Prototype this по-русски - выпуск 174. Перемешанное - вкуснее...


Пришло время поизобретать, не находите?
Помните, Гек Финн говорил Тому Сойеру, что если объедки перемешать, то они становятся вкуснее? Ну вот мы сегодня и займемся перемешиванием объедков. С повышением эксплуатационных качеств полученной смеси...
Сверхмалые ядерные энергетические установки имеют одну небольшую проблему. А именно - необходимость радиационной защиты, которая уже не такая сверхмалая получается. Можно ли уменьшить размеры такой защиты, или по крайней мере - окончательные размеры всей конструкции - без ущерба эксплуатационным качествам?
Для ядерных реакторов, очевидно, существует нижний предел, установленный требованиями критичности, а также, опять же исходя из этих требований - требуется чистота активной зоны. А при начале ядерной реакции у нас получается поток заряженных частиц и нейтронов, имеющий определенный нижний предел мощности - так что тут вроде бы ловить нечего. Однако, как только мы начинаем думать об изотопных источниках, у нас возникают определенные возможности.
В отличие от ядерных реакторов, где происходит самоподдерживающаяся ядерная цепная реакция, и соответственно, источником радиоактивности (первичным) является ядерный распад с образованием потока нейтронов, в изотопных источниках, как правило, мы имеем дело с альфа- и бета- распадающимися изотопами. И альфа-, и бета- излучение достаточно хорошо изолируется легкими экранами, однако при поглощении альфа- и бета- частиц возникают тормозное излучение и гамма-излучение, в рентгеновском и гамма- диапазоне. И вот с этими вот видами излучения у нас все очень неприятно - они обладают ВЫСОКОЙ проникающей способностью, и вот из-за них, собственно, и нужны все эти многометровые слои бетона...
Используемые в изотопных источниках принципы основаны как правило, на прямом преобразовании энергии. При этом КПД (энергетический) крайне низок. А практически вся энергия уходит в тепло. Таким образом, изотопные источники представляют из себя кране неудобный вид источников энергии, ибо:
1. Слабая (относительно) генерация электроэнергии.
2. Неуправляемый характер тепловыделения.
3. Высокий радиационный поток большой проникающей способности.
Так вот, можем ли мы придумать что-то, что позволит исправить ситуацию, и сделать изотопные источники более приятными в обращении?

Вы уже догадались - можем...
Эффективность поглощения рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины поглощающего материала. При этом у нас плотности потока пропорциональны. То есть, если мы сможем увеличить толщину поглотителя, и снизить плотность потока - то получим меньший поток на выходе. Таким образом, чтобы ослабить излучение изотопного источника, мы должны будем увеличить толщину защиты, и брать более слабый источник... Ну и что, спросите вы - это же очевидно, где тут фишка?
Ну так
Мы перемешиваем поглотитель с изотопом, согласно заветам великого, но непризнанного физика-ядерщика Геккельбери Финна.
В силу того, что вместо чистого изотопа у нас смесь с поглотителем, выделение частиц на единицу объема становится меньше. А поскольку сама толща такого "композита" является поглотителем - у нас на поверхность вылетают частицы только из приповерхностного слоя, и интенсивность излучения становится ниже.
У нас выделяется то же самое количество тепла, но оно выделяется в БОЛЬШЕМ объеме, и частицы, образующиеся при распаде, НЕМЕДЛЕННО поглощаются тут же.
Свинец-изотопные сплавы (если считать свинец идеальным материалом) являются тепловыделяющей средой с несколько уменьшенным тепловыделением, но СИЛЬНО уменьшенным радиационным фоном.
Свинец-изотопный источник тепла может нагревать воду, которая уже будет преобразовывать в турбинном, цикле Стирлинга или в паровой машине, выделенную энергию в полезную работу с гораздо большим КПД, чем термоэмиссионные источники. Это тепло может обогревать дома (одновременно приводя в движение насосы), или даже - использоваться для приведения в движение атомного паровоза.

Поскольку часть радиационной защиты мы прячем в толщу самого теплоизлучающего материала - у нас уменьшаются совокупные габариты установки, и такое становится возможным, понимаете?
В качестве топлива для источника тепла мы можем использовать ВАО, которые пока что бесполезны и использование которых нерентабельно. Собственно говоря, нас даже не интересуют параметры их излучения или химический состав - мы просто делаем сплав, загружаем в локомотив, и - поехали!
Надеюсь, в Росатоме прикинут возможности такого решения, и кто знает, не прокатимся ли мы когда-нибудь на настоящем ядерном поезде...
.
|
</> |