграмма и температура будет миллионы градусов, то импульс будет, как от взрыва нескольких грамм тротила, а может и меньше, соответственно не будет разрушительной ударной волны.

Размер имеет значение - посему ядрен-батон не взрывается ниже критической массы и звезды не загораются при массе ниже 50 юпитеровых

[Проходящий Кот]

Разговор идет о лазерном подрыве. Так что критическая масса здесь не причём.....

[mbrane]

Разговор идет о лазерном подрыве. Так что критическая масса здесь не причём.....

а  вот собстввенно и ответ (прямо из комментов из первоначальной статьи)...Термоядерным ситнезом тут и не  пахнет вообще

http://www.nextbigfuture.com/2016/09/omega-laser-producing-five-times-higher.html
The aim of these projects is not to generate electric energy from fusion, but to simulate the conditions present in a thermonuclear bomb. Not even the fastest supercomputers are able to test due the complexity of hydrodynamic equations. Of course, and besides, you need some input from some kind of kind of experiments. It just happens that in recent years many harsh restrictions were put on sub-critical tests in the US. So, as I can see in the drawing, NIF seem to test the scondary stage and Omega Laser tests the primary stage.
..................

But we cannot test nuclear bombs due to test ban treaties.

Daniel is right that the motivation for this laser is not nuclear power but as a way of validating supercomputer models of nuclear ignition due to compression. The goal is to use lasers to create thermonuclear conditions which are used to validate software which is used to create new bombs that will work without ever being tested.

This was common knowledge 20 some years ago.

Si vis pacem, para bellum

Комментарий модератора раздела

язык форума - русский. дайте хоть пересказ

[mbrane]

1. А не будет ли это нарушением договора о испытаниях ?

 с чего бы вот текст московского договора http://archive.mid.ru//bdomp/ns-dvbr.nsf/11d2e6203c37ed2643256a1700434414/e31bd5296c8ceefe43256a5a002e6460!OpenDocument

испытаний в атомосфере, космосе, в водах нет, выпадения радиоактивных осадков за пределами США тоже нет

[DimVad]

испытаний в атомосфере, космосе, в водах нет, выпадения радиоактивных осадков за пределами США тоже нет

Т.е. если мы тут замутим КВС то тоже не будет никаких нарушений (выпаданий радиоактивных осадков за пределами РФ - нет, ну и т.д.).
А что по поводу просто обычных подземных испытаний ЯО ? Испытаний в атмосфере, космосе, в водах нет, ну и т.д.
Чем всё это отличается от взрывов эквивалентной мощностью до 500 кг тротила в камере лазерной установки ?

[AlexAV]

А тепло АЭС что, не годится для отопления?

Проекты АСТ разрабатывались, но не пошли по вполне объективным причинам. Атомный реактор нужно относить на достаточно большое расстояние от крупного города просто из соображений безопасности, а передавать тепловую энергию на большие расстояния дорого, сложно и сопровождается значительными потерями. Т.е. нельзя построить реактор рядом с миллионным городом, если что-то пойдёт совсем плохо (как в Чернобыле или Фукусиме), то расселить миллионный или уж тем более мультимиллионный город будет нереально по экономическим соображениям, а ничего не делать - тоже не получится, это будет уже не локальной катастрофой, а чем-то граничащим с крахом всего государства. Такой риск совершенно недопустим. И для производства и передачи тепловой энергии это критично. Для малых же городов (где указанные риски не так страшны, расселить какую-нибудь Припять если всё пойдёт совсем плохо возможно) АСТ не годятся из-за сильной зависимости себестоимости энергии от мощности реактора, т.е. реакторы малой мощности получаются очень дорогими в расчёте на единицу производимой ими энергии и не окупаются. На это всё накладывается ещё очень неудачный для реакторов режим работы с малой среднегодовой загрузкой (летом реактор будет практически простаивать), что ещё более ухудшает экономику. Как результат АСТ никакого распространения не получили (отопление от реакторов используется только в городах обслуживающих АЭС вроде Нововоронежа, которые в силу объективных причин рядом с этим реактором расположены). Скорее всего даже дрова будут в сфере отоплению лучше атома...

[AlexAV]

1. А не пробовали для поджига мишеней использовать микроволны? У магнетронов кпд всё же побольше, чем у лазеров.

Нет, не годятся. Даже ИК не очень пригоден. Для ЛТС нужно достаточно коротковолновое излучение, которое поглощается плазмой мишени по классическим столкновительным механизмам, лучше что-то начиная от УФ. Длинноволновое поглощается в значительной мере по резонансным в результате чего могут генерироваться быстрые электроны, которые приводят к преждевременно нагреву центральной части мишени, что плохо. Чем более длинноволновое излучение используется, тем эта проблема становится острее (не случайно NIF работает на третьей гармонике, хотя преобразование исходного лазерного импульса на эту третью гармонику и сопровождается значительной потерей энергии ).

. А если как то совместить ЛТС и КВС. Вообще, можно инициировать термоядерный взрыв без делящихся элементов /урана и плутония/, лазерами там или ещё как то? Как в Z-машине, допустим.

Известны режимы при которых устойчивая волна термоядерной детонации распространяется вдоль "шнура" c термоядерным топливом (на самом деле не просто топливо, а топлива в трёх оболочках, внешней и внутренней из непрозрачных для рентгена материалов (вольфрам, золото, свинец, уран) и промежуточный с прозрачным (полиэтилен и т.д.)). "Запалив" такой "шнур" можно получить любые коэффициенты усиления мощности и поджечь что угодно, где вообще возможна термоядерная реакция. Процесс в такой системе запускается импульсом рентгеновского излучения достаточной мощности, причём неважно откуда оно возьмётся - ядерный взрыв, лазер или Z-машина. Другой вопрос, что здесь есть минимальный порог мощности, который необходим для запуска процесса. С помощью ядерного заряда его достичь очень легко, а вот с помощью иных источников это пока уходит глубоко за пределы наших технических возможностей.

[AlexAV]

Канадцы вроде уже ждут от регулятора разрешения на постройку 500 мегаватного реактора.

Проект IMSR. В целом похож на MSRE (там был графит в ядре реактора и Хастеллой-N в прочей оснастке (сплав никеля с молибденом с небольшой добавкой хрома и прочих компонент, сплав исключительной коррозионной стойкости, но весьма дорогой)). Рабочей средой служит эвтектика LiF-NaF-BeF2 в которой растворяют UF4. Отличие от MSRE - полный отказ от тория, т.е. реактор будет работать как и большинство существующих в мире ректоров на тепловых нейтронах на низкообогащённом уране, сжигая преимущественно U-235.

Проблемы с устойчивостью материалов так кстати очень даже есть. В проект заложен капитальный ремонт реактора с заменой элементов АЗ раз в 7 лет. Для ядерного реактора это не очень хорошая величина, вообще говоря ставящая под сомнение его экономические перспективы, обычно ректоры без подобных процедур должны лет по 30 и более работать.

А нитрид-бора даже в жидком расплаве урана выживает.

Если только обогащённый по B-11 до 99,9..%. Материалы содержащие бор при наличие заметной примеси B-10 (в природном боре его 20%) имеют очень низкую радиационную стойкость, ну и кроме того сильно ухудшают нейтронно-физические параметры АЗ (обычно бор используется, чтобы надёжно прекратить цепную реакцию , как конструкционный же материал даже малая примесь B-10 будет вести к значительным неэффективным потерям нейтронов). Бор же такой степени обогащения по B-11 стоит очень дорого, сотни долларов за грамм, делать конструкцию из такого дорого материала очень разорительно.

керамики на основе углерода-кремния

Видимо от безысходности... Материал имеет плохие нейтронно-физические свойства, сильно замедляет нейтроны и при этом ещё кремний и поглощает их с сечением 171 бар в тепловом спектре (это очень много). Понятно, что почти любые ухудшения свойств АЗ можно побороть ростом обогащения топлива. Но  с вопросами создания реактора пригодного для полноценного замыкания ядерного цикла материалы со столь плохими нейтронно-физическими свойствами совместимы плохо.

[crazy_terraformer]

А тепло АЭС что, не годится для отопления?

Проекты АСТ разрабатывались, но не пошли по вполне объективным причинам. Атомный реактор нужно относить на достаточно большое расстояние от крупного города просто из соображений безопасности, а передавать тепловую энергию на большие расстояния дорого, сложно и сопровождается значительными потерями. Т.е. нельзя построить реактор рядом с миллионным городом, если что-то пойдёт совсем плохо (как в Чернобыле или Фукусиме), то расселить миллионный или уж тем более мультимиллионный город будет нереально по экономическим соображениям, а ничего не делать - тоже не получится, это будет уже не локальной катастрофой, а чем-то граничащим с крахом всего государства. Такой риск совершенно недопустим. И для производства и передачи тепловой энергии это критично. Для малых же городов (где указанные риски не так страшны, расселить какую-нибудь Припять если всё пойдёт совсем плохо возможно) АСТ не годятся из-за сильной зависимости себестоимости энергии от мощности реактора, т.е. реакторы малой мощности получаются очень дорогими в расчёте на единицу производимой ими энергии и не окупаются. На это всё накладывается ещё очень неудачный для реакторов режим работы с малой среднегодовой загрузкой (летом реактор будет практически простаивать), что ещё более ухудшает экономику. Как результат АСТ никакого распространения не получили (отопление от реакторов используется только в городах обслуживающих АЭС вроде Нововоронежа, которые в силу объективных причин рядом с этим реактором расположены). Скорее всего даже дрова будут в сфере отоплению лучше атома...

Теплицы греть и освещать на Севере.
А что новые АЭС с их системами безопасности ещё могут представлять серьёзную опасность?
Есть же эти конденсационные электростанции, где тепло сбрасывается в окружающую среду. Почему бы летом не сбрасывать лишнее тепло ч/з радиаторы-конденсаторы?
Летом можно греть общественные бассейны.

[LonelyWanderer]

А нельзя ли создавать водоемы-термосы для накопления тепла летом и отдачи его зимой? Известно, что даже дешёвый китайский термос в 1 литр, алюминиевый, без стекла и вакуума, держит тепло целый день. Если бы он был не 1 литр, а один кубометр, его объём вырос бы в 1000 раз, а поверхность в 100 раз, и он бы держал тепло уже неделю. В масштабах города нам бы потребовался достаточно большой водоем,  который за год терял бы всего пару градусов тепла за год.

[LonelyWanderer]

Обеспечить теплоизоляцию, как мне представляется, не очень сложная задача. Поверхность водоема можно покрыть прямоугольными элементами, наполненными воздухом, которые будут держаться наплаву сами по себе. Элементы эти лучше сделать ячеистыми, с 3-4 полостями - они будут как стеклопакеты. Чтобы избавиться от потерь через испарение между щелями и от мостов холода - на всю поверхность этих элементов постелить плёночный материал. Тоже в 2 слоя - для создания зазора-полости для ьеплоизтляции. А чтобы избавить поверхность от вспучивания (при заборе воды измениться площадь поверхности и плавучие элементы будут наседать друг на друга),  берега должны быть отвесные, на 3-4 метра глубины (зависит от размеров водоема и потребления)