Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[crazy_terraformer]

На экваторе Марса где-то 0,7 ppm=0,7 г/тонну тория.

[AlexAV]

Не уверен что стоит ставить КС-150 в пример.

Поискал цифры для чего-нибудь посовременнее. Вот оценки для нового китайского газоохлаждаемого реактора HTR-PM (охлаждается как раз гелием) (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0029549316001357).



Отсюда получается утечка гелия 7 м3/час. Для реактора с тепловой мощностью 250 МВт - довольно не мало.

[-Asket-]

Трупы — на удобрения: как компостируют человеческие тела
Традиционное погребение — не самый безопасный для природы вариант. В составы для бальзамирования входят формалин и другие вредные вещества, которые по мере разложения тела проникают в почву. Гробы состоят из металла, лакированного дерева, синтетических тканей. Продукты распада вредят росту растений, а на производство гробов тратится уйма ресурсов. Только в США в землю ежегодно попадает около 50 тыс. м³ древесины, более 16 млн. литров бальзамирующих жидкостей, более 1,5 млн. тонн железобетона, 17 тыс. тонн меди и бронзы и почти 65 тыс. тонн стали.

[cryon]

Будущее за технологиями управления климатом - если ветряки и солнечные батареи смогут работать, без ледниковых периодов и сплошной облачности соответственно. То обусловленного дефицитом энергии вымирания человечества не придется ждать ещё долго.

[Скеп-тик]

Эх, пролив Дрейка бы обуздать! Огромная масса воды, движущаяся со скоростью 5 км/час и более - ставь низконапорные турбины, редуктор - и никаких тебе перерывов на безветрие. Рядом Бразилия с железной рудой, Чили с медью, опять Бразилия с сахарным тростником...
Да и вообще, печенек много, а энергии не хватает.

[библиограф]

 Ширина пролива Дрейка 800 км, глубины достигают 5 км
Сумеете сами оценить объем плотины, преграждающей пролив?
Можете не стараться!
Цивилизация, с технической и энерговооруженностью, достаточной для  выполнения такого проэкта, вряд ли будет нуждаться в бразильском сахарном тростнике

[библиограф]

В части коррозионной активности и токсичности хлорид титана - на много менее неприятное соединение, чем фторид урана.

Вы когда-нибудь живьём TiCl4 видели? 
В присутствии небольшого количества воды образуется смесь которая разрушает всё - кроме
фторопласта, стекла и специальных сплавов.
Это выглядит как химический фокус - капля на х/б халате разъедает ткань немедленно; края
дыры обугливаются!
http://www.youtube.com/watch?v=bR_LAr_mOCw#

[библиограф]

Естественно гелий-неоновая смесь, извлекаемая из воздуха, тем более может рассматриваться как газ-теплоноситель. Т.е. разделять гелий и неон при использовании газа в этих целях будет не обязательно.

Гелий из воздуха? Ну-ну!
А ничего, чтобы добыть 150 граммов гелия надо переработать 150 тонн воздуха?
При нынешней цене 30$ за кубометр надо постараться придумать рентабельную технологию,
чтобы гелий из воздуха мог конкурировать с гелием из природного газа.
За последние 10 лет цена гелия выросла в 10 раз; продавцы воздушных шариков и аэронавты в отчаянии!

[AlexAV]

Вы когда-нибудь живьём TiCl4 видели? 

Сухой TiCl4 к той же углеродистой стали абсолютно инертен. По сравнению с коррозионной активностью в UF6 вещество довольно безобидное.

В присутствии воды коррозионная активность близка к соляной кислоте (образованием которой она собственно и обусловлена). Не идеал, но и ничего особо страшного, большинство пластиков, стекло, титан, цирконий, свинец, медь  даже в этом случае будут к нему весьма устойчивы.

Однако, в центрифуги естественно должен поступать чистый TiCl4 без примеси воды, а любая сталь к TiCl4 в этом случае устойчива абсолютно (реакция невозможна термодинамически). Со стороны материаловедения тут вообще никаких проблем не видно.

Это выглядит как химический фокус - капля на х/б халате разъедает ткань немедленно; края
дыры обугливаются!

Предпочту чтобы мне на халат попала капля TiCl4, чем чуть-чуть подышать парами UF6. В перовом случае будет дырка, а во втором - просто похоронят. Причём отравления UF6 даже толком не лечатся, если набрал ЛД уже никто тебе не поможет. В плане токсичности TiCl4 по сравнению с UF6 выглядит просто бальзамом.

ПДК TiCl4 - 1 мг/м3, ПДК UF6 - 0.015 мг/м3. По токсичности TiCl4 даже близко не лежит к фториду урана (VI).
 

Гелий из воздуха? Ну-ну!

Да я вроде и не являюсь особым сторонником реалистичности такого решения. Этот комментарий нужно адресовать не мне, а Lieut.

[Fall63]

Положим, что ни разумного источника ниобия, ни разумного источника олова у нас нет совсем

Кто сказал шо нет? На первых порах ниобий как побочный продукт из щелочных пород, а далее на больших масштабах времени из реакторного циркония за счёт распада 93-го изотопа. Много оно конечно не даст, но нам ведь и не нужны же в данном случае килотонны ниобия для сверхпроводников?

Данная проблема как раз таки имхо надуманная.
ЗЫ. Ещё один резон не выкидывать некоторые осколки за тридевять земель, а откладывать на потом.

[AlexAV]

Много оно конечно не даст, но нам ведь и не нужны же в данном случае килотонны ниобия для сверхпроводников?

Для использующейся сейчас технологии изготовления ТВЭЛов не так уж и мало.

Возьмём ТВЭЛ ВВЭР-1000 стандартной конструкции (только вместо урана возьмём торий). Внешний диаметр оболочки 9.1 мм, внутренний диаметр 7.72 мм (толщина стенки),  материал -  Zr1Nb (цирконий с 1% ниобия). Топливная таблетка диаметром 7.57, центральное отверстие 2.3 мм. Плотность циркониевого сплава 6.5 г/см3, плотность керамики из оксида тория - 10 г/см3. 

Итого соотношение массы оксид тория: сплав циркония =  3.5:1. Если пересчитать на тяжёлый металл: сплав цирконий, то  3.1:1. При выгорании 10 МВт сутки/кг за одну компанию будет выгорать приблизительно 1% тория. Т.е. если ниобий не регенерировать из отработанных ТВЭЛов, то соотношение расхода тория:ниобию получится приблизительно 3:1. Кларк тория в кислых породах 18 г/тонну, кларк ниобия - 2 г/тонну.

Т.е. при соотношение расхода 3:1 (и даже меньше, так как цирконий-ниобиевый сплав используется не только в оболочке ТВЭЛов), соотношение кларков 9:1. Вполне себе выглядит как лимитирующий ресурс для используемых сейчас конструкций ТВЭЛов. 

И тут ещё момент, что при стандартной азотнокислой схеме переработки отработанных ТВЭЛов ниобий выделять довольно сложно. Nb2O5 в азотной кислоте нерастворим и будет уходить в шлам. Т.е. ситуация тут выглядит отнюдь не такой простой.

Приблизительно тоже самое если брать сплав системы цирконий-олово (типа циркалой-2, 1.5% олова, 0.1% железа, 0.1% хрома, 0.1% никеля). Правда олово из азотнокислых растворов можно довольно просто регенерировать (в отличии от ниобия, который просто не перейдет в раствор), плюс некоторое количество олова образуется в качестве осколков деления. 

[Fall63]

Nb2O5 в азотной кислоте нерастворим

Он только в плавиковой кислоте растворяется, больше ни в каких?

[AlexAV]

Он только в плавиковой кислоте растворяется, больше ни в каких?

На сколько я знаю - да, только в плавиковой.

[Fall63]

Он только в плавиковой кислоте растворяется, больше ни в каких?

На сколько я знаю - да, только в плавиковой.

Хм. А какова тогда будет его концентрация в шламах и сколько там будет других растворимых в HF примесей?

[crazy_terraformer]

Трупы — на удобрения: как компостируют человеческие тела
Традиционное погребение — не самый безопасный для природы вариант. В составы для бальзамирования входят формалин и другие вредные вещества, которые по мере разложения тела проникают в почву. Гробы состоят из металла, лакированного дерева, синтетических тканей. Продукты распада вредят росту растений, а на производство гробов тратится уйма ресурсов. Только в США в землю ежегодно попадает около 50 тыс. м³ древесины, более 16 млн. литров бальзамирующих жидкостей, более 1,5 млн. тонн железобетона, 17 тыс. тонн меди и бронзы и почти 65 тыс. тонн стали.

Решение с трупами имеется — падальщики: насекомые и их личинки(жуки, мухи, муравьи, термиты, многоножки),морские и пресноводные беспозвоночные(раки, крабы и т.д.). Очищенный от плоти скелет или череп после обработки дубильными веществами и лакировки — родственникам.  Если же родственникам нужен пепел, кости в дробилку и обратно личинкам мух и жуков, муравьям, термитам, после очистки от жира и белка оставшаяся горстка сжигается.....
Если же необходимо труп быстро переработать полностью на компост:
https://www.mk.ru/science/2017/10/25/promatoriy-vmesto-krematoriya-rossiyanam-predlozhili-novyy-vid-pokhoron.html

Проматорий вместо крематория: россиянам предложили новый вид похорон
Шведы привезли нашим ритуальщикам проект быстрого превращения тел в компост

ПОДЕЛИТЬСЯ
Тело покойника замораживают, потом погружают в жидкий азот, затем подвергают вибрации. После этого останки уже ничем не напоминают человека. Из получившейся массы отсеивают фрагменты металла — «компост» готов. Никто не прикасается к трупу, вокруг не разносится никакого запаха — технология близка к совершенству. Биоразлагаемый «гроб» с останками захоранивают почти на поверхности земли, где примерно за 18 месяцев он превращается в плодородную почву.

Примерно так работает технология, которую ее создательница — шведка Сюзанна Вииг-Месак — назвала «промессией», от латинского promessa — «обещание»: обещание природе вернуть обратно всю материю, полученную от нее. Место, где тела усопших будут подвергаться вышеописанной операции, называется «проматорий».

Гроб ЕМНИП из биоразлагаемого картона, не содержащего токсичных веществ.
Полагаю, что методу с жидким азотом можно совместить с ускоренной биологической переработкой — пасту проще и быстрее можно скормить падальщикам или бактериям в биореакторе....

[AlexAV]

Хм. А какова тогда будет его концентрация в шламах и сколько там будет других растворимых в HF примесей?

Шлама образуется от 6 до 40 кг/тонну от массы перерабатываемых ОЯТ. В основном это не растворившиеся частицы образующиеся при растворение оболочки ТВЭЛа (в основном тот самый оксид ниобия и не растворившийся оксид циркония), силикаты из-за примеси кремния, частицы сплавов благородных металлов из топливной матрицы (являющихся осколками деления и растворяющихся в азотной кислоте весьма медленно). Довольно очевидно, что там ниобия будет довольно много, до нескольких десятков процентов.

Но всё это страшно радиоактивно и что с этой субстанцией делать дальше не очень понятно.

В плавиковой кислоте растворятся силикаты, частицы не растворившегося ZrO2 и цирконатов (они тоже не всегда растворяются полностью в азотной кислоте), оксид ниобия. Как будут вести себя частицы сплавов благородных металлов сказать сложно. С одной стороны в плавиковой кислоте без окислителей они растворяться не должны, с другой - в условиях больших потоков ионизирующего излучения это может быть не совсем так (из-за образования свободного фтора при радиолизе плавиковой кислоты).

Но выщелачивание чего-либо плавиковой кислотой сразу же создаёт массу технологических проблем. Это же дико коррозионная дрянь, коротая ест большинство более-менее доступных конструкционных материалов. Особенно если это не чистая кислота, а загрязнена большим количеством солей и, особенно, под облучением.

[crazy_terraformer]

Эх, пролив Дрейка бы обуздать! Огромная масса воды, движущаяся со скоростью 5 км/час и более - ставь низконапорные турбины, редуктор - и никаких тебе перерывов на безветрие.

Солёной воды, вызывающей коррозию.

Ширина пролива Дрейка 800 км, глубины достигают 5 км
Сумеете сами оценить объем плотины, преграждающей пролив?
Можете не стараться!
Цивилизация, с технической и энерговооруженностью, достаточной для  выполнения такого проэкта, вряд ли будет нуждаться в бразильском сахарном тростнике

Плотина не требуется — надо подвесить в морской толще турбины, ниже глубины погружения в воду айсбергов. Типа ветряков будут, но вместо ветра — вода...

[crazy_terraformer]

Nb2O5:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D0%BD%D0%B8%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D1%8F(V)
Разлагается при сильном нагревании в вакууме, превращаясь в тёмно-синий оксид нестехиометрического состава:

Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:


С фторидом калия в разбавленной плавиковой кислоте:


Реагирует с растворами щелочей:



Реагирует с карбонатами щелочных металлов при спекании:


Восстанавливается водородом:


Реагирует с хлором в присутствии восстановителей:


Восстанавливается алюминием или сажей до металлического ниобия:

[pkl]

Применительно к Марсу тут ответил:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,1277.msg5289790.html#msg5289790

[AlexAV]

С регенерацией ниобия будет и ещё одна проблема. Он ведь активируется. Т.е. вторичный ниобий извлеченный из оболочек отработанных ТВЭЛов будет загрязнен Nb-94 c с периодом полураспада 20 тыс. лет. Использование такого ниобия для изготовления оболочек ТВЭЛов заметно усложнит их производство.

Аналогичная проблема и со вторичным оловом (загрязнение оловом-126, являющимся осколком деления). Хотя, кстати, по ядерно-физическим свойствам (если не считать радиоактивности) реакторное олово (состоящее в основном из олова-126) будет даже лучше природного. Сечение захвата тепловых нейтронов природной смесью изотопов олова - 0.626 барн, а оловом-126 - 0.09 барн. Но его радиоактивность тут, конечно, всё сильно портит.