Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[Lieut]

Большая теплоемкость реактора интегрального типа (все оборудование первого контура находится в баке реактора).
Достигаемый эффект: Низкая скорость роста температуры натрия в первом контуре (20°С в час) при полном прекращении теплоотвода после срабатывания аварийной защиты, что упрощает решение задачи аварийного отвода тепла от реактора.

Достаточно высокая температура кипения натрия: 883°С при атмосферном давлении.
Достигаемый эффект: Низкое, около 0,15 МПа, абсолютное давление в газовой полости реактора (температура кипения натрия – 930°С); отсутствие фазовых переходов теплоносителя при разгерметизации первого контура с сохранением надежного охлаждения активной зоны.

Система аварийного отвода тепла (САОТ)
Достигаемый эффект: Функционирует в соответствии с пассивным  принципом действия при естественной циркуляции натрия через встроенные в бак реактора теплообменники (первый и промежуточный контуры) и при самотяге воздуха через теплообменники «натрий-воздух» (ВТО).

20 градусов в час - это запас менее чем на сутки. В Фукусиме тоже водород начал взрываться только через пару суток.
Мощность естественной конвекции не привели. Ну а про теплопроводность через корпус и говорить не надо. Да, там на много порядков не хватает.

[comp]

20 градусов в час - это запас менее чем на сутки.

За сутки остаточное тепловыделение успеет упасть более чем вдвое.

В Фукусиме тоже водород начал взрываться только через пару суток.

Т.е. за эти пару суток теплоноситель выкипел (при том что он кипел изначально), ТВСы начали реагировать с паром, накопился водород, и только после этого оно всё бахнуло.
В БН-е теплоноситель только начнёт закипать через сутки, пароциркониевой реакции там в принципе быть не может, ну а пары натрия при худшем раскладе будет травить в гермооболочку, заполненную инертным газом (а скорее в надреакторный гермообъём или специальные баки, где они и будут конденсироваться, благо делают это куда легче воды.

[crazy_terraformer]

Дырка в теплообменнике "натрий-воздух".... Горячий натрий и его пары будут гореть.
2Na+O2+Q—>Na2O2 температура плавления перекиси натрия с разложением 675°С
Na2O2+Q(t°≥675°C)—>Na2O+0,5O2
Перекись сильный окислитель, как и окись ваимодействуя с водой или её парами даёт  гидроксид натрия. Коррозионные агенты.....

Лучше бы обойтись без воздуха — заменить его на гелий, или в крайнем случае на CF4.
CF4+4Na—>C+4NaF
NaF:
Температура
 • плавления    993 °C
 • кипения    1695 °C
 • вспышки    негорюч °C
Мол. теплоёмк.    46,9 Дж/(моль·К)
Энтальпия
 • образования    -576,6 кДж/моль
Давление пара    0 ± 1 мм рт.ст.

Кристаллогидратов не образует
Растворимость
 • в воде    4,13 г/100 мл
 • в остальных веществах    растворим в HF, нерастворим в этаноле
Така вот диванная стратегия....

[Алексей В.]

т.к. в деле наработки топлива может гораздо лучше помочь КВС
Так его нарабатывать не обязательно. Можно уран природный использовать для старта.

Количество топлива в активной зоне БН-1200 55 тон, при концентрации в 11% на плутоний будет приходиться 6 тон

учитывая, что урана-235 нужно в 2 раза больше, чем плутония, нужно будет изготовить 55 тонн топлива с 22% обогащением ураном-235, что будет весьма дороговато. 6 же тонн плутония может наработать КВС50 (1 взрыв в 4 часа) всего за 100 дней и будет вырабатывать ещё помимо этого электро и тепловую энергию. За 10 лет можно будет наработать таким образом топливо для 36 БН-1200. Т.е. КВС по-моему будет более перспективен в данном направлении, чем центрифуги.

ВВР-1000 70 тон, получается что напряженность БН -1200 всего на 16% выше.

странно, т.е. напряжённость вообще почти такая же при том, что натрий в 200 раз теплопроводнее, чем вода.

Металлический теплоноситель правда не выкипит в отличии от воды в случае разгерметизации.

с чего бы это вдруг он не выкипит? Теплота испарения у него лишь не на много больше, чем у воды, а разница в температурах кипения будет быстро пройдена при нагреве из-за меньшей теплоёмкости (1227 Дж/кгС), чем у воды.

так а если их переработать и выделить все опасные нуклиды,
То это уже будет не открытый цикл.

а проблема тут значит только в названии?

причём это может быть будет возможно сделать даже в ВВЭР с торий-урановым циклом на медленных нейтронах, кот. ещё проще и дешевле чем БН.
На счет проще и дешевле, далеко не факт.

а разве ВВЭР не проще БН? И лучше отработан из-за большого кол-ва действующих реакторов этого типа?

Дейтерий горит с 50% выходом трития, который уже в свою очередь будет давать 14мэв нейтроны. По второму каналу образуется гелий три, который при взаимодействии с нейтроном дает тоже тритий.

на стр. 58 https://obuchalka.org/2013092173579/vzrivnaya-deiterievaya-energetika-ivanov-g-a-voloshin-n-p-taneev-a-s-2004.html авторы рассматривали все эти процессы
<<<для зажигания дейтерия требуются большие температура и оптическая толщина ( rr ), чем в
случае дейтерий-тритиевой смеси. Оптическая толщина дейтерия должна быть, по крайней
мере, такой, чтобы энергия термоядерных реакций, уносимая в основном нейтронами, оставалась внутри области, занятой горящим дейтерием. Это означает, что основная доля
нейтронов должна замедлиться и приобрести температуру, характерную для области локализации дейтерия.
После основной фазы горения дейтерий начинает разлетаться и оптическая толщина
его уменьшается. Нейтроны начнут выходить из дейтерия и продуктов его горения, когда
оптическая толщина станет меньше, чем пробег тепловых нейтронов. Температура нейтронов при разлете дейтерия также снизится. Основная доля нейтронов покинет зону горения,
имея энергию 1-2 кэВ.
Заметим также, что в дейтерии и продуктах горения нет реакций, которые привели бы
к безвозвратному захвату нейтронов. Например, есть реакция (3.17), приводящая к «потере» нейтрона:
 He-3+n => T+p  (3.18)
но этот нейтрон с большой вероятностью «освободится» в реакции
T+D =>He-4 + n
Вместе с тем на дейтерии идет уже упоминавшаяся реакция (n,2n) , которая в этом
случае носит характер расщепления дейтрона с затратой энергии связи 2,2 МэВ:
d + n => p+2n-2.2 MeV (3.19)
Сечение этой реакции достаточно большое, поэтому в среднем на 2 нейтрона, родившиеся в реакциях (3.17), появляются еще один дополнительный нейтрон и дополнительный
протон. На это тратится дейтрон и 2,2 МэВ энергии. С учетом этих соображений полный
баланс реакций горения дейтерия выглядит примерно так:
7D => 2He-4 + 3p + 3n + 41MeV .>>>

кроме того оболочка удерживающая дейтерий будет источником тяжелых ионов - прекрасного охладителя плазмы

чего?🤔

из https://www.atomic-energy.ru/technology/35928

"Низкое коррозионно-эрозионное воздействие натрия на конструкционные материалы"
ещё одно подтверждение, что натрий хороший теплоноситель по этому параметру, а то тут мне вначале хрень всякую втирали про "коррозию в агрессивной натриевой среде"

"Эффективное удержание изотопов йода и цезия натрием (подтверждено опытом эксплуатации БН-600)
Практически полное исключение выхода наиболее опасных изотопов газоаэрозольной фракции продуктов деления в окружающую среду при нормальной эксплуатации и авариях"
ещё один "+" натрию

а оборудование для чего? Для того, чтобы охлаждать дейтерий. При длительном хранении бомб это создаёт немалые трудности. В условиях же КВС это вряд ли бы представляло проблему, т.к. энергозаряды не предназначены для длительного хранения - они "живут", наверное, всего лишь несколько дней, к тому же заправить их жидким дейтерием можно будет всего лишь за пару часов или ещё меньше до самого взрыва.
И, тем не менее, это технология которая применялась один раз за всю историю и в производство не пошла. Впрочем, для КВС-а это и правда высочайший уровень проработки. И да, снова "наверное", "вряд ли"...

ну так понятное дело как стали производить дейтерид лития, то технология обращения с жидким дейтерием сразу оказалась не нужной. На сколько я помню, на основе технологии Майка создали всего лишь несколько криогенных бомб, потом от них отказались, т.к. эта технология однозначно плохо подходит для длительного хранения бомб.
Для КВС же неплохо бы подошла, хотя, на сколько я опять же знаю, в КВС почему-то будет использоваться просто сжатый до сотен атмосфер дейтерий. Казалось бы лучше была бы как раз криогенная технология из-за того, что нет опасности взрыва в результате разрушения ёмкости со сжатым дейтерием и меньше масса сосуда-дьюара, чем прочной оболочки, выдерживающей сотни атмосфер. Правда, эта оболочка будет "жить" всего несколько дней, а под нагрузкой возможно ещё меньше, т.е. можно применить относительно более тонкую оболочку, чем при длительном хранении.

В БН-е теплоноситель только начнёт закипать через сутки

это вряд ли, т.к. чтобы ему нагреться до температуры кипения на 300-400 градусов нужно 368-490 кДж теплоты, теплота же испарения натрия 3,87 МДж/кг, а воды 2,26 МДж/кг, т.е. нагреться до температуры кипения получится на порядок быстрее, чем испарить весь натрий при одной и той мощности нагрева от радиоактивного распада.

[MenFrame]

учитывая, что урана-235 нужно в 2 раза больше, чем плутония, нужно будет изготовить 55 тонн топлива с 22% обогащением ураном-235, что будет весьма дороговато.

Цена будет на уровне топливного цикла ВВР. Высокое обогащение  повысит стоимость, что полностью компенсируется более глубоким выгоранием. А вот сколько будет стоить плутоний из КВС не кто не знает, и когда появиться КВС не известно, а реакторы БН уже возводятся.

странно, т.е. напряжённость вообще почти такая же при том, что натрий в 200 раз теплопроводнее, чем вода.

Ограничителем в данном случае является теплопроводность оксида.

с чего бы это вдруг он не выкипит?

Ну по тому что, есть запас по температуре у натрия, а вода при температуре 300 градусов и при низком давлении это пар. Потому при разгерметизации ВВР он будет терять интенсивно воду. А вода на твлах начнет кипеть, что кстати не очень хорошо, поскольку кипящий теплоноситель плохо отводит тепло из-за паровой прослойки.

а проблема тут значит только в названии?

Проблема в том что скапливается много ОЯТ. Его нужно либо глубоко захоранивать, либо перерабатывать.

а разве ВВЭР не проще БН?

И то и другое кипятильник со своими особенностями. На данный момент преимущество у ВВР только в том что это отработанная технология.

для зажигания дейтерия требуются большие температура и оптическая толщина

Для зажигания да, а для горения нет. Достаточно высокой температуры. Поэтому когда плазма начнет расширяться дейтерий все еще будет гореть за счет высокой температуры а длинна пробега нейтронов увеличиться. Потому не совсем понятно как урану 238 избежать участи третьей ступени.

[MenFrame]

В Фукусиме тоже водород начал взрываться только через пару суток.
Мощность естественной конвекции не привели.

На фукусиме тоже кстати стояли системы расхолаживания реактора основанные на естественной циркуляции. Только управление ими зависело от наличия электричества.

[Алексей В.]

Цена будет на уровне топливного цикла ВВР. Высокое обогащение  повысит стоимость, что полностью компенсируется более глубоким выгоранием. А вот сколько будет стоить плутоний из КВС не кто не знает, и когда появиться КВС не известно, а реакторы БН уже возводятся.

я тут провёл весьма занимательные расчёты с помощью https://www.urenco.com/swu-calculator
Значит, для того, чтобы получить 1 кг обогащённого до 22% уранового топлива с 0,2 %-ми отвалами нужно затратить 50,8 единиц работы разделения. В газовой центрифуге нужно на 1 единицу затратить 50 кВт*ч Т.е. для получения 55 тонн нужно затратить только электроэнергии 139,66 млн. квтч на сумму 628,47 млн. руб (4,5 руб/квтч) или 8,55 млн. $. Если же считать через цену в 40$ за 1 ЕРР, то получается 111,7 млн. $, которая учитывает уже все затраты.
Если же нарабатывать 6 тонн плутония в КВС, то нужно будет взорвать 600 бомб мощностью 50 кт, каждая по 70000 $ примерно. В сумме 42 млн. за бомбы + ещё столько же примерно за КВС. Итого 84 млн. $. К тому же КВС ещё вырабатывает электро и тепловую энергию. Таким образом КВС будет в конечном итоге всё равно выгодней.
Кстати, ещё посчитал сколько можно БН-1200 настроить используя 8 млн. тонн доступных запасов урана. В этой же проге, при обогащении 22% чтобы получить 1 кг топлива нужно добыть 42,66 кг природного U, т.е. из 8 млн. можно наобогащать 187,5 тыс. тонн или для 3400 БН-1200 с мощностью 4 электрических тераватта.

Ну по тому что, есть запас по температуре у натрия, а вода при температуре 300 градусов и при низком давлении это пар. Потому при разгерметизации ВВР он будет терять интенсивно воду. А вода на твлах начнет кипеть, что кстати не очень хорошо, поскольку кипящий теплоноситель плохо отводит тепло из-за паровой прослойки.

запас то есть, но он не такой и большой из-за относительно небольшой теплоёмкости натрия 1227 Дж/кгС. Насчёт кипения на твэлах в натрии - тут ещё поможет большая теплопроводность натрия, т.е. тепло от твэла просто не успеет испарить прилегающий натрий, т.к. оно просто рассеется по толще натрия. Но всё равно, если он разогреется до 900 градусов, то начнётся кипение.

Для зажигания да, а для горения нет. Достаточно высокой температуры. Поэтому когда плазма начнет расширяться дейтерий все еще будет гореть за счет высокой температуры а длинна пробега нейтронов увеличиться. Потому не совсем понятно как урану 238 избежать участи третьей ступени.

когда дейтерий начнёт расширяться ,то плотность снизится, интенсивность реакции соответственно упадёт, а значит и температура + нейтроны начнут выходить не замедлившись, унося с собой энергию, что ещё больше снизит температуру, что собственно и прекратит реакцию.

Проблема в том что скапливается много ОЯТ. Его нужно либо глубоко захоранивать, либо перерабатывать.

а в чём особая проблема отделить уран-238 от осколков, ведь это же совершенно разные хим. элементы, не 235-й и 238-й уран же?

[Алексей В.]

Таким образом КВС будет в конечном итоге всё равно выгодней.

даже скорее не выгоднее, а наработка там ДМ будет почти бесплатной, просто как дополнительный бонус, т.к. энергию этих 600 бомб можно преобразовать в 11,1 млрд. квтч электроэнергии, кот. можно продать потребителям за 50 млрд. руб. или 680 млн. $.

[comp]

это вряд ли, т.к. чтобы ему нагреться до температуры кипения на 300-400 градусов нужно 368-490 кДж теплоты, теплота же испарения натрия 3,87 МДж/кг, а воды 2,26 МДж/кг, т.е. нагреться до температуры кипения получится на порядок быстрее, чем испарить весь натрий при одной и той мощности нагрева от радиоактивного распада.

И при чём тут испарение всего натрия? Мы про время до начала кипения говорили.
Температура натрия на выходе из АЗ БН-1200 - 550 °С.
Температура кипения натрия в реакторе - 930 °С
Скорость набора температуры после потери активного охлаждения - 20 °С в час.
Вычитаем, делим, получаем 19 часов на нагрев до температуры кипения. При этом не учтено падение остаточного тепловыделения (в первые сутки весьма быстрое), так что в конечном счёте примерно сутки и получится. И потом он ещё какое-то время будет тихо-мирно выкипать, охлаждая АЗ, причём дольше, чем тот же объём воды.

Если же он будет стравливаться, то это наверняка будет то ещё зрелище с соответствующими последствиями.

Пар из перегретого реактора будет отводиться в специальный гермообъём, где и сконденсируется, просто и незрелищно.

Герметичное надреакторное помещение
При авариях с существенным повышением температуры и давления в реакторе радиоактивный газ и аэрозоли сбрасываются из газовой системы в это помещение, где происходит конденсация аэрозолей.

Ещё в тему преимуществ ЖМТ

Высокая температура кипения жидких металлов обеспечивает большую гибкость в работе. Например, если температура теплоносителя на выходе из реактора значительно повысится, то расплавления тепловыделяющих элементов, обусловленного ухудшением теплоотдачи из-за образования парово́й плёнки, как это происходит при охлаждении водой, не произойдёт. Допустимые тепловые потоки практически не ограничены критическими тепловыми нагрузками. Реактор с натриевым контуром имеет тепловые потоки до 2,3⋅106 ккал/м²·ч и удельную объёмную напряжённость 1000 кВт/л.

в КВС почему-то будет использоваться просто сжатый до сотен атмосфер дейтерий.

В КВС доооолго ещё будет использоваться исключительно бумага и пиксели.

Если же нарабатывать 6 тонн плутония в КВС, то нужно будет взорвать 600 бомб мощностью 50 кт, каждая по 70000 $ примерно. В сумме 42 млн. за бомбы + ещё столько же примерно за КВС. Итого 84 млн. $. К тому же КВС ещё вырабатывает электро и тепловую энергию. Таким образом КВС будет в конечном итоге всё равно выгодней.

+ неизвестная сумма на фабрикацию зарядов + большая неизвестная сумма на выделение этого плутония из сотен тысяч тонн натрия. Плюс бридеры так-то тоже в дополнение к плутонию энергию производят.

PS
А вообще это ну прямо явно контент для темы про перспективные ядерные технологии. А то эту уже засрали до полной нефункциональности.

[MenFrame]

Таким образом КВС будет в конечном итоге всё равно выгодней.

Это при условии что ваш оптимизм по поводу затрат на КВС будет иметь какое то отношение к реальности.

с мощностью 4 электрических тераватта.

Это мощь современной электроэнергетики...

но он не такой и большой из-за относительно небольшой теплоёмкости натрия 1227 Дж/кгС.

Еще следует добавить к нему теплоемкость всего реактора. Там веть расположен весь первый контур.

Но всё равно, если он разогреется до 900 градусов, то начнётся кипение.

А кипение приведет к росту давления, а давление повысит температуру кипения. А главное то, что при температуре 900 градусов теплоотвод, даже через корпус будет идти уже заметно эффективней. Не знаю хватит ли этого для безопасного останова реактора. Но это не важно, в БН встроен в корпус контур охлаждения на основе естественной конвекции, который гарантирует исключение аварий типа Фукусимы.

+ нейтроны начнут выходить не замедлившись, унося с собой энергию,

Для горения хватит и энергии заряженных продуктов реакции. Поэтому уход нейтронов сдержит рост температуры, а понизить ее не может.

а в чём особая проблема отделить уран-238 от осколков

Там же не только уран 238, а еще плутоний, кюрий, америций.

[Скеп-тик]

Значит, для того, чтобы получить 1 кг обогащённого до 22% уранового топлива с 0,2 %-ми отвалами нужно затратить 50,8 единиц работы разделения.

Для создания термоядерной бомбы нужен уран с 95% обогащением по U-235. Сколько это будет в нынешних долларах?

[crazy_terraformer]

А шо уран-233 или Pu-239 не комильфо? Если трансмутировать торий и уран-238 в соответствующие изотопы, то уран от тория и соответственно плутоний от урана отделить проще и дешевле(возможно и нет, т.к. примеси гамма-активные есть), чем проводить разделение изотопов одного элемента.

[Алексей В.]

По многочисленным просьбам трудящихся переношу обсуждение КВС в тему "Ядерная энергетика будущего".

[MenFrame]

Добыча ценных минералов из морской воды: критический обзор

[pkl]

Повторюсь - я предлагаю ориентироваться на достигнутые показатели.

Вы со скоростью 2.7 км/с собираетесь доставить груз на орбиту. Звыняюсь а какая высота такой орбиты не подскажите

Со скоростью 8,1 км/с. Оставшуюся скорость контейнер добирает сам, своим двигателем, так что всё в порядке будет с высотой орбиты.

[mbrane]

Повторюсь - я предлагаю ориентироваться на достигнутые показатели.

Вы со скоростью 2.7 км/с собираетесь доставить груз на орбиту. Звыняюсь а какая высота такой орбиты не подскажите

Со скоростью 8,1 км/с. Оставшуюся скорость контейнер добирает сам, своим двигателем, так что всё в порядке будет с высотой орбиты.

ыыыы... не сильная подмога однако... только вот что читал о миссии new horizon ?там скорость былв 16 км/с... ну тафай дальше помечтай о катапуоьтах

[Rattus]

Новым источником редкоземельных элементов может стать оливин...

[Проходящий Кот]

Это ещё Инженер Гарин знал.

[Lieut]

Я также не раз писал что даже лантаноиды можно получать и при их кларковом содержании в суглинках. Не самостоятельно конечно, а как один из многочисленных побочных продуктов при получении глинозема азотнокислым вскрытием алюмосиликатов.
При отделении глинозема от оксидов железа лантаноиды полностью в качестве примеси остаются к последним. Но имея схожие кислотно-основные свойства с железом лантаноиды имеют совершенно другие окислительно-восстановительные свойства - они принципиально не восстанавливаются обычными газовыми восстановителями и при выплавки железа полностью переходят в шлак, находясь уже весьма концентрированной форме.

[mbrane]

Я также не раз писал что даже лантаноиды можно получать и при их кларковом содержании в суглинках. Не самостоятельно конечно, а как один из многочисленных побочных продуктов при получении глинозема азотнокислым вскрытием алюмосиликатов.

коллективный концентрат лантаноидов и сейчас не стоит больших денег.