Можно ли создать атомный реактор в домашних условиях? Мини ядерный реактор

Тринадцатилетний школьник построил миниатюрный рабочий ядерный реактор

Согласитесь, что не каждый 13-летний школьник может назвать себя «продвинутым ученым в области атомной энергии»? Но это явно не относится к Джейми Эдвардсу, который таким ученым является на самом деле. В то время как большинство его сверстников играют в видеоигры и дергают девочек за косички, Джейми допоздна остается в школе для возможности поработать с созданным собственными руками ядерным реактором! И к слову, британский школьник стал самым молодым ядерщиком в истории, обогнав в этом деле американского школьника, который создал свой первый ядерный реактор (только вдумайтесь в формулировку) в 14 лет.

В прошлом году Эдвардс выступил с докладом и просьбой выделить финансирование на постройку миниатюрного ядерного реактора для своей школы. Посовещавшись, учебное заведение Penwortham Priory Academy, где учится Джейми, решило выделить ему из бюджета 3350 долларов на реализацию задуманного проекта. Просто вдумайтесь в эту фразу. Как много школ вы знаете, которые выделили деньги своим ученикам, чтобы те построили рабочий ядерный реактор?

Для постройки установки потребовалось наличие нескольких весьма специфических частей. Эдвардс приобрел на выделенный грант вакуумную камеру, вакуумный насос, вольфрамовую проволоку, алюминиевый стержень и клапаны, а также другое оборудование. По признанию школьника, самой сложной для него задачей было наблюдение за тем, чтобы вакуумная камера оставалась герметичной. Помимо этого юный гений в атомной энергетике также позаботился обо всех мерах противорадиационной безопасности, перед тем как запустил реактор.

Во время работы над своим проектом, Эдвардс вел онлайн-блог. Ученик с улыбкой замечает, что его учителя начали волноваться, как только увидели как в школу доставили канистру с дейтерием (так же известным, как тяжелый водород).

Основной задачей школьника было столкнуть два атома водорода, чтобы получить гелий через нуклеосинтез. В конечном итоге Эдвардсу все удалось. Даже будучи уверенным в своих силах, Эдвардс не без радости поделился с журналистами о том, что безумно счастлив, что у него все получилось.

Пример Эдвардса определенно должен стать на зависть ученикам других школ по всему миру и указать на то, что желание и усердие поставленной задачи может сломать любые преграды. По сравнению с проектом Эдварса, все проекты по созданию миниатюрных вулканов, извергающих соду и так далее, действительно выглядят как детская забава. Самого же Джейми Эдвардса определенно ждет большое будущее в науке.

hi-news.ru

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

В последнее время все большее развитие получает концепция автономного энергоснабжения. Будь это загородный дом с его ветряками и солнечными панелями на крыше или деревообрабатывающий завод с отопительным котлом, работающим на отходах производства — опилках, суть не меняется. Мир постепенно приходит к тому, что пора отказываться от централизованного обеспечения теплом и электричеством. Центральное отопление в Европе уже практически не встречается, индивидуальные дома, многоквартирные небоскребы и промышленные предприятия отапливаются самостоятельно. Исключение составляют разве отдельные города северных стран – там централизованное отопление и большие котельные оправданы климатическими условиями.

Что касается автономной электроэнергетики, то к этому все идет – население активно скупает ветряки и солнечные панели. Предприятия ищут способы рационального использования тепловой энергии от технологических процессов, строят собственные тепловые электростанции и тоже скупают солнечные панели с ветряками. Особо повернутые на «зеленых» технологиях даже планируют покрывать солнечными панелями крыши заводских цехов и ангаров.

В конечном итоге это оказывается дешевле, чем покупка необходимых энергетических мощностей из местных энергосетей. Однако, после чернобыльской аварии, все как-то забыли, что самым экологически чистым, дешевым и доступным способом получения тепловой и электрической энергии все равно остается энергия атома. И если на протяжении существования атомной промышленности электростанции с ядерными реакторами всегда ассоциировались с комплексами на гектары площади, огромными трубами и озерами для охлаждения, то целый ряд разработок последних лет призван сломать эти стереотипы.

Сразу несколько компаний заявили что выходят на рынок с «домашними» ядерными реакторами. Миниатюрные станции с размерами от гаражного бокса до небольшого двухэтажного здания готовы поставлять от 10 до 100 МВт в течение 10 лет без дозаправки. Реакторы полностью автономны, безопасны, не требуют обслуживания и по истечении срока службы просто перезаряжаются еще на 10 лет. Чем не мечта для завода по производству утюгов или хозяйственного дачника? Рассмотрим более детально те из них, продажа которых начнется в ближайшие годы.

Toshiba 4S (Super Safe, Small and Simple)

Реактор сконструирован по типу батарейки. Предполагается что такая «батарейка» будет закопана в шахту глубиной 30 метров, а здание над ней будет иметь размеры 221611 метров. Не многим больше хорошего загородного дома? Такой станции понадобится обслуживающий персонал, но это все равно не идет в сравнение с десятками тысяч квадратных метров площади и сотнями рабочих на традиционных АЭС. Номинальная мощность комплекса – 10 мегаватт в течение 30 лет без дозаправки.

Реактор работает на быстрых нейтронах. Подобный реактор установлен и действует с 1980 года на Белоярской АЭС в Свердловской области России (реактор БН-600). Принцип действия описан здесь. В японской установке в качестве охлаждающей жидкости использован расплав натрия. Это позволяет работать поднять температуру работы реактора на 200 градусов Цельсия по сравнению с водой и при обычном давлении. Применение воды в таком качестве дало бы рост давления в системе в сотни раз.

Самое важное – стоимость выработки 1 кВт час для данной установки ожидается на уровне от 5 до 13 центов. Разброс обусловлен особенностями национального налогообложения, разной стоимостью переработки ядерных отходов и стоимостью введения в выведения из эксплуатации самой станции.

Первым заказчиком «батарейки» от Toshiba похоже выступит небольшой городок Galena штат Аляска в США. В настоящее время идет согласование разрешительной документации с американскими правительственными агентствами. Партнером компании в США выступает известная нам компания Westinghouse, впервые поставившая на украинскую АЭС топливные сборки альтернативные российским ТВЭЛ.

Hyperion Power Generation и реактор Hyperion

Эти американские ребята похоже первыми выйдут на коммерческий рынок миниатюрных ядерных реакторов. Компания предлагает установки от 70 до 25 мегаватт стоимостью примерно по $25-30 миллионов за штуку. Ядерные установки Hyperion могут использоваться как для генерации электроэнергии так и для отопления. Состоянием на начало 2010 года уже поступило более 100 заказов на станции разной мощности, при чем как от частных лиц, так и от государственных компаний. Планируется даже вынести производство готовых модулей за пределы США, построив заводы в Азии и Западной Европе.

Реактор работает на том же принципе, что и большинство современных реакторов в атомных электростанциях. Читать здесь. Наиболее близкими по принципу действия являются самые распространенные российские реакторы типа ВВЭР и силовые установки, применяемы на атомных подводных лодках проекта 705 «Лира» (NATO – “Alfa”). Американский реактор практически является сухопутной версией реакторов, устанавливаемы на указанных АПЛ, кстати – самых быстрых подводных лодок своего времени.

В качестве топлива используется нитрид урана, который имеет более высокую теплопроводность по сравнению с традиционным для реакторов ВВЭР керамическим оксидом урана. Это позволяет работать при температуре на 250-300 градусов Цельсия выше, чем водо-водяные установки, что повышает эффективность работы паровых турбин элеткрогенераторов. Здесь все просто – чем выше температура реактора, тем выше температура пара и, как следствие, выше КПД паровой турбины.

В качестве охлаждающей «жидкости» используется свинцово-висмутовый расплав, аналогичный таковому на советских АПЛ. Расплав проходит через три теплообменных контура, снижая температуру с 500 градусов Цельсия до 480. Рабочим телом для турбины могут служить как водяной пар так и перегретый углекислый газ.

Установка с топливом и системой охлаждения имеет массу всего в 20 тонн и рассчитана на 10 лет работы на номинальной мощности в 70 мегаватт без дозаправки. Впечатляют действительно миниатюрные размеры – реактор имеет всего 2.5 метра в высоту и 1.5 метра в ширину! Вся система может перевозиться на грузовиках или железнодорожным транспортом, являясь абсолютным коммерческим мировым рекордсменом по соотношению мощностьмобильность.

По приезду на место, «бочка» с реактором просто закапывается. Доступ к ней или какое-либо обслуживание не предполагается вообще. По истечении гарантийного срока сборка выкапывается и отправляется на завод производителя для перезаправки. Особенности свинцово-висмутового охлаждения дают огромное преимущество в безопасности – не возможен перегрев и взрыв (не растет давление с ростом температуры). Также, при охлаждении сплав застывает, а сам реактор превращается в изолированную толстым слоем свинца железную болванку, не боящуюся механических воздействий. Кстати, именно невозможность работы на малых мощностях (в следствие застывания охлаждающего сплава и автоматического отключения), явилась причиной отказа от дальнейшего использования свинцово-висмутовых установок на АПЛ. По этой же причине – это самые безопасные реакторы из всех, когда либо устанавливавшихся на АПЛ всех стран.

Изначально миниатюрные атомные электростанции разрабатывались компанией Hyperion Power Generation для нужд добывающей промышленности, а именно для переработки горючих сланцев в синтетическую нефть. Оценочные запасы синтетической нефти в горючих сланцах, доступных для переработки имеющимися на сегодня технологиями оценивается в 2.8.-3.3 триллиона баррелей. Для сравнения – запасы «жидкой» нефти в скважинах оцениваются всего в 1.2 триллиона баррелей. Однако процесс переработки сланцев в нефть требует их нагрева с последующим улавливанием испарений, которые затем конденсируются в нефть и побочные продукты. Понятно, что для нагрева нужно где-то брать энергию. По этой причине добыча нефти из сланцев считается экономически нецелесообразной по сравнению с ее импортом у стран ОПЕК. Так что будущее своего продукта компания видит в разных сферах применения.

Например, в качестве мобильной электростанции для нужд военных баз и аэродромов. Здесь тоже интересные перспективы. Так, при ведении мобильных боевых действий, когда войска действуют из так называемых опорных пунктов в определенных регионах, эти станции могли бы питать инфраструктуру «баз». Прямо как в компьютерных стратегиях. С той лишь разницей, что когда задача в регионе выполнена, электростанцию грузят в транспортное средство (самолет, грузовой вертолет, грузовые автомобили, поезд, корабль) и увозят на новое место.

Другое применение в военной сфере – стационарное питание постоянных военных баз и аэродромов. При авиа налете или ракетном ударе база с подземной атомной электростанцией, не требующей обслуживающего персонала, с большей вероятностью сохранит боеспособность. Таким же образом можно питать группы объектов социальной инфраструктуры – системы вобоснабжения городов, административных объектов, больниц.

Ну и промышленно-гражданское применение – системы электропитания небольших городов и поселков, отдельных предприятий или их групп, системы отопления. Ведь эти установки прежде всего вырабатывают тепловую энергию и в холодных регионах планеты могут составить ядро централизованных систем отопления. Так же перспективным компания считает применение таких мобильных электростанций на опреснительных установках в развивающихся странах.

SSTAR (small, sealed, transportable, autonomous reactor)

Маленький, запечатанный, передвижной автономный реактор – проект, разрабатываемый в Lawrence Livermore National Laboratory, США. По принципу действия схож с Hyperion, только в качестве топлива использует Уран-235. Должен иметь срок годности в 30 лет при мощности от 10 до 100 мегаватт.

Размеры должны составлять 15 метров в высоту и 3 в ширину при весе реактора в 200 тонн. Эта установка изначально рассчитывается для применения в недоразвитых странах по схеме лизинга. Таким образом, повышенное внимание уделяется невозможности разобрать конструкцию и извлечь из нее что-либо ценное. Ценное – это уран-238 и оружейный плутоний, которые вырабатываются по мере истечения срока годности.

По окончании действия договора лизинга, получатель должен будет вернуть эту установку в США. Только мне кажется, что это — мобильные заводы по производству оружейного плутония за чужие деньги? 🙂 В прочем, американское государство здесь не продвинулось дальше исследовательских работ, пока нет даже прототипа.

Подводя итог, следует отметить, что пока наиболее реальной является разработка от Hyperion и первые поставки намечены на 2014 год. Думаю, можно ожидать дальнейшего наступления «карманных» АЭС, тем более что похожие работы по созданию подобных станций ведут и другие предприятия, в том числе такие гиганты как Mitsubishi Heavy Industries. А вообще, миниатюрный ядерный реактор — это достойный ответ на всевозможную приливно-отливную муть и прочие невероятно "зеленые" технологии. Похоже, в ближайшем времени мы сможем наблюдать, как снова военные технологии переходят на гражданскую службу.

itc.ua

Можно ли создать атомный реактор в домашних условиях?

В начале июля в шведском городе Энгельхольм завершился суд по делу Ричарда Хэндла, который в 2011 году попытался собрать на своей кухне атомный реактор. «Русская планета» поговорила с физиком-энтузиастом об эксперименте и его юридических последствиях.

Можно ли собрать реактор на кухне? Многие задавались этим вопросом в августе 2011 года, когда история Хэндла оказалась на передовицах газет. Ответ зависит от целей экспериментатора. Полноценную вырабатывающую электричество «печку» в наши дни создать сложно. Тогда как информация о технологиях с годами становилась доступнее, добывать необходимые материалы становилось все сложнее и сложнее. Но если энтузиаст просто желает удовлетворить свое любопытство, проведя хоть какую-нибудь ядерную реакцию, — перед ним открыты все пути.

Самым известным владельцем домашнего реактора, вероятно, является «Радиоактивный бойскаут» американец Дэвид Хан. В 1994 году в возрасте 17 лет он собрал установку в сарае. До появления «Википедии» оставалось семь лет, так что школьник в поисках нужной ему информации обращался к ученым: писал им письма, представляясь учителем или студентом.

Реактор Хана так и не достиг критической массы, но бойскаут успел получить достаточно высокую дозу радиации и спустя много лет оказался непригодным для желанной работы в сфере атомной энергетики. Зато сразу после того, как полиция заглянула в его сарай, а агентство по защите окружающей среды разобрало установку, «Бойскауты Америки» присудили Хану звание «Орел».

В 2011 году швед Ричард Хэндл попытался построить реактор-размножитель. Такие устройства используются для производства ядерного топлива из более распространенных радиоактивных изотопов, не подходящих для обычных реакторов.

«Мне всегда была интересна ядерная физика. Я купил в интернете всякое радиоактивное барахло: стрелки старых часов, детекторы дыма и даже уран и торий»,

— рассказал он РП.

Неужели даже уран можно купить в сети? «Да, — подтверждает Хэндл.. — По крайней мере так было два года назад. Сейчас в том месте, где я покупал, его убрали».

Оксид тория нашелся в деталях старых керосиновых ламп и сварочных электродах, уран — в декоративных стеклянных шариках. В реакторах-размножителях топливом чаще всего служит торий-232 или уран-238. При бомбардировке нейтронами первый превращается в уран-233, а второй — в плутоний-239. Эти изотопы уже пригодны для реакций деления, но, судя по всему, на этом экспериментатор собирался остановиться.

Помимо топлива для реакции нужен был источник свободных нейтронов.

«В детекторах дыма есть небольшое количество америция. У меня их было штук 10–15 — из них и доставал»,

— поясняет Хэндл.

Америций-241 излучает альфа-частицы — группы из двух протонов и двух нейтронов, — но в купленных в интернете старых датчиках его оказалось слишком мало. Альтернативным источником стал радий-226 — до 1950-х годов им покрывали стрелки часов, чтобы те светились. Они все еще продаются на eBay, хотя вещество крайне токсично.

Чтобы получить свободные нейтроны, источник альфа-излучения смешивают с металлом — алюминием или бериллием. В этом месте у Хэндла и начались проблемы: он попытался смешать радий, америций и бериллий в серной кислоте. Позднее фотография залитой химикатами электроплиты из его блога разошлась по местным газетам. Но на тот момент до появления полиции на пороге экспериментатора оставалось еще два месяца.

Неудачная попытка Ричарда Хэндла получить свободные нейтроны. Источник: richardsreactor.blogspot.seНеудачная попытка Ричарда Хэндла получить свободные нейтроны. Источник: richardsreactor.blogspot.se

«Полиция пришла за мной еще до того, как я начал строить реактор. Но с того момента, как я стал собирать материалы и писать в блог о своем проекте, прошло примерно полгода», — поясняет Хэндл. Его заметили, только когда он сам попытался узнать у властей, легален ли его эксперимент, при том что каждый свой шаг швед документировал в публичном блоге. «Не думаю, что что-нибудь произошло бы. Я планировал всего лишь короткую ядерную реакцию», — добавил он.

Хэндла арестовали 27 июля, через три недели после письма в Службу радиационной безопасности. «В тюрьме я провел всего несколько часов, потом было слушание, и меня выпустили. Изначально меня обвиняли по двум эпизодам нарушения закона о радиационной безопасности, и по одному — законов о химическом оружии, об оружейных материалах (у меня были некоторые яды) и об окружающей среде», — рассказал экспериментатор.

Возможно, роль в деле Хэндла сыграли внешние обстоятельства. 22 июля 2011 года в Норвегии совершил теракты Андерс Брейвик. Неудивительно, что шведские власти жестко отреагировали на желание мужчины средних лет с восточными чертами лица построить ядерный реактор. К тому же в его доме полиция нашла рицин и полицейскую форму, и поначалу его подозревали даже в терроризме.

Кроме того, в Facebook экспериментатор называет себя «Муллой Ричардом Хэндлом». «Это просто наша внутренняя шутка. Мой отец работал в Норвегии, там есть очень известный и противоречивый мулла Крекар, собственно, об этом и шутка», — объясняет физик. (Основатель исламистской группировки «Ансар аль-Ислам» признан норвежским Верховным судом угрозой национальной безопасности и находится в списке террористов ООН, но не может быть выслан, поскольку получил статус беженца в 1991 году — на родине в Ираке ему грозит смертная казнь. — РП).

Хэндл, находясь под следствием, вел себя не слишком осторожно. Это окончилось для него еще и обвинением в угрозе убийством. «Это совсем другая история, то дело уже закрыто. Я просто написал в интернете, что у меня есть план убийства, который я приведу в исполнение. Потом приехала полиция, меня допросили и после слушания снова выпустили. Месяца через два дело закрыли. Не хочу углубляться в то, о ком я писал, но просто есть люди, которых я не люблю. Кажется, я был пьян. Скорее всего, полиция обратила на это внимание только потому, что я проходил по тому делу с реактором», — объясняет он.

Суд над Хэндлом закончился в июле 2014 года. Трое из пяти первоначальных обвинений были сняты.

«Меня приговорили только к штрафам: признали виновным в одном нарушении закона о радиационной безопасности и одном — закона об окружающей среде»,

— объясняет он. За инцидент с химикатами на плите он должен государству примерно €1,5 тысячи.

В ходе процесса Хэндлу пришлось пройти психиатрическую экспертизу, но ничего нового она не выявила. «Я не слишком хорошо себя чувствую. Ничего не делал лет 16. Мне присвоили инвалидность из-за психических расстройств. Как-то я снова попытался начать учиться, читать, но уже через два дня пришлось бросить», — говорит он.

Ричарду Хэндлу — 34 года. В школе он обожал химию и физику. Уже в 13 лет делал взрывчатку, собирался пойти по стопам отца, став фармацевтом. Но в 16 лет с ним что-то случилось: Хэндл стал вести себя агрессивно. Сначала у него диагностировали депрессию, потом — параноидное расстройство. В своем блоге он упоминает параноидальную шизофрению, но оговаривается, что за 18 лет ему ставили около 30 разных диагнозов.

О научной карьере пришлось забыть. Большую часть жизни Хэндл вынужден принимать лекарства — галоперидол, клоназепам, алимемазин, зопиклон. Он с трудом воспринимает новую информацию, избегает людей. Четыре года проработал на заводе, но и оттуда пришлось уйти по инвалидности.

После истории с реактором Хэндл пока не придумал, чем заняться. В блоге больше не будет сообщений про яды и атомные бомбы — там он собирается выкладывать свои картины. «Никаких особых планов у меня нет, но я все еще интересуюсь ядерной физикой и продолжу читать», — обещает он.

www.atomic-energy.ru

Ядерный реактор – дома с нуля / Хабр

Некоторое время назад я публиковал статью о самодельных микропроцессорах, сегодня же мы затронем более сложную и щекотливую тему (особенно в свете событий на Фокусиме) – создание ядерного реактора, способного генерировать энергию в домашних условиях. И перед тем как вы начнете волноваться, вспоминая о негативных опытах в прошлом (см. Радиоактивный бойскаут – наковырявший прилично амерция-241 из детекторов дыма) заранее скажу, что все что описано в этой статье – относительно безопасно (по крайней мере не опаснее работы с фтороводородной кислотой дома), но крайне не рекомендуется к повторению. Перед любыми действиями проконсультируйтесь со своим адвокатом — законы разные в разных странах. Много кто уже сидит.

Какие у нас есть пути создания домашнего ядерного реактора?

Термоядерная реакция

Тяжелый водород (дейтрий) относительно несложно получить и в домашних условиях — всего то нужен многостадийный электролиз обычной воды. Но вот с реактором до сих проблемы даже у ученых, и не первый десяток лет (и это не учитывая, что дейтрий — далеко не самое легкое в использовании термоядерное топливо)

Ядерная реакция деления

В простейшем случае — нужен просто природный уран без обогащения и немного воды (хехе, «Просто добавь воды»: вода — и замедлитель, и отражатель нейтронов). Проблема в том, что надо этого добра сотни тонн, и за вами точно придет доктор, даже если вы 0.1 грамма попробуете найти / купить / унести.

Тут в унынии нам остается обратить взоры в небо, и посмотреть на чем летают межпланетные корабли — там просто кусок радиоактивного материала, который за счет естественного распада нагревается, и элементами пельтье получают энергию. (Кстати естественный распад — собственно главная физическая причина всех бед на Фокусиме — после остановки ядерного реактора в первые минуты за счет распада выделяется 7% номинальной мощности, в первые недели — ~1%, затем падает до 0.1%. Т.е. от 700МВт реактора в первые недели надо отводить 7МВт тепла, и этот процесс не остановить)

Попробуем подумать в этом направлении: Есть 3 основных вида радиоактивного распада:

Гамма-распад

Источники гамма излучения широко используются в медицине и промышленности, в основном на основе Кобальта-60/Цезия-137 (печально известного по ядерным катастрофам). Проблема в том, что излучение их очень жесткое, крайне опасное, и от него и сантиметром свинца не защититься (см. веселое свечение Вавилова-Черенкова справа — выбитые гамма-квантами электроны, движущиеся в воде со сверхсветовой скоростью излучают энергию в видимом диапазоне). Так что обходим их стороной как можно дальше. Ну и кроме того, за нелегальную сбыт/покупку гамма-источников каждый год садится куча людей PS. Справедливости ради стоит заметить, что гамма-квант в данных случаях выделяется не непосредственно, а в результате распада одного из дочерних короткоживущих элементов.

Альфа-распад

Источники альфа-излучения активно применяются в детекторах дыма, для облегчения зажигания искры, в некоторых радиолампах. Один из наиболее известных — упомянутый в начале Америций-241. От альфа-излучения легко защититься даже листком бумаги, но с ними другая опасность: они чрезвычайно опасны если их вдохнуть/проглотить. См. миф об отравлении Кровавой Гэбней Литвиненко. Кроме того, наковырять количества больше микрограммов нереально, потому о термоэлектрических генераторах придется забыть. А жаль — ведь на основе альфа-распада работают наиболее эффективные генераторы энергии. Самый лучший — Плутоний-238 (Не путать с 239) — отдает 0.5 Ватта тепла на 1 грамм массы, полураспад 87 лет (цена — 1 мегабакс за кило).

Бета-распад

Источники мягкого бета-излучения (в сущности, электроны/позитроны) умеренно хорошо экранируются, и обладают чертовски полезным качеством: при попадании электрона в люминофор можно вызвать его свечение. Ну и как побочный эффект — в большинстве стран мира «безопасные» бета-излучатели достаточно легальны. Чем и пользуются изготовители всяких светящихся брелков, как на первой фотографии. Пожалуй, на основе бэта-распада мы и будем строить свой ядерный реактор.

Основа нашего реактора — капсула с тритием, с небезызвестного сайта DealExtreme — www.dealextreme.com/p/mini-tritium-glowring-keychain-10-year-green-glow-6830. 9.7$. Формально радиоактивные материалы так просто почтой слать нельзя, но DealExtreme про это видимо не знает.

О безопасности

Мягкое бета-излучение за пределы капсулы выйти не может, гелий не радиоактивен. Проблема может быть лишь в случае повреждения капсулы. Если тритий вдохнуть — то заражение будет минимальным, т.к. водород напрямую организмом не усваивается. Но если он сгорит, то вода может стать частью клеток, и тогда вы получите всё облучение, которое может только выжать этот микроскопический кусочек трития. Так что, не ломайте, не сжигайте и не вдыхайте то что получилось.

Итак, Тритий — сверхтяжелый водород, период полураспада 12.32 года. На выходе имеем гелий и очень «мягкие» электроны — 6.5кЭв (+антинейтрино, для ценителей). Энергию будем собирать солнечной батареей, подавать на вход Step-Up стабилизатора MCP1640 — работает до десятых вольта на входе, на выходе — ионистор на 1 Фарад и 5В. В нашем случае нагрузкой будет красный светодиод.

Для того, чтобы собрать как можно больше света, нашу капсулу с тритием помещаем в отражатель из фольги.Для фокусировки используем 2 линзы по 10 диоптрий, видна солнечная батарея до приклеивания, капсула не установлена.Подключаем, выключаем свет, ждем минуту для первоначального заряда ионистора, и вот результат: Первая электроэнергия, произведенная ядерным реактором, созданным в домашних условиях :-)

Халява?

О нет :-) В среднем реактор выдает мощность около 7 милливатт (а через 12.32 года будет 3.5 ), и хоть для светодиода этого достаточно, ноутбук от него не зарядить ) Но с другой стороны, десяток таких модулей вполне сможет держать сотовый телефон в режиме ожидания пару десятков лет :-) Правда цена… Капсула стоит 9.7$, солнечная батарея 5$, линзы 13.8$*2 — уже 42$ за модуль. А за десяток придется отдать 420$… С другой стороны — на сайте есть капсулы побольше — но за 35.

Комментарии/вопросы/мнения — в студию.

UPDATE: Товарищи, поднимаем перевод на английский на Reddithttp://www.reddit.com/r/technology/comments/ggg43/guys_ive_just_built_tiny_nuclear_reactor_at_home/

habr.com

Атомный конструктор: реактор на столе

Забудьте о наборах, из которых можно собрать программируемых роботов. Забудьте о радиоуправляемых автомобилях, дирижаблях и даже миниатюрных вертолетах. Детям XXI века нужны другие игрушки. Теперь каждый школьник может почувствовать себя Курчатовым, собрав на столе самый настоящий ядерный реактор!

1. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга работает от нагревания «атомным паром» 2. Индукционный генератор дает около 2 Вт электроэнергии для питания лампы накаливания 3. Характерное голубое свечение — это черенковское излучение электронов, выбитых из атомов гамма-квантами. Может служить в качестве отличного ночника!

Для детей от 14 лет Юный исследователь сможет самостоятельно собрать пусть и маленький, но настоящий ядерный реактор, узнать, что такое мгновенные и запаздывающие нейтроны, и увидеть динамику разгона и торможения цепной ядерной реакции. Несколько простых опытов с гамма-спектрометром позволят разобраться с наработкой различных продуктов деления и поэкспериментировать с воспроизводством топлива из модного ныне тория (кусочек сульфида тория-232 прилагается). Входящая в комплект книга «Основы ядерной физики для самых маленьких» содержит описание более 300 опытов с собранным реактором, так что простор для творчества огромен

Исторический прототип Набор Atomic Energy Lab (1951) давал возможность школьникам приобщиться к самой передовой области науки и технологии. Электроскоп, камера Вильсона и счетчик Гейгера-Мюллера позволяли провести множество интереснейших опытов. Но, конечно, не настолько интересных, как сборка действующего реактора из российского набора «Настольная АЭС»!

В 1950-х годах, с появлением атомных реакторов, перед человечеством, казалось бы, замаячили блестящие перспективы решения всех энергетических проблем. Инженеры-энергетики проектировали атомные электростанции, судостроители — атомные электроходы, и даже автоконструкторы решили присоединиться к празднику и использовать «мирный атом». В обществе возник «атомный бум», и промышленности стало не хватать квалифицированных специалистов. Требовался приток новых кадров, и была развернута серьезная образовательная компания не только среди студентов университетов, но и среди школьников. Например, A.C. Gilbert Company выпустила в 1951 году детский набор Atomic Energy Lab, содержащий несколько небольших радиоактивных источников, необходимые приборы, а также образцы урановой руды. Этот «наисовременнейший научный набор», как было написано на коробке, позволял «юным исследователям провести более 150 захватывающих научных экспериментов».

Кадры решают все

За прошедшие полвека ученые получили несколько горьких уроков и научились строить надежные и безопасные реакторы. И хотя сейчас в этой области наблюдается спад, вызванный недавней аварией на Фукусиме, вскоре он вновь сменится подъемом, и АЭС по‑прежнему будут рассматриваться как чрезвычайно перспективный способ получения чистой, надежной и безопасной энергии. Но уже сейчас в России чувствуется дефицит кадров, как ив 1950-х. Чтобы привлечь школьников и повысить интерес к атомной энергетике, Научно-производственное предприятие (НПП) «Экоатомконверсия», взяв пример с A.C. Gilbert Company, выпустила образовательный набор для детей от 14 лет. Разумеется, наука за эти полвека не стояла на месте, поэтому, в отличие от своего исторического прототипа, современный набор позволяет получить намного более интересный результат, а именно — собрать на столе самый настоящий макет атомной электростанции. Разумеется, действующий.

Грамотность с пеленок

«Наша компания родом из Обнинска- города, где атомная энергия знакома и привычна людям чуть ли не с детского сада, — объясняет «ПМ» научный руководитель НПП «Экоатомконверсия» Андрей Выхаданко. — И все понимают, что бояться ее совершенно не надо. Ведь по‑настоящему страшна лишь неизвестная опасность. Поэтому мы и решили выпустить этот набор для школьников, который позволит им вдоволь поэкспериментировать и изучить принципы работы атомных реакторов, не подвергая себя и окружающих серьезному риску. Как известно, знания, полученные в детстве, самые прочные, так что выпуском этого набора мы надеемся значительно понизить вероятность повторения Чернобыля или

Фукусимы в будущем».

Ненужный плутоний

За годы работы множества АЭС скопились тонны так называемого реакторного плутония. Он состоит в основном из оружейного Pu-239, содержащего около 20% примеси других изотопов, в первую очередь Pu-240. Это делает реакторный плутоний абсолютно непригодным для создания ядерных бомб. Отделение примеси оказывается весьма сложным, так как разница масс между 239-м и 240-м изотопами — всего 0,4%. Изготовление ядерного топлива с добавкой реакторного плутония оказалось технологически сложным и экономически невыгодным, так что этот материал остался не у дел. Именно «бросовый» плутоний и использован в «Наборе юного атомщика», разработанном НПП «Экоатомконверсия».

Как известно, для начала цепной реакции деления ядерное топливо должно иметь определенную критическую массу. Для шара из оружейного урана-235 она составляет 50 кг, из плутония-239 — только 10. Оболочка из отражателя нейтронов, например бериллия, может снизить критическую массу в несколько раз. А использование замедлителя, как в реакторах на тепловых нейтронах, снизит критическую массу более чем в десять раз, до нескольких килограммов высокообогащенного U-235. Критическая масса Pu-239 и вовсе составит сотни граммов, и именно такой сверхкомпактный реактор, умещающийся на столе, разработали в «Экоатомконверсии».

Что в сундучке

Упаковка набора скромно оформлена в черно-белых тонах, и лишь неяркие трехсегментные значки радиоактивности несколько выделяются на общем фоне. «Никакой опасности на самом деле нет, — говорит Андрей, указывая на слова «Совершенно безопасно!», написанные на коробке. — Но таковы требования официальных инстанций». Коробка тяжеленная, что неудивительно: в ней находится герметичный транспортировочный свинцовый контейнер с тепловыделяющей сборкой (ТВС) из шести плутониевых стержней с циркониевой оболочкой. Помимо этого набор включает внешний корпус реактора из термостойкого стекла с химической закалкой, крышку корпуса со стеклянным окном и гермовводами, корпус активной зоны из нержавеющей стали, подставку под реактор, управляющий стержень-поглотитель из карбида бора. Электрическая часть реактора представлена свободнопоршневым двигателем Стирлинга с соединительными полимерными трубками, маленькой лампой накаливания и проводами. В комплект также входят килограммовый пакет с порошком борной кислоты, пара защитных костюмов с респираторами и гамма-спектрометр со встроенным гелиевым детектором нейтронов.

Постройка АЭС

Сборка действующего макета АЭС по прилагаемому руководству в картинках очень проста и занимает менее получаса. Надев стильный защитный костюм (он нужен только на время сборки), вскрываем герметичную упаковку с ТВС. Затем вставляем сборку внутрь корпуса реактора, накрываем корпусом активной зоны. Под конец защелкиваем сверху крышку с гермовводами. В центральный нужно вставить до конца стержень-поглотитель, а через любой из двух других заполнить активную зону дистиллированной водой до черты на корпусе. После заполнения к гермовводам подключаются трубки для пара и конденсата, проходящие через теплообменник двигателя Стирлинга. Сама АЭС на этом закончена и готова к запуску, остается лишь поместить ее на специальную подставку в аквариум, заполненный раствором борной кислоты, который отлично поглощает нейтроны и защищает юного исследователя от нейтронного облучения.

Три, два, один — пуск!

Подносим гамма-спектрометр с датчиком нейтронов вплотную к стенке аквариума: небольшая часть нейтронов, не представляющая угрозы для здоровья, все-таки выходит наружу. Медленно поднимаем регулировочный стержень до начала быстрого роста потока нейтронов, означающего запуск самоподдерживающейся ядерной реакции. Остается только дождаться выхода на нужную мощность и на 1 см по меткам вдвинуть стержень назад, чтобы скорость реакции стабилизировалась. Как только начнется кипение, в верхней части корпуса активной зоны появится прослойка пара (перфорация в корпусе не позволяет этой прослойке оголить плутониевые стержни, что могло бы привести к их перегреву). Пар по трубке идет вверх, к двигателю Стирлинга, там он конденсируется и стекает по выходной трубке вниз внутрь реактора. Разность температур между двумя концами двигателя (один нагревается паром, а другой охлаждается комнатным воздухом) преобразуется в колебания поршня-магнита, а тот, в свою очередь, наводит переменный ток в окружающей двигатель обмотке, зажигая атомный свет в руках юного исследователя и, как надеются разработчики, атомный интерес в его сердце.

Примечание редакции: данная статья опубликована в апрельском номере журнала и является первоапрельским розыгрышем.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2012).

www.popmech.ru

Ядерный реактор своими руками

Зачем отваливать столько бабла какому нибудь ГЭСу или ТЭЦу когда можно самому себе поставлять электричество? Думаю ни для кого не секрет, что у нас в стране добывается уран. Уран это топливо для ядерного реактора. В общем если быть чуточку по настойчивее, то без особого труда можно купить таблетку урана.

Что вам понадобится:

* Таблетка изотопа урана 235 и 233 толщиной 1 см

* Конденсатор

* Свинец

* Цирконий

* Турбина

* Генератор электричества

* Графитовые стержни

* Кастрюльку 5 — 7 литров

* Счётчик Гейгера

* Легкий защитный костюм Л-1 и прогтивогаз ИП-4МК с патроном РП-7Б

* Желательно ещё приобрести самоспасатель УДС-15

1 шаг

Большой уран

Схема которую я опишу использовалась на Чернобыльской АЭС. Сейчас атом используют на маяках, подлодках, космических станциях. Реактор работает за счёт массового выделения пара. Изотоп урана 235 выделяет невероятное количество тепла благодаря которому мы из воды мы получаем пар. Также реактор выделяет большие дозы радиации. Реактор собрать несложно, это может даже подросток. Сразу предупреждаю шансы заболеть лучевой болезнью или получить радиоактивные ожоги при самостоятельной сборки реактора очень высоки. Поэтому инструкция только для ознакомления.

2 шаг

Для начала нужно найти место для сборки реактора. Лучше всего подойдёт дача. Желательно реактор собирать в подвале, чтобы потом его можно было закопать. Для начала нужно сделать печку для плавки свинца и циркония.

После берём кастрюльку и делаем в её крышке 3 дырки диаметром 2х0.6 и 1х5 см, и одну 5 сантиметровую делаем в дне кастрюльки. Затем обливаем кастрюльку раскалённым свинцом так, чтобы слой свинца на кастрюльке был не менее 1 см (крышку пока не трогаем).

3 шаг

Цирконий

Далее нам понадобится цирконий. Плавим из него четыре трубки диаметром 2х0.55 и 2х4.95 см и высотой 5-10см. Три трубки вставляем в крышку кастрюльки, и одну большую в дно В трубки 0.55 см вставляем стержни графитовые длиной чтобы доставали до дна кастрюльки.

4 шаг

Теперь соединим: нашу кастрюльку (теперь уже реактор)>турбину>генератор>переходник на постоянный ток.

У турбины 2 выхода, один идёт в конденсатор (который подключен к реактору)

Теперь одеваем защитный костюм. Кидаем таблетку урана в кастрюлю, закрываем и заливаем свинцом кастрюльку снаружи чтобы не осталось щелей.

Опускаем графитовые стержни до конца и заливаем воду в реактор.

5 шаг

Свинец

Теперь очень медленно вытягиваем стержни наружу до того как вскипит вода. Температура воды должна быть не выше 180 градусов. В реакторе происходит размножение нейтронов урана поэтому и кипит вода. Пар крутит нашу турбину которая в свою очередь крутит генератор.

6 шаг

Графит

Суть реактора не позволить ему изменять коэффициент размножения. Если число образовавшихся свободных нейтронов равно числу нейтронов, которые вызвали деление ядер, то К=1 и каждую единицу времени выделяется одинаковое количество энергии, если К<1 то выделение энергии будет уменьшатся, а если К>1 энергия будет нарастать и произойдет то, что и произошло на Чернобыльской АЭС – ваш реактор просто взорвётся из-за давления. Регулировать этот параметр можно стержнями графита, а отслеживать с помощь специальных приборов.

7 шаг

Свалка

Реактор может работать непрерывно в течении 7-8 лет, По истечению срока использования утилизировать на свалке химических отходов.

Советы и предупреждения:

* ВНИМАНИЕ!!! Инструкция только для ознакомления не пытайтесь собрать реактор т.к. это может непоправимо повлиять на ваше здоровье. *Хранение, Покупка, Продажа обогащённого урана преследуется по закону

Ссылки по теме:

fishki.net

Атомная батарейка для ЦОД / Блог компании ua-hosting.company / Хабр

Наши гаджеты с каждым годом становятся все меньше, легче, экономнее. Это — очевидная, необратимая тенденция. Покупая в Applestore свой ультратонкий iBook, мало кто из нас думает, что за этим и подобными ему миловидными созданиями стоят мега-дата-центры. Зачастую это уродливые по дизайну, пожирающие несметное количество энергии инфраструктурные узлы, такие себе монстры, что обеспечивают наш повседневный комфорт. Прямо или посредственно уменьшение наших гаджетов вызывает увеличение ЦОДов. Благодаря повсеместному появлению высокоскоростного интернета разработчикам планшетов, смартфонов удается все большую часть физических ресурсов из портативных приспособлений переместить в удаленные ЦОДы. Современные дата-центры в отличие от своих ранних версий, размещенных в небольших подсобных помещениях при научных и деловых учреждениях, скорее напоминают сталепрокатные заводы, как по площади, так и по потребляемым ресурсам, а по уровню режима охраны не уступают порой и военным базам. Все указанные выше факторы и передовые разработки ученных в сфере создания портативных ядерных реакторов наталкивают на мысль, а что если…

Энергетические пожиратели

Как говорится: «Маленькие дети – маленькие проблемы, большие дети — большие проблемы». Это применимо и к потреблению электроэнергии дата-центрами. Как показывает статистика, чем крупнее ЦОД, тем более близок его PUE к единице, ведь чем больший масштаб дата центра, тем более целесообразны там инвестиции по увеличению его энергоэффективности. В то время как коэффициент PUE для малых дата центров может перевалить и за 4.0, у больших ЦОДов он за частую не превышает значения в 2.0. Но, даже имея на руках такую статистику, масштабы дата-центров, скажем, от Google или Facebook, не оставляют шансов энергетическим сетям тех регионов, где они возводятся.

В то время как большинство телекоммуникационных гигантов тщательно скрывают свою внутреннею информацию, детище Цукерберга делится ею со всеми желающими, и вот выдержки из нее.

По данным за 2013 год на функционирование всех дата центров от Facebook было истрачено 787 000 мегаватт электроэнергии. Учитывая общее количество серверов корпорации, эксперты в общем сходятся на цифре в 200 000, моментальное потребление энергии одного сервера в среднем составляет около 0.45 киловатт. И не стоит забывать, что эти данные актуальны для дата центров с усредненным феноменальным коэффициентом PUE 1.09!

Цифры воистину впечатляющие. К примеру, дата-центры, размещенные в Приневиле и Форест Сити, потребляют энергии больше, нежели их города-спутники с населением около 10 тысяч человек. Такое положение вещей является вызовом для всей существующей инфраструктуры, электросети, конечно же, не исключение. Что делать? Одним из ответов на этот вопрос может стать разработанный доктором Оттисом Питом Петерсоном, работающим в Национальной Лаборатории Лос-Аламос (США), портативный ядерный реактор.

АЭС Hyperion – портативная атомная электростанция

Разработанная еще в 2008 году, мини-АЭС впечатляет своими характеристиками. По заявленным данным «Hyperion» являет собой реактор мощностью порядка 25 МВт в подземной компоновке, способный обеспечить электричеством 20 тысяч частных домов. Это модульный реактор, и с ростом потребностей вполне возможно подключать дополнительные модули на выбранной площадке. Реактор целиком автоматизирован и не требует обслуживания персоналом. Единственное, что отводится человеку — это мониторинг. По проекту блок настроен так, чтобы немедленно глушиться при возникновении значительных отклонений от режимов нормальной эксплуатации.

Срок службы реактора от 5 до 10 лет без перегрузки, после чего он будет отправляться для заправки новой порцией ядерного горючего на завод. В реакторе используется уран-гидридное топливо, причём обогащение урана выбрано менее 20%. Цена такого изделия варьируется от 25 до 30 миллионов долларов.

По расчетам проектантов цена одного киловатта вырабатываемого мини АЭС не превысит 10 американских центов, что в свою очередь даже дешевле чем в среднем стоимость по США. Также в актив такого решения можно записать отсутствие дополнительных издержек на модернизацию всей электросети территории, необходимость в которой естественно возникает при возведении на ней такого активного потребителя энергии как ЦОД.

Специфика функционирования дата-центров

Анализируя возможность применения портативных АЭС в условиях дата-центров, не стоит забывать про те технические условия, с которыми сталкиваются ЦОДы.

Очевидными плюсами такого решения являются 100% подконтрольность источника энергии. Риски обрыва высоковольтной линии где то за сотни километров, естественно, исключаются, так как вся инфраструктура размещается в границах одной площадки. Защищенность от перегрузок электросети совместными пользователями магистральной линии — тоже очевидный плюс. Также появляется возможность размещения огромных дата-центров в отдаленных районах крайнего сервера с наилучшими климатическими условиями для его более эффективного функционирования (при условии решения проблемы с каналами связи).

Проблемы могут возникнуть со спецификой функционирования ядерного реактора, диапазон изменения нагрузок на него может быть очень ограниченным и довольно инертным, что в условиях каждодневных всплесков активности в работе ЦОД может составить проблему. Также не стоит забывать про дублирование источника энергии, в качестве которого еще один реактор — вещь довольно сомнительная по причине все того же отсутствия гибкости источника. Проблемы с безопасностью становятся еще более острыми. Любой ядерный реактор может стать целью террористов, что просто обязывает эксплуатирующую его компанию особо ответственно отнестись к безопасности объекта, а это, конечно, дополнительные расходы. Также на пути распространения такого рода технологий может стать национальное законодательство целого ряда стран, которое просто запрещает размещение на своей территории ядерных технологий.

Экологичность

Экономика решения применить портативную АЭС вполне логична, но на сколько оно будет экологично? Не вызовет ли социальный протест «закопанная за соседней спорт-площадкой АЭС»?

Как видно из выше приведенных материалов, любезно предоставленными сотрудниками Facebook, можно проанализировать структуру потребляемой электроэнергии их дата центрами. Хоть она и весьма условна, но общую картину дает.

Как можно видеть, только за последние два года часть в потреблении серверной инфраструктурой атомной энергии увеличилась почти вдвое, в то время как часть восстанавливаемой энергетики почти вдвое уменьшилась. Удивительного тут ничего нет, ведь только атом может гарантировано прокормить такого гиганта. Что говорить, а ведь дата центры от Facebook далеко не самые крупные представители своего рода (ни единого ЦОД среди Топ 10 самых крупных).

В то время когда «зеленая» энергетика просто не в силах насытить возрастающие потребности потребителей, ядерная энергия приходит на помощь, и ветряками тут никак не обойдешься. Если же сравнивать традиционные электростанции на углеводородах, то вопросов по экологичности к ним возникает поболее, нежели к мирному атому. Все это чудесно понимают и готовы с этим мирится, но, как это часто водится, если стоит этот реактор «не на соседней улице».

Итог

Насколько бы не звучало всё вышеизложенное вызывающе, а для кого-то, может быть, даже дико, прогресс не остановить. ИТ-бизнес с каждым годом все более набирает вес. Легкость и дешевизна решений, которые нам предлагают на каждом шагу компании, несет за собой невидимый груз сложных вопросов и выбора. Куда нас заведет прогресс в погоне за функциональность и дешевизной наших девайсов — покажет только будущее.

P.S. Советские ученные как всегда впереди планеты всей

ТЭС-3 — транспортабельная атомная электростанция, перевозимая на четырёх самоходных гусеничных шасси, созданных на базе тяжёлого танка Т-10

habr.com