Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[pkl]

Б. Кутеев: Проект гибридной установки «синтез-деление» – уже реальность.
 27.03.2014 11:32
 На сегодняшний день развитие термоядерных технологий достигло такого уровня, что стало возможным обсуждать реальные проекты по созданию гибридной установки «синтез-деление» – с реалистичными сроками и параметрами. Такое мнение было высказано в ходе круглого стола «Российские инновационные технологии в проекте ИТЭР». Круглый стол состоялся 26 марта в рамках проходящего в Москве 3-го Международного форума по инновациям в энергетике «NewGen – энергия будущего».

Модератором секции выступил директор «Проектного центра ИТЭР – российского агентства ИТЭР» Анатолий Красильников, в президиум также вошли директор ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ» Владимир Черковец, заместитель директора Института физики токамаков НИЦ «Курчатовский институт» Борис Кутеев.

По мнению Б. Кутеева, сегодня есть все необходимые условия для начала проектирования. «Совместно с проектом ИТЭР осуществление гибридного проекта внесет существенный вклад в создание промышленной термоядерной станции», – сказал он.

Как сообщили в российском Агентстве ИТЭР, участники круглого стола сошлись во мнении, что для своевременного и эффективного осуществления национального проекта гибридного термоядерного реактора «очень важно не опоздать с политическим решением», которое должно быть принято Правительством РФ. В ходе дискуссии также рассматривался актуальный вопрос подготовки кадров для реализации проекта ИТЭР и российского гибридного термоядерного реактора.

http://nuclear.ru/news/90982/

[AlexAV]

http://nuclear.ru/news/90982/

Давно пора. Собственно в термоядерной части требованиям соответствующим возможности реализации такой системы вполне отвечают уже существующие токамаки вроде JET или JT60-U (термоядерная мощность ~30МВт, коэффициент усиления мощности ~1). И если перспективы чисто термоядерного реактора до сих пор выглядят весьма туманно, то здесь каких-то принципиальных физических проблем собственно и нет. А в плане развития ядерной энергетики это дало бы ряд новых возможностей по сравнению как тепловыми , так и критическими быстрыми реакторами. В частности:
- Гибридный реактор может использовать непосредственно природный и обеднённый уран.
- Глубина выгорания ограниченна фактически только сохранением механических свойств топлива (по нынешнему состоянию дел это около 200ГВт сутки/т)
- Фактически закрывается проблема с ресурсной базой атомной энергетики. У современных тепловых реакторов расход природного урана около 150 т/ГВт год (электроэнергии), здесь же даже в открытом цикле получится около 6 т/ГВт год, а в замкнутом, когда появляется возможность использовать уран полностью, вообще около 1,2 т/ГВт год. При столь экономном расходование урана уже появляется возможность извлекать уран из бедных источников, включая морскую воду (при использование традиционных тепловых реакторов в этом случае баланс по энергии не сойдётся).
- Совершенной новый уровень безопасности. В частности в силу глубокой подкритичности активной зоны полностью исключается возможность тяжёлых аварий вроде чернобыльской.
- Вероятно будет иметься возможность работы в маневровом режиме (в силу того, что управление мощностью по средствам внешнего потока нейтронов колебания реактивности реактора в различных переходных процессах не будет создавать критических проблем с безопасностью и управляемостью реактора). А это очень важно с точки зрения создания электросети с чисто атомной генерацией (критические реакторы в этом смысле могут брать на себя только базовую нагрузку и электрогенерация в сети состоять только из них не может). Здесь они будут оправданны даже если окажутся по итогам несколько дороже обычных бридеров с замкнутом циклом, попросту в этой нише сейчас находятся только тепловые станции (с постоянно дорожающем топливом) и ГЭС (с ограниченной мощностью).

[AlexAV]

А если как-то так?

Research of Graphene-reinforced Aluminum Matrix Nanocomposites

Да как-то посредственно. Заявленная прочность 454 и 322 МПа не дотягивает до обычной дюрали Д16 (480/350 МПа), которая собственно к самым прочным алюминиевым сплавам не относится, у высокопрочных эти параметры достигают 600/520 и более. Плюс проблемы с термостойкостью это никак не решает, да и технологичность материала под вопросом, скажем со сваркой скорее всего будут проблемы.

[pkl]

Собственно в термоядерной части требованиям соответствующим возможности реализации такой системы вполне отвечают уже существующие токамаки вроде JET или JT60-U

А у нас есть такие установки? Допустим, Т-15 сгодится? Или надо всё с нуля делать?

[AlexAV]

А у нас есть такие установки? Допустим, Т-15 сгодится? Или надо всё с нуля делать

Старая версия Т-15 - бездиверторная и только с омическим нагревом. Требуемых параметров на ней получить нельзя. Сейчас ведут его модернизацию и, судя по заявленным характеристикам, после неё он сможет выдавать параметры близкие к EAST, что уже в принципе для данной задачи должно быть достаточно. Однако в любом случае в Москве никто строить полноценный реактор на этой основе не даст просто по соображениям безопасности. Поэтому новая установка (если тема будет развиваться) всё равно потребуется.

[pkl]

А где тогда ее размещать? На Белоярской АЭС?

А какие там проблемы с безопасностью? У них же преимущество в подкритичности, Вы же сами писали!

[AlexAV]

А где тогда ее размещать? На Белоярской АЭС?

Можно и там или в Дмитровограде или любой другой площадке сертифицированной под строительство реакторов.

У них же преимущество в подкритичности, Вы же сами писали!

А соответствующем службам как это объяснить? По крайней мере первое время (пока не будет накоплено достаточно данных о его практической эксплуатации, а это лет 15-20 работы опытно-промышленного реактора) он будет подпадать под инструкции по безопасности такие же как и все прочие реакторы.

[L_Pt]

ИМХО, электроядерные установки, где источником сверхбыстрых внешних нейтронов для подкритичных реакторов являются релятивистские протоны, намного перспективней гибридных реакторов.

[AlexAV]

ИМХО, электроядерные установки, где источником сверхбыстрых внешних нейтронов для подкритичных реакторов являются релятивистские протоны, намного перспективней гибридных реакторов.

Вот не соглашусь. У термоядерной установки (при уже экспериментально достигнутых параметрах) энергетическая цена нейтрона сильно меньше, а это позволяет работать с глубоко подкритической активной зоной в том числе из обеднённого урана, что для ускорительной схемы совершенно невозможно (там активная зона хоть и подкритическая, но не очень глубоко, т.е. на уровне 0,95-0,98, и в любом случае требуется обогащённое топливо). Плюс существует во сути нерешённая проблема ввода пучка в сборку и связанной с ним неравномерностью энерговыделения в активной зоне (плюс масса материаловедческих проблем с материалом окон, которые получают громадную дозовую нагрузку). Организация бланкета вокруг термоядерного реактора в этом смысле представляется проще.

Кроме того, ускоритель протонов на 50-100 МВт ничуть не проще и не дешевле, чем магнитная ловушка для термоядерного реактора (по крайней мере пока речь идёт о чём-то вроде JET или Т-15М, а не ИТЭР).

P.S. Стоимость JET около 700 млн.$, но здесь речь об уникальной экспериментальной установке. Система с ловушкой с аналогичными параметрами, но в серии, конечно будет дешевле.

[L_Pt]

Вот не соглашусь. У термоядерной установки (при уже экспериментально достигнутых параметрах) энергетическая цена нейтрона сильно меньше, а это позволяет работать с глубоко подкритической активной зоной в том числе из обеднённого урана, что для ускорительной схемы совершенно невозможно (там активная зона хоть и подкритическая, но не очень глубоко, т.е. на уровне 0,95-0,98, и в любом случае требуется обогащённое топливо). Плюс существует во сути нерешённая проблема ввода пучка в сборку и связанной с ним неравномерностью энерговыделения в активной зоне (плюс масса материаловедческих проблем с материалом окон, которые получают громадную дозовую нагрузку). Организация бланкета вокруг термоядерного реактора в этом смысле представляется проще.

Кроме того, ускоритель протонов на 50-100 МВт ничуть не проще и не дешевле, чем магнитная ловушка для термоядерного реактора (по крайней мере пока речь идёт о чём-то вроде JET или Т-15М, а не ИТЭР).

P.S. Стоимость JET около 700 млн.$, но здесь речь об уникальной экспериментальной установке. Система с ловушкой с аналогичными параметрами, но в серии, конечно будет дешевле.

В гибридных реакторах сверхмагниты для удержания тора находятся прямо в зоне нейтронного потока. В электроядерной установке нейтроны и высокотехнологичное оборудование разделены в пространстве.

Ну и конечно прямоточные ускорители от ГэВ и более хоть и недешевы (еще бы, минимум километровый длины), но более менее освоены. В отличии от ловушек.

Дополнительный плюс - значительный поток нейтронов имеют энергию больше 20 МэВ.

[AlexAV]

В гибридных реакторах сверхмагниты для удержания тора находятся прямо в зоне нейтронного потока.

Согласен. Защита элементов магнитной системы  - весьма сложная проблема как для гибридных реакторов, так  для чисто термоядерных. Здесь правда в случае гибридного реактора есть перспективы её сильно упростить путём отказа от сверхпроводящих элементов и возврату к тёплым обмоткам (для чисто термоядерного это не получится). Правда в этом случае речь и идёт конечно не о классических токамаках, а как минимум о сферомаках, а лучше открытых ловушках (достижение высоких значений параметра относительного давления в этом случае становится очень важным).

Ну и конечно прямоточные ускорители от ГэВ и более хоть и недешевы (еще бы, минимум километровый длины), но более менее освоены. В отличии от ловушек.

С учётом, что объём магнитной системы магнитной ловушки сильно меньше, чем у ускорителя, потенциал удешевления у неё должен быть существенно больше.

Дополнительный плюс - значительный поток нейтронов имеют энергию больше 20 МэВ.

Это конечно приятный бонус, но поскольку большая часть нейтронов в системе электроядерного реактора (а при использование ускорителя все они строятся исходя из значения эффективного коэффициента реактивности активной зоны лишь немного меньше единицы, что является просто следствием энергетической дороговизны нейтрона) возникает всё же в результате деления ядер топлива на вторичных нейтронах, то итоговый спектр будет не сильно отличаться от того, который наблюдается просто в быстром реакторе. Небольшая добавка высокоэнергетических нейтронов здесь что-то меняет мало.

[Technecy]

Однако в любом случае в Москве никто строить полноценный реактор на этой основе не даст просто по соображениям безопасности.

А где тогда ее размещать? На Белоярской АЭС?

Типа если чота не получитится, Масква у нас одна, а Белоярками вся страна завалена, одной больше одной меньше, никто и не заметит. Так что ли? Не ребята, если так уверены в надёжности своих изобретаций, ставьте у себя в чулане сначала, а потом всем остальным советуйте.

[AlexAV]

. Здесь правда в случае гибридного реактора есть перспективы её сильно упростить путём отказа от сверхпроводящих элементов и возврату к тёплым обмоткам (для чисто термоядерного это не получится).

Кстати вот проект  на основе малоаспектного токамака с тёплыми медными обмотками. И ещё некоторые  параметры первой стенки и обмоток такой системы здесь. Собственно основные энергетические параметры - мощность генерируемого нейтронного потока - 56 МВт, мощность инжектируемого пучка 45 МВт (надо также учитывать что КПД генераторов пучков около 45%, т.е. для создания такого пучка из розетки надо взять около 100 МВт). Питание обмоток - 171 МВт.

Если принять что генерация энергии в бланкете на 1 нейтрон равна 1000 МэВ, а КПД преобразования тепла в электроэнергию 35%, то такого термоядерного генератора нейтронов должно быть достаточно для генерации около 1400 МВт электрической мощности при собственном потребление около 270 МВт. Т.е. около 20% генерации на собственные нужды... не идеально, но вполне приемлемо. Зато без без сверхпроводников и жидкого гелия.

P.S. Токамак (даже малоаспектный, т.е. близкий к сферомаку) - совсем не идеал в плане эффективности использования магнитного поля. Для системы с теплыми катушками какая-нибудь газодинамическая ловушка была-бы лучше, но как видно и для токамаков параметры получаются совсем не безнадёжные.

[pkl]

Однако в любом случае в Москве никто строить полноценный реактор на этой основе не даст просто по соображениям безопасности.

А где тогда ее размещать? На Белоярской АЭС?

Типа если чота не получитится, Масква у нас одна, а Белоярками вся страна завалена, одной больше одной меньше, никто и не заметит. Так что ли? Не ребята, если так уверены в надёжности своих изобретаций, ставьте у себя в чулане сначала, а потом всем остальным советуйте.

Успокойтесь, всё будет хорошо. А опытную станцию, я думаю, лучше размещать рядом с предприятием по переработке радиоактивных материалов, раз уж там придётся выделять наработанные изотопы. Т.е. или ПО "Маяк", или Красноярский ГХК.

[Technecy]

ГХК- Главный Хладо-Комбинат? Не, я знал конечно что колбаса нынче не очень, но что-б вот так...

Однако если серьёзно, то не очень верится в перспективность атома, к тому же у нас уже есть халявный термояд. Я за солнце. Просто потому что оно есть везде.

[pkl]

ГХК - это Горно-Химический Комбинат. Это который вот этот:


А про Солнце забудьте. Вам же объяснили, что оно не даёт достаточно плотности потока энергии! И стоимость инфраструктуры по её сбору совсем не халявная. Ну сколько можно уже?

[Technecy]

А термояд не допилили, по условиям задачи.
ВОт всё время тема скатывается то к запасам нефти, то к запасам урана...
Ладне, новостей пока вроде бы нет.

[Проходящий Кот]

ГХК - это Горно-Химический Комбинат. Это который вот этот:


А про Солнце забудьте. Вам же объяснили, что оно не даёт достаточно плотности потока энергии! И стоимость инфраструктуры по её сбору совсем не халявная. Ну сколько можно уже?

Вот именно, сколько можно гнать чушь про неокупаемость солнечной энергетики. НЕНАДОЕЛО?

[Q]

http://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=PET&s=WCRFPUS2&f=W

Вышли данные за 11 июля. 8,592 млн.

9 будет к концу года.

[pkl]

Вот именно, сколько можно гнать чушь про неокупаемость солнечной энергетики. НЕНАДОЕЛО?

Я не говорю, что она неокупаема вообще. Я говорю о том, что она не может быть базовой отраслью энергетики. А у себя в дачном домике - пожалуйста, можете заряжать ноутбук и мобильник.