Настольная аэс: Настольная АЭС — есть и такие!

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!

TechInsider

Item 1 of 3

1 / 3

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!

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.

Отраслевой мемориальный комплекс Первая в мире атомная электростанция.

В течении многих лет после пуска Первая АЭС являлась местом масштабной подготовки кадров.

В 1954-1955 годах здесь проходили теоретическое и практическое обучение два первых экипажа атомных подводных лодок (АПЛ), затем операторы первого атомного ледокола. Здесь прошли первую практику эксплуатационный персонал первых блоков Белоярской и Нововоронежской АЭС, специалисты из Чехословакии, Румынии, ГДР и Китая.

Вышедшая в 1959 году книга Г.Н. Ушакова «Первая Атомная Электростанция. Опыт строительства и эксплуатации» на долгие годы стала книгой настольной для работников строящихся АЭС.

Как и Первый спутник, Первая АЭС была витриной достижений страны. За первые 20 лет её посетили около 60000 человек в составе 2000 делегаций, в том числе около 9000 иностранцев в составе около 1000 иностранных делегаций.

На Первой АЭС побывали Юрий Гагарин и Г.К. Жуков, Д. Неру, Индира Ганди, И.Б. Тито, Сукарно, В.Ульбрихт, Ким-Ир-Сен, Фредерик Жолио-Кюри, Хоми Баба, Глен Сиборг и Френсис Перрен, Стерлинг Коул и Зигвард Эклунд и многие, многие другие. Здесь фотографии тех, уже далеких лет.

До 1956 года АМ работал как энергетическая установка. С 1956 г. начали проводиться масштабные исследования, необходимые для создания крупных АЭС. Были созданы специальные устройства-петли. Среди них:

• одноконтурная и двухконтурная пароперегревательные петли;
• водяная петля высокого давления;
• петля с естественной циркуляцией некипящего и кипящего теплоносителя;
• газовая петля;
• две петли для испытания каналов с термоэмиссионными преобразователями;
• петля для водно-химических исследований;
• вакуумная петля для материаловедческих исследований;
• петля для ампульных исследований;
• две петли с органическим теплоносителем

На этих петлях были испытаны твэлы для Белоярской АЭС, транспортабельной энергоустановки ТЭС-3, Билибинской АЭС и других установок. Только для Белоярской АЭС было испытано 80 экспериментальных каналов с различными топливными композициями, в том числе твэлы испарительных и перегревательных каналов.

Жители Обнинска приветствуют премьер-министра Индии Дж. Неру и Индиру Ганди. 1955 год.

Исследовались пусковые режимы, режимы кипения воды и перегрева пара в каналах реактора, естественная циркуляция теплоносителя и радиолиз воды, радиоактивные загрязнения в модели проточной части и многое другое.

Долгие годы Первая АЭС была основным полигоном для отработки ядерных энергоисточников для космоса.

Дополнительная информация

Литература:

1. Д.И. Блохинцев, Н.А. Николаев. «Первая атомная электростанция СССР и пути развития атомной энергетики». Материалы Международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Женева 8-20 августа 1955г. Том 3. Энергетические реакторы, стр. 51-76.
2. Г.Н. Ушакова «Первая Атомная Электростанция. Опыт строительства и эксплуатации». М. Госэнергоиздат, 1959г.
3. 10 лет первой в мире атомной электростанции СССР.. Сборник статей. Научный редактор Ю.И. Корякин. М. Атомиздат, 1964.
4. О.В. Комиссаров, М.Е. Минашин. «Первый цепной процесс в ФЭИ», рукопись, 1975.
5. О.В. Комиссаров, М.Е. Минашин. «Первая в мире АЭС-начало пути использования атомной энергии в мирных целях». ФЭИ, рукопись, 1974
6. В. Комиссаров, М.Е. Минашин «Атомная станция на Чукотке», ФЭИ, рукопись, 1975

Extreme DIY: строительство домашнего ядерного реактора в Нью -Йорке

• Опубликовано

  23 июня 2010

от Matthew Danzico

BBC News, Brooklyn, Нью -Йорк

Многие могут понадопляться, чтобы узнать, что можно познакомиться с тем, чтобы узнать, что можно познакомиться с тем, чтобы узнать о том, чтобы узнать о BBC News, Brooklyn, Нью -Йорк

. рядом строится самодельный ядерный реактор. Но что, если эта форма экстремального DIY может помочь решить мировой энергетический кризис?

Днём Марк Саппес работает веб-разработчиком в модном гиганте Gucci. Ночью он едет на велосипеде на склад в Нью-Йорке и возится со своим собственным термоядерным реактором.

Склад представляет собой неприметное здание на обсаженной деревьями улице Бруклина, через дорогу от многоквартирных домов, с продуктовым магазином на углу. Но на самом деле это лаборатория.

В арендованной мастерской на третьем этаже пронзительный гул исходит из угла, усеянного металлическими обломками и зловещим видом механизмов, когда мистер Саппес запускает свое устройство и ищет ответ на вопрос, который ускользнул от некоторых лучшие научные умы планеты.

При ядерном синтезе атомы принудительно соединяются, высвобождая энергию. Это, как говорят ученые, «святой Грааль» производства энергии — абсолютно чистая и дешевая.

Проблема в том, что никто не нашел способа заставить термоядерные реакторы производить больше энергии, чем они потребляют для работы.

«Я был вдохновлен»

32-летний г-н Саппес является частью растущего сообщества «синтезаторов» — любителей науки, которые строят самодельные термоядерные реакторы ради развлечения и с прицелом на то, чтобы стать частью решения эта проблема.

По данным сайта сообщества Fusor.net, он стал 38-м независимым физиком-любителем в мире, добившимся ядерного синтеза на самодельном реакторе. Другие в списке — 15-летний юноша из Мичигана и докторант из Огайо.

Подпись к изображению,

Г-н Саппес провел последние два года, совершенствуя свой реактор

«Я был вдохновлен, потому что я верил, что ищу технологию, которая действительно может решить наши энергетические проблемы, и я верил, что это то, что я могу по крайней мере, начните строить», — сказал Саппес Би-би-си.

Хотя они могут нервировать соседей, термоядерные реакторы такого типа совершенно легальны в США.

«Пока они [частные лица] получают этот материал [компоненты реактора] на законных основаниях, они могут делать все, что захотят», — говорит Энн Старк, старший сотрудник по связям с общественностью Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии.

Во время синтеза высвобождается энергия, поскольку атомные ядра сталкиваются вместе при высоких температурах и давлениях, образуя более крупные ядра.

Ученые говорят, что устройства, подобные устройству г-на Саппеса, не представляют реальной угрозы для соседних населенных пунктов или окружающей среды, поскольку они не содержат ядерных материалов, таких как уран или плутоний.

«При термоядерном синтезе нет никаких шансов на какую-либо аварию», — говорит Нил Колдер, начальник отдела коммуникаций Iter, многонационального проекта, начатого в 1985 году с целью демонстрации осуществимости термоядерной энергии.

«Нет загрязнения CO2, нет парниковых газов, вы не можете использовать это для распространения [распространения ядерного оружия] — у этого так много преимуществ», — сказал он.

«От механиков до дворников»

Усилия правительства по производству энергии из термоядерного синтеза предпринимаются во всем мире уже 50 лет.

Iter, финансируемый ЕС, США, Японией, Россией, Индией, Китаем и Южной Кореей, работает над многомиллиардным усовершенствованным реактором, который должен быть построен на юге Франции к 2019 году..

Но доступность оборудования и технологий привела к тому, что все большее число любителей вступают в бой.

Image caption,

Новость о ядерном реакторе по соседству вызвала неоднозначную реакцию. заниматься ядерным синтезом у себя дома», — сказал Ричард Халл, основатель Fusor.net.

Некоторые эксперты скептически относятся к тому, что все эти люди производят термоядерные реакции, но когда он демонстрирует свое устройство, г-н Саппес говорит, что пузырьковый счетчик, размещенный рядом с реактором, указывает на то, что был произведен быстрый нейтрон, побочный продукт синтеза.

Ученый-любитель начал строить свой реактор два года назад, купив детали на eBay на 35 000 долларов собственных денег и около 4 000 долларов, которые он собрал на веб-сайте, который связывает художников и изобретателей с частными инвесторами.

«Настоящие исследователи, работающие в Лос-Аламосе [Национальная лаборатория Министерства энергетики США] и в Ливерморской лаборатории имени Лоуренса, следят за этим и комментируют его, хотя это и не официально санкционированный проект», — говорит он.

Сложная ситуация

Г-н Саппес рассматривает свою работу в области ядерного синтеза как нечто большее, чем просто хобби, и он намеревается попытаться построить один из первых в мире безубыточных реакторов — установка, производящая столько энергии, сколько потребляет для работы.

«Теперь он должен выйти и сделать то, что должны делать все остальные, а именно убедить людей вкладывать средства в его проект — будь то государственное финансирование или частное финансирование, чтобы довести его до конца», — сказал г-н Колдер.

Мистер Саппес надеется построить безубыточный реактор на основе планов, созданных покойным Робертом Бассардом, физиком-ядерщиком, который разработал планы термоядерного реактора, который мог бы преобразовывать водород и бор в электричество.

Работа над увеличенной версией реактора Буссарда, финансируемая ВМС США, уже ведется в Калифорнии.

Но г-н Саппес полагает, что сможет собрать миллионы долларов, необходимые для строительства реактора Бюссара, потому что он чувствует, что кто-то с достаточным количеством денег «почувствует, что не может упустить возможность» узнать, сработает ли это.

Итер сказал, что было бы неправильно сразу отвергать мысль о том, что любитель может что-то изменить.

«Я не буду говорить что-то такое, что расстроит этих парней, но это сложная ситуация, потому что есть много денег и времени, а также много очень опытных ученых, работающих в данный момент над термоядерным синтезом», — сказал г-н Колдер.

«Но это не исключает других идей, исходящих от другой группы людей.»

Что говорят соседи

Для мистера Саппеса убедить экспертов — это одно. Убедить местных жителей — совсем другая проблема.

«Самодельный термоядерный реактор строится в Бруклине — я бы подумал, что будут какие-то правила и законы, касающиеся возни с ядерным синтезом в вашей квартире», — сказал житель Бруклина Стивен Дэвис. «Я не уверен, что хотел бы, чтобы это жило рядом со мной».

«Тот факт, что он пытается создать новый вид энергии, — это хорошо», — сказал другой местный житель, Кристофер Райт. «Но без должной научной работы за этим я не знаю, слишком ли хороша эта идея».

Но у других было более положительное мнение о реакторе мистера Саппеса.

«Я думаю, что это хорошая идея. Если парень может сделать подобное изобретение, оно обязательно должно быть распространено, чтобы нам не нужно было зависеть от нефти», — сказал Би-би-си житель Бруклина Крис Стивенс.

«Нам нужно сделать что-то новое и более креативное для общества.»

BBC не несет ответственности за содержание внешних сайтов.

Физик-любитель построил у себя дома термоядерный реактор. Эта статья может помочь вам построить свой собственный

Физик-любитель построил термоядерный реактор дома. Эта статья может помочь вам собрать свой собственный

. Механик работает над своим реактором уже два года.

Самодельный термоядерный реактор.William Jack/Wikimedia Commons

В 2020 году мы сообщили вам о том, что бывший студент колледжа Мальборо для мальчиков в Новой Зеландии пытается продать самодельный термоядерный реактор. Если эта история кажется знакомой, то это потому, что другой ремесленник построил термоядерный реактор своими руками, на этот раз в Нью-Йорке в 2010 году, согласно BBC.

Возможен ли термоядерный мини-реактор?