Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

[шепотом] А насколько адекватной заменой рению может являться технеций, сосед рения по группе?

Вообще мысль не лишённая смысла. Известно, что технеций в никелевых сплавах ведёт себя очень близко к рению. Т.е. предпосылки к такой замене есть. Однако, на сколько мне известно, воздействие легирование рением на никелевые сплавы сейчас изучено слабо. По крайней мере открытых публикаций по этому вопросу я не видел. С учётом сходства фазовой диаграммы Tc-Ni, Re-Ni и Ru-Ni и сходство их атомных радиусов (причём тут технеций ближе к рению, чем к рутению) все три металла (рений, технеций и рутений) должны давать в суперсплавах близкий эффект. Про то что влияние рения и рутения на эти сплавы близко - известно точно.

Из исследованных лигатур самая близкая по воздействию на свойства суперсплавов к рению - это рутений. Собственно отсюда он в сплавах 4-го, 5-го и 6-го поколения и взялся. Оказалось, что при высоких содержаниях рения возникает риск выделения нежелательных фаз в сплаве. А повышать его содержание хотелось, так как это позволяло далее повышать жаростойкость сплава. Выход был найден в замене части рения рутением, что позволяло и избегать выделения нежелательных фаз, и добиваться таких же свойств как при очень высоких концентрациях рения (так как влияние рения и рутения на сплав во многом аналогично).

Тут, кстати, в нашем контексте интересно, что рутений - также осколок деления. В облученном топливе накапливается где-то в количестве около 6.5% от разделившегося актиноида. Если всю земную энергетику перевести на атом (около 7000 тонн актиноида (урана или тория), подвергающемуся делению в год) получится около 450 тонн рутения. В силу сходства легирующего действия рутения и рения по идее с одним рутением (без рения) что-то соответствующее по параметрам 3-го поколения должно быть возможно. Если с технецием - может быть и что-то ещё более приближенное к современным суперсплавам (правда в силу малоизученности технеция, как лигатуры к никелевым сплавам, тут сложно сказать что-то определенное, но перспективы есть).

В общем атомный реактор - это не только энергия.  

[comp]

Тут, кстати, в нашем контексте интересно, что рутений - также осколок деления. В облученном топливе накапливается где-то в количестве около 6.5% от разделившегося актиноида.

Кстати, его радиоактивные изотопы относительно короткоживущие, так что рутений из ОЯТ с выдержкой 50-60 лет можно будет применять без специальных защитных мер. И тот же фокус можно будет провернуть с родием. С палладием правда сложнее - у него нестабильный изотоп практически вечный.

[библиограф]

 У технеция пока одно техническое применение  - пертехнаты используют как ингибиторы
коррозии в водяных контурах АЭС.
В сплавах его никто не применяет, по понятной причине - 100 000 лет период полураспада

[Скеп-тик]

Двигатель служит примерно 5 тыс часов наработки, 10 лет службы. 100 тыс лет - это вечность.
Бетта-радиоактивность для самого долгоживущего изотопа - тоже не камень преткновения.

[библиограф]

 Ишь ты, радиолог диванный нашелся
А ничего, что  активность  грамма Тс 99 - 620 000 000 распадов в секунду и
мощность дозы вплотную к препарату технеция,примерно, 100 р/час

[mbrane]

Двигатель служит примерно 5 тыс часов наработки, 10 лет службы. 100 тыс лет - это вечность.
Бетта-радиоактивность для самого долгоживущего изотопа - тоже не камень преткновения.

какой двигатель... вона на украине тубины нет с наработкой менее 250 тысяч часов... ясен пень что каиталки были, что лопатки меняли не раз... ресурс ПГУ расчитаны на 100 тысяч часов, го тже с капитальными ремонтами (первый по моему 30 тыщ)

[AlexAV]

А ничего, что  активность  грамма Тс 99 - 620 000 000 распадов в секунду и
мощность дозы вплотную к препарату технеция,примерно, 100 р/час

Технеций-99 - почти не даёт гамма-излучения. Практически чистый бета-излучатель. На расстояние большем пробега бета-частицы практически опасности не представляет. Если исключить попадание внутрь и работать в перчатках - не такая уж и страшная субстанция. Миллиметровый слой материала перчатки или одежды почти полностью будет экранировать бета-излучение технеция. Да и в случае попадания внутрь - довольно быстро выводится из организма, в отличии от тех же актиноидов и стронция, имеющих тенденцию накапливаться в костях (что для технеция не характерно).

Для применения в промышленном оборудовании (и уж тем более военном) проблема радиоактивности технеция не выглядит такой уж совсем критической. Плотная одежда, перчатки, маска с очками и хороший респиратор - и с технеций-содержащими сплавами можно работать относительно спокойно (максимальный пробег бета-частицы 297.5 кэВ в воздухе - 76 см, в полимерных материалах и воде - около 0.85 мм).

 

[библиограф]

А  про тормозное излучение от быстрых электронов, не, не слыхали
При такой удельной активности сплав, содержащий технеций, будет работать как вполне
приличная рентгеновская трубка, 300 кЭв, так что, там нужен не миллиметр, а сантиметры защиты
соответственно изготовление деталей и сборка тоже должны быть  дистанционными, как принято
в атомной промышлености.

[Kaiserfrogling]

А  про тормозное излучение от быстрых электронов, не, не слышали

Только хотел напомнить Алексу, как яростно он уверял что тормозное излучение убьет "борный термояд"
Но вы меня опередили ))

переход на алюминиево-магниевые сплав.

Алюминий и магний в реакторе очень нежелательны, изза небольшой но неприятной возможности образования алюминия-26, с большим периодом полураспада и горячими гамма-квантами
https://ru.wikipedia.org/wiki/Алюминий-26

[Fall63]

алюминия-26

Да, исключительно редкостная дрянь, наподобие олова-126 (точнее его дочернего продукта сурьмы-126). Период полурасада длинный, но энергия распада огромная по меркам долгоживущих бета-активных ядер (обычно долгоживущие бета-нуклиды "холодные").

[Novosedoff]

Биржевая цена отражает текущее соотношение спроса и предложения и не имеет прогностической силы.

Вот, кстати, показательный график из сегодняшей рассылки, что касается "биржевых цен" на турбины и прочая  Пока, как видите, только снижаются..

 

[AlexAV]

Пока, как видите, только снижаются..

Ну, как раз из графика видно, что у ветротурбин с 2017 никакого снижения нет, точнее наоборот, после 2019 - плавный рост. По солнечным элементам с 2018 - плато без явного снижения (после 2020 даже с некоторой тенденцией к росту, хотя не очень чёткой).

В общем график скорее свидетельствует в пользу того, что потенциал удешевления в результате эффекта масштаба тут исчерпан или близок к исчерпанию (реальных технических инноваций, особенно у ветротурбин, тут давно уже нет).

[Novosedoff]

(после 2020 даже с некоторой тенденцией к росту, хотя не очень чёткой).

Сейчас другие факторы на фоне Ковида. С доставками материалов комплектующих вот уже который месяц бедлам творится. Да и инфляция по миру бьёт рекорды, поэтому и фондовые рынки растут.

Вообще конечно интересно почерпнуть аргументированный взгляд из "параллельной реальности". Спасибо что тоже делитесь    

[Rattus]

Сейчас другие факторы на фоне Ковида. С доставками материалов комплектующих вот уже который месяц бедлам творится. Да и инфляция по миру бьёт рекорды, поэтому и фондовые рынки растут.

Энергетика - фундаментальная инфраструктурная вещь. Если даже такие сравнительно мягкие пока кризисы как нынешний, начинают существенно колебать уже её, то вспоминается пословица про плохого танцора...

[BlackMokona]

Сейчас другие факторы на фоне Ковида. С доставками материалов комплектующих вот уже который месяц бедлам творится. Да и инфляция по миру бьёт рекорды, поэтому и фондовые рынки растут.

Энергетика - фундаментальная инфраструктурная вещь. Если даже такие сравнительно мягкие пока кризисы как нынешний, начинают существенно колебать уже её, то вспоминается пословица про плохого танцора...

Так запас прочности много денег стоит. 

[Скеп-тик]

Ишь ты, радиолог диванный нашелся

Да вроде справочники несильно пугают. Нет жесткого тормозного излучения у 99-го. И сбрасывают его сотнями килограмм в море.

[библиограф]

Вам, вероятно, нравится выставлять себя дурачком?
Не срамитесь и не пишите больше, пока не разберетесь, почему, когда мы выливаем технеций в океан, нет никакого тормозного излучения и почему оно возникает, если мы вздумаем приготовить  сплав
Технеция с тяжелыми элементами - молибденом, или танталом, например.
Также поинтересуйтесь, почему контейнеры  для мощных бета-источников изнутри выложены пластмассой или другим материалом с малым атомным номером.

[Fall63]

А для работы с технециевыми сплавами думаю двуслойная защита нужна будет. Пластик снаружи, тяжелая защита (или прозрачный материал с тяжелыми ядрами) изнутри. Хотя да, весьма громоздко и неудобно.

[mbrane]

Сейчас другие факторы на фоне Ковида. С доставками материалов комплектующих вот уже который месяц бедлам творится. Да и инфляция по миру бьёт рекорды, поэтому и фондовые рынки растут.

Энергетика - фундаментальная инфраструктурная вещь. Если даже такие сравнительно мягкие пока кризисы как нынешний, начинают существенно колебать уже её, то вспоминается пословица про плохого танцора...

Так запас прочности много денег стоит. 

и то верно - поэтомубуржу западные да ивосточное вособенности крайне с трудом его содздают в своих девайсах (а впоследнее время качество металла упало даже у немецких автопроищзводителей)... посему запас прочности сделанный местами 60 лет назад позволяет до сих пор существовать энергетики украины... но бдо массе это было не интересно - они его продали да же не за 30 серебняко - за джинсы стоимостью в 5 долларов 

[AlexAV]

А  про тормозное излучение от быстрых электронов, не, не слыхали

Есть такое. Для какого-нибудь Sr-90 - серьёзная проблема. А вот для Tc-99 - в общем ни о чем. Тормозной рентген даже от чистого металлического Tc-99 получится лишь немногим сильнее, чем гамма-излучение чистого U-235. С практической точки зрения это совершенно не критично.

При такой удельной активности сплав, содержащий технеций, будет работать как вполне
приличная рентгеновская трубка, 300 кЭв

Очень-очень маломощная рентгеновская трубка. Давайте оценим. Среднее энергия бета-частицы, возникающей при распаде Tc-99, 84.6 кэВ (при бета-распаде энергия распада распределяется между электроном и антинейтрино, энергия антинейтрино нас по понятным причинам не интересует, а энергия бета-частицы в результате имеет довольно широкий спектр по энергии, 297.5 кэВ - это край этого спектра, а средняя энергия излучаемой бета-частицы существенно ниже). Соответственно при периоде полураспада 211,1 тыс. лет получаем среднюю мощность 8.6 мкВт/грамм. Чтобы общая мощность бета-лучей была 200 Вт, как в типичной рентгеновской трубке, потребляется целых 23 тонны технеция набрать. Впрочем, так как рентген в такой огромной груде технеция будет и поглощаться внутри металла, такая оценка представляет только теоретический интерес. А с учётом, что КПД преобразования бета-лучей в металлическом технеции в рентген только около 0.1%, то вполне очевидно, что фон рентгеновского излучения вблизи даже массивного изделия из технеция и близко не будет иметь ничего общего с потоком рентгена даже от довольно маломощной рентгеновской трубки.

а сантиметры защиты
соответственно изготовление деталей и сборка тоже должны быть  дистанционными, как принято
в атомной промышлености.

А давайте попробуем оценит более аккуратно. Функцию торможения электрона в веществе за счёт ионизационных потерь можно задать как

\[ (\frac{dT}{dx})_{ion} = -\frac{2\pi e^4n_e}{m_ev^2}(ln(\frac{m_ev^2T}{2I^2(1-\beta)^2})-(2\sqrt{1-\beta^2}-1+\beta^2)ln2 + 1-\beta^2 + \frac{1}{8}(1-\sqrt{1-\beta^2})^2) \]

А функцию потерь энергии на излучение при энергиях меньше \( m_ec^2 \) можно оценить как

\[ (\frac{dT}{dx})_{rad} = -\frac{16}{3}nT\frac{Z^2r_e^2}{137} \]

Используя это можно оценить КПД трансформации кинетической энергии электрона в электромагнитное излучение в зависимости от его энергии. Получится что-то такое:



По оси ординат КПД, по оси абсцисс - энергия электрона в эВ. Среда - металлический технеций.

Теперь построим спектр бета-частиц технеция-99 (для функции Ферми использовалась аппроксимация из этой работы https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0305-4616/11/3/014 ):


Теперь усредняя выход электромагнитной энергии на электрон по спектру энергии электрона получаем средний выход энергии рентгеновского излучения при распаде Tc-99 в среде технеция как 82 эВ/Бк.

Теперь попробуем сравнить это с чем-нибудь и понять много ли это или мало. Выход гамма-лучей при распаде U-235 около 170 кэВ/Бк. Т.е. где-то 2073 раза больше, чем выход тормозного рентгена при распаде атома Tc-99 в среде технеция. Однако, период полураспада U-235 в 3334 раза больше, чем у Tc-99. В результате получаем, что поток ионизирующего электромагнитного излучения, генерируемого Tc-99 в среде технеция будет всего в 1.6 раз выше, чем от чистого U-235. В общем в плане опасности внешнего облучения технеций-99 и уран-235 соизмеримы между собой (технеций-99 имеет на много меньший период полураспада, по сравнению с U-235, но выход сложно экранируемого ионизирующего электромагнитного излучения на распад у него также на много порядков меньше, чем у U-235). Сплавы, содержащие 4%-6% технеция будут иметь ещё на порядок меньший уровень тормозного рентгеновского излучения, по сравнению с чистым технецием, и создаваемый ими фон будет в целом не превосходить фон от гамма излучения ВОУ.

А для работы в ВОУ никакие горячие камеры с дистанционными операциями не нужны. С ним вполне спокойно работают в перчатках и респираторе. Уровень сложноэкранируемого электромагнитного ионизирующего излучения от технеция и, особенно, технеций-содержащих сплавов будет соизмерим, а то и ниже (для сплавов), с ВОУ и, соответственно, меры безопасности тут также должны быть приблизительно такими же, как при работе с ВОУ (естественно, исключая всего того, что связано с критичностью, что актуально для ВОУ, но для технеция). 

В общем перчаток, очков и респиратора для работы с технеций-содержащими сплавами должно быть достаточно.