Как сделать ядерный реактор

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 10.09.2024

Забавная статья моего знакомца, физика-теоретика Александра Кузнецова. Игра его ума всегда парадоксальна и заставляет шевелить своими мозговыми извилинами и доводить общую серую субстанцию до температуры кипения.

Как построить реактор ядерного синтеза
из холодильника и телевизора

Соглашусь с вами, заглавие весьма претенциозно. Поэтому сразу сделаю несколько реверансов. Если вы забыли, или еще не знаете, синтез – это процесс слияния атомных ядер с получением нового (по отношению к участвующим в слиянии) элемента. Этот процесс может идти с выделением тепловой (кинетической) энергии, и должен в некоторой отдаленной перспективе лечь в основу термоядерной энергетики нашей планеты, то есть технологии, призванной спасти нас от неминуемого энергетического кризиса и вывести человека из оков Земли в просторы Солнечной системы. У многих из нас в отношении практических перспектив термоядерной энергетики средствами массовой дезинформации воспитано с детства достаточно пессимистичное предубеждение. Оказывается, основы этого разочарования не столь прочны, как видится нам на первый взгляд.


Предупреждение. То устройство, которое можно собрать из вашего телевизора и холодильника не выведет вас за пределы Земли и не обеспечит дармовой энергией в пику Чубайсу. Хотя, кто знает, может быть через пятьдесят лет это утверждение может потерять свою категоричность. И, может быть, именно благодаря вам. Одному школьнику из США, например, удалось получить 106 нейтронов в секунду и премию в несколько тысяч долларов в результате подобных занятий. Американские бюрократы от науки условных бумажек со своими мертвыми президентами не жалеют. Потому, наверное, что не воруют огульно.


Возьмите себе на заметку: Перечисленные выше виды топлива предполагают осуществление следующих реакций: DD; DT и DHe3. Что может быть опасно? Реакции между двумя ядрами дейтерия (DD), или дейтерием и тритием (DT) приводят к выделению нейтронов. А в реакторе с реакциями между дейтерием и гелием-3 (DHe3), в которых нейтроны как бы не образуются, все равно будут протекать реакции (DD) с соответствующим нейтронным сопровождением. Разница между этими реакциями вот в чем: если работающий на полную мощность реактор с (DT) реакцией убьет вас за секунду, (DHe3) реактору потребуется на это около тридцати секунд. Спасти может экранировка (свинцовые пластины), или замедление нейтронов (обычно в жидкости). Хотя в том устройстве, которое можно собрать из бытовых электроприборов, скорее всего, нейтронов будет не так много, чтоб причинить вам хоть какой-нибудь вред. Как бы то ни было, личный дозиметр вам необходим, также как и пара детекторов нейтронов для контроля эффективности работы вашего реактора.
Нейтроны в реакторостроении – не самоцель. Они нужны, как уже говорилась для превращения элементов. Если вы хотите стать такого рода алхимиками и получать редкие и, соответственно, дорогостоящие химические элементы, вам (кроме конструирования описываемого реактора) серьезно надо заняться также и технологиями извлечения из облученной нейтронами пробы (твердой, жидкой, или газообразной) малых концентраций требуемых элементов.


Есть другая морковка, которая очень претенциозна, но чем бог не шутит? Это ядерный синтез с положительным выходом энергии и прямым преобразованием энергии выделяющихся в реакции ядерных частиц в электрическую энергию. Достаточно, чтобы заряженные энергичные частицы, полученные в ядерной реакции, преодолели соответствующую их энергии разность потенциалов между местом своего получения и внешним электродом, двигаясь против приложенного электрического поля. Вообще говоря, кроме дейтерия, трития, гелия-3, есть много типов ядер, которые могут обеспечить синтез, единственным эффектом которого будет получение энергии без побочных радиоактивных явлений. Большинство из них обычно не обсуждается, поскольку для их протекания требуется значительно более высокая энергия, чем для реакции DT. Так как создание условий для самой реакции DT уже являются значительным вызовом для термоядерных методов, другое топливо находится просто за рамками любых вопросов для Токамаков, или ICF систем (с лазерным поджогом топлива). В это же время, существующие препятствия для термоядерных устройств становятся почти тривиальными в случае сферических ускорителей с фокусной сходимостью ионного пучка. Просто подачей напряжения до двухсот киловольт, можно заставить электроны сформировать более глубокую потенциальную яму, и ионы будут быстрее устремляться в область фокуса. Это требует пропорционального увеличения размеров аппаратных средств, но не какого-то большого технологического прыжка.


Среди возможных видов реакций для этой задачи наиболее предпочтительна с точки зрения вашей и окружающих вас людей безопасности реакция между обычным водородным ядром (протоном) и бором-11.


Бор добывается из большого числа минералов, а также легко извлекается из морской воды. Около 80% естественного бора – изотоп бор-11. В реакция (pB 11 ) два ядра сливаются, они формируют возбужденный углерод-12, который неустойчив и почти немедленно разваливается. За две короткие стадии, он сбрасывает энергичную альфа-частицу (гелиевое ядро), а затем остальное ядро разделяется также на пару альфа-частицы. Первая частица, уносит 43% энергии реакции и улетает с энергией в точности 3.76 МэВ, что оказывается очень удобно для использования ее энергии для прямого преобразования в электрическую. Другие две альфы разлетаются в среднем с энергией 2.46 МэВ каждая с некоторым распределением энергии. Что тоже удобно, хотя эффективность преобразования энергии будет несколько ниже, чем в случае первой альфы.


Третье. Если вы уже забыли все, что необходимо было забыть, можете приступать к конструированию.


Можно добиться синего свечения в фокусе сходящегося ионного пучка, применив трансформатор из электропечи и пару высоковольтных диодов. Это обеспечит подачу на электроды около пяти тысяч вольт. Такой трансформатор не обеспечит существенного протекания реакций синтеза, но позволит реализовать красивое свечение, способное обеспечить демонстрацию эффекта сходимости. Надо знать, чем больше напряжение, тем лучше, хотя большие напряжения и высокие токи опасны для человеческого сердца.
Сами катодные сетки реактора будет стоить копейки и на их сборку потребуется примерно час, если у вас есть небольшая точечная сварка. Каждая сетка может быть собрана из шести сваренных между собой колец нержавеющей стальной проволоки. Предпочтительно использовать провода диаметром 0.025 дюймов, которые дешевы и легки в обработке. Монтаж проволочных колец, чтобы получилась геодезическая сфера, является упражнением на аккуратность. Размеры могут быть скорректированы, чтобы соответствовать вашему прибору, а точность соблюдения диаметра не главное, также как на удивление неважно, чтобы сетки были идеально сферическими.


Те, у кого есть доступ к более мощным вакуумным системам, могут отважиться на более низкое давление, когда ионная осцилляция становится значительно более эффективной. Однако в таких системах, чтобы генерировать ионы, требуется дополнительный источник электронов, или ионов. Для этого существует множество путей, но они слишком сложны для начинающих.
Исследуйте также импульсный режим. Говорят, в импульсном режиме в области высоких частот и больших амплитуд напряжения можно работать и при атмосферном давлении. Хотя, врать не буду, точных данных у меня нет. Ну вот, а теперь пришло время создавать очередную иллюзию. Часть ее уже написана Томом Лигоном (Том Ligon), которому я очень благодарен за идею этой статьи и часть материала для нее. Вот она в своем каноническом виде:
Приблизительно в то же время, когда впервые разрабатывались линейные ускорители, велась и разработка вакуумных трубок, или (по-другому) электронных ламп.


Д-р Херш подавал на внутреннюю сетку своего устройства напряжение до 150,000 вольт, при токах вплоть до 60 мА. Используя DD и DT, оно обеспечивало интенсивный синтез, но значительно ниже энергетического порога. Достигнутая нейтронная эмиссия (согласно опубликованным результатам порядка миллиарда нейтронов в секунду, и согласно неопубликованным результатам около триллиона нейтронов в секунду!) сегодня была бы признана опасной. Херш также собрал устройство Элмора, Така и Ватсона EXL и подтвердил, что оно действительно создает глубокую потенциальную яму.


Когда жизнь преподносит вам лимон, она говорит, что вы должны сделать его лимонадом. Д-р Буссард примерно в то же время бился над другим своим изобретением, небольшим Токамаком, имевшим название Ригатрон (Riggatron), который вроде бы мог достигнуть пограничного режима, но оказался слишком дорогим, чтобы быть сконструированным за доступные деньги. Огромная энергия, требовавшаяся, чтобы повысить магнитное поле до уровня, позволяющего удерживать плазму, приводила к необходимости конструирования чудовищного генератора с маховым колесом, стоимость которого (даже одного) значительно перекрывала весь бюджет. Проблема с Токамаками, как он понял, была в том, что ионы слишком, черт возьми, тяжелы, чтобы захватываться магнитными полями, особенно в условиях ядерного синтеза. Да, использование сверхпроводников, или установка медных катушке очень близко к плазме и эксплуатация их на самом пределе, может позволить удержать ионы легких элементов, подобных дейтерию и тритию, но при столкновениях, они будут перепрыгивать на другие силовые линии поля, если поля не будут достаточно мощными. Мощность полей, которую следовало для этого получить, была убийственной проблемой.


Жаль подумал Буссард, что ионы не так просто удерживать магнитными полями как электроны. Поскольку электроны в тысячу раз более легки, чем ионы, используемые в качестве горючего для реакций синтеза, они легко захватываются значительно более слабыми магнитными полями. Если бы небольшой Токамак содержал только электроны, в нем можно было бы эффективно достигнуть и высокой энергии, и плотности. И затем случилось озарение.


Нужно было просто сконструировать EXL устройство с магнито- изолированными сетками. Намагниченные сетки должны ускорять электроны также хорошо, как и сетки из проволоки, но электроны тогда не смогут попадать на сетку. Ионы, сформированные как раз в области сетки, попадали бы в потенциальную яму и совершали бы в ней колебания, пока не провзаимодействовали, совсем не контактируя с сетками, и эффективно удерживаемые только электростатическим потенциалом. Время от времени казалось, что в теории существуют неразрешимые противоречия, но всякий раз, когда в результате тщательного анализа находилось решение, теория работала даже лучше. А в качестве топлива для такого реактора Буссард предложил реакцию (pB 11 ).


Майли и Буссард способствовали значительному технологическому скачку в области инерционно-электростатического удержания, но главное, что они сделали – это указали на возможность подключения к практическому исследованию этой проблемы самых широких масс ученых, и даже не очень подготовленных дилетантов. Пропаганда этой замечательной возможности началась практически сразу. Сначала в Америке, затем в Японии, и вот докатилась и до России. Одновременно с Фарнсвортом, даже ранее его на какой-то год, аналогичные схемы в Советском Союзе изучались Лаврентьевым. Его группа успешно работала до самого краха социалистической действительности, а затем наступила тишина, которая была нарушена в 2005 году…

Вы всё ещё топите дом газом или дровами, и не можете нормально подключиться к электросетям? А что вы скажите про ядерный реактор, установленный в подвале вашего коттеджа?


Десять лет тепла и света по цене в 10 центов за один киловат/час. Звучит заманчиво, не правда ли? По крайней мере, именно об этом говорится в пресс-релизе компании Hyperion Power Generation, продвигающей на рынокчастного домостроительствапортативную атомную установку под названием Hyperion.

Отличаясь необычайно малыми размерами – высота установки около трёх метров, и автономностью – срок работы реактора на одной заправке больше десяти лет, мини-станция мощностью в 25 мегаватт сможет стать незаменимым источником энергии для коттеджных поселений, фермерских хозяйств и небольших промышленных предприятий.

Как сделать очаг из обычной свечи читайте здесь.

И хотя цена в 25$ миллионов поначалу может показаться неоправданно высокой, представители компании говорят, что если Hyperion купят примерно 10 тысяч домовладельцев, то затраты каждого не превысят 2500$.


А учитывая низкую стоимость электроэнергии вырабатываемой установкой, и безопасность её работы, такое частное поселение становится полностью энергонезависимым от государственных энергосетей.

Несмотря на то, что в последние годы было несколько аварий, связанных с утечкой радиоактивных элементов – достаточно вспомнить катастрофу в Японии на АЭС Фукусима, разработчики Hyperion заявляют – их установка, работающая на низкообогащённом уране, может быть смонтирована даже в цокольном этаже частного дома.

Конечно, в реальной жизни так никто поступать не будет – ректор должен находиться глубоко под землёй в специальной бетонной рубашке. Но отсутствие сложной автоматики, саморегулирующуюся система охлаждения и конструкция реактора не позволяет ему выйти на сверхкритический режим работы, при котором было бы возможно расплавление ядра, что обеспечивает гораздо большую безопасность работы, чем обычная АЭС.


Систему не требуется обслуживать. Процесс перезагрузки топлива происходит на заводе изготовителе – для чего раз в 10 – 15 лет реактор потребуется извлечь и отвезти для перезаправки.

Hyperion Power Generation уже поставила несколько таких реакторов в Румынию, а благодаря повышенному интересу к разработке, уже ведутся переговоры по установке Hyperion в коттеджные поселения в Южной Америке. Всего же компания предполагает продать больше 4000 реакторов за ближайшие 10 лет.

Но если американцы только в начале пути, то японская компания Toshibaуже давно предложила жителям маленького города Галена, что расположен на Аляске, установить сверхминиатюрный ядерный реактор Toshiba 4S.


Причём поселенцам в количестве всего в 700 человек даже не придётся тратиться на покупку реактора размером с холодильник. Специалисты из компании Toshiba в рамках рекламной компании предложили им бесплатную установку и обслуживание мини-станции 4S мощностью всего в 10 мегаватт.

Жители удалённого городка, обогревающие свои дома дизельным отоплением , будут платить от 5 до 10 центов за киловатт-час. А срок службы установки до первой перезагрузки топлива составит 30 лет.

О том, как выбрать источник альтернативного отопления для дома рассказывается в этой статье.

Японцы предлагают использовать данный реактор в качестве элемента питания для опреснительной установки по производству чистой воды, которая может быть востребована в жарких странах расположенных на берегах океанов и морей.

Также представители компании заявляют о начале разработки ещё более компактной модели портативного ядерного реактора мощностью в 200 киловатт, предназначенной для системы электроснабжения, отопления и водоснабжения одного коттеджа на протяжении более 40 лет.

Подведя итог можно сказать, что если раньше владельцы частных домов стремились подключиться к централизованным энергоносителям, то сейчас, всё большую популярность приобретает движение за полностью энергонезависимое жилище.

А в этом видеосюжете рассказывается о том, как увеличить электрическую мощность вашего дома с помощью инвертора.



Крафт


  • Камер реактора
  • Улучшенной электросхемы
  • Генератора
  • Плотных свинцовых пластин

В оригинальной версии можно обходиться без свинцовых пластин. А до v. 1.106 место пластин занимал композит. Схема хорошо иллюстрирует, чего и сколько хочет от вас реактор в Minecraft.


Элементы реактора

Пространство, на котором происходит работа реактора в Майнкрафт и его обслуживание, называется активной зоной. Изначально зона – это 18 клеток.


Каждая добавленная камера увеличивает зону на один столбец – 6 клеток. Учитывая, что добавить можно максимум 6 камер, предельный размер активной зоны – девять столбцов, или 54 клетки. В эти клетки помещаются рабочие тела. До v. 1.106 их было около пяти, но потом схема усложнилась, и вот что имеем сейчас:

ТВЭЛ (расшифровывается – тепловыделяющий элемент). Это главный источник энергии. Реактор в Minecraft использует три их вида: обычный, счетверённый и спаренный. Остальные элементы вспомогательные.

  • Теплоотводы. Охлаждаясь, они берут тепло на себя.
  • Теплоотводы компонентов. Охлаждают соседние элементы.
  • Теплообменники. Их задача – перераспределять тепло.
  • Конденсаторы. Элементы, запасающие немалое количество тепла. Охлаждаются лазуритом и красной пылью.
  • Отражатели нейтронов. Отвечают за более эффективное использование урана.
  • Обшивки. Уменьшают взрывную силу и увеличивают теплоёмкость.

Работа атомного генератора

Ядерный реактор начинает выполнять свои функции в Майнкрафт, если в него поместить хотя бы 1 ТВЭЛ и получить сигнал редстоуна со знаком плюс. При этом, реактор можно приостановить, отключив подведённый редстоун. Выключенный генератор прекращает давать энергию, но охлаждающие компоненты продолжают работать. В рабочем состоянии реактор нагревается, и нужно обязательно контролировать его температуру во избежание взрыва.


  • Охлаждают реактор в Minecraft ряд компонентов.
  • Теплоотводы.




Прочность реактора

Прочность корпуса привязана к количеству того тепла, которое может хранить в Minecraft ядерный реактор. Вначале его ёмкость – 10000 еТ. Каждая камера увеличивает её на 1000 еТ, а каждая термопластина – на 100 еТ. Следующая таблица иллюстрирует эффекты, возникающие при разных степенях нагрева.


Обшивка также увеличивает теплоёмкость и снижает взрывной эффект.


Обогащение урана

Ядерный реактор сложно представить и сделать без обогащённого урана. Процесс обогащения этого элемента в Майнкрафт подробно рассмотрен в видео.

Классификация реакторов

Атомные генераторы в Minecraft можно классифицировать.

  • MК1. Этот реактор самый безопасный.
  • MК2. Наиболее оптимальный.
  • MК3. Более мощный, чем первые два, но требующий постоянного присмотра.
  • MК4. Мощнейший из работоспособных.
  • MК5. Неработоспособный. Используется в качестве доказательства того, что ядерный реактор взрывается.

Существует и дополнительная классификация.

Ввиду того, что реактор в Майнкрафт крайне опасен, нужно предпринимать определённые защитные меры:


Активная зона — то пространство, где происходит работа и обслуживание.

Вначале она состоит из 18 клеток (3x6). При каждом добавлении камеры реактора впритык к ядерному реактору активная зона увеличивается на 6 клеток (1 столбец). Таким образом, максимальная активная зона состоит из 54 клеток (9x6).

ТВЭЛ — основной источник энергии в ядерном реакторе. Причем имеются три вида: обычный ТВЭЛ, Спаренный ТВЭЛ и Счетверённый ТВЭЛ .

  • Теплоотводы — охлаждается, тем самым позволяя отводить на себя тепло.
  • Теплообменники — перераспределяют тепло между соседними элементами и корпусом.
  • Теплоотвод компонентов — охлаждает, но не себя а соседние элементы.
  • Конденсаторы — также запасают большое количество тепла, по могут быть охлаждены с использованием красной пыли или лазурита.
  • Обшивки — увеличивают теплоемкость всего корпуса реактора и уменьшают силу взрыва.
  • Отражатели нейтронов — увеличивают эффективность использования урана.

Работа ядерного реактора.

Ядерный реактор начинает работать, как только в него помещён хотя бы один ТВЭЛ и получен положительный сигнал красной пыли. При этом работу реактора можно приостановить, выключив подведённую к нему красную пыль. В выключенном состоянии ядерный реактор перестаёт вырабатывать энергию, но помещённые в активную зону охладительные элементы продолжают работать. Во время работы ядерный реактор нагревается, и в случае, если его температура достигнет критической, он взорвётся.

Нагревание ядерного реактора.

Рассмотрим пример: в активной зоне реактора в соседних ячейках находятся спаренный и счетверённый твэлы. Спаренный ТВЭЛ будет выделять 30 еЭ/т, 48 еТ/с; счетверённый ТВЭЛ — 80 еЭ/т, 160 еТ/с. Итого реактор будет генерировать энергию напряжением 110 (будет достаточно золотого провода), 2200 единиц энергии в секунду и греться на 208 единиц тепла в секунду без учета охлаждения.

Нагревание ядерного реактора (до версии 1.106)

Каждый одиночный ТВЭЛ выделяет тепло и 200 еЭ каждую секунду. Количество выделяемого тепла зависит от того, насколько ТВЭЛ окружён охлаждающими элементами.

  • За каждый ТВЭЛ, помещённый впритык к данному, будет выделяться такое же количество дополнительного тепла и энергии.
  • За каждый обеднённый ТВЭЛ, помещённый впритык к данному, будет выделяться такое же количество тепла, но не энергии.
  • Кроме того, обеднённый ТВЭЛ и исчерпанный ТВЭЛ выделяют на корпус по 1 еТ каждую секунду.

Охлаждение ядерного реактора.

Для охлаждения реактора служит целый ряд различных компонентов, запасающих, передающих и рассеивающих тепло во внешнее пространство из реактора.

Данные компоненты в первую очередь служат для отвода тепла от себя вовне реактора.

Теплообменники

Данные компоненты в первую очередь служат для балансировки тепла между компонентами. Отличаются от предыдущих тем, что не всегда передают максимальное возможное для них количество тепла. Они балансируют тепло между собой, корпусом и соседними компонентами так, чтобы относительный нагрев их всех был равен. При этом сами не уменьшают общее количество тепла.

Охлаждающие капсулы и конденсаторы.

Охлаждение ядерного реактора (до версии 1.106)

  • Охлаждающая капсула может хранить 10 000 еТ и каждую секунду охлаждается на 1 еТ.Обшивка реактора так же хранит 10 000 еТ, каждую секунду охлаждается с шансом 10% на 1 еТ (в среднем 0.1 еТ).
  • Через термопластины твэлы и теплораспределители могут распредилить тепло на большее число охлаждающих элементов.
  • Теплораспределитель хранит 10 000 еТ, а так же балансирует уровень тепла близлежащих элементов, но перераспределяя не более 6 еТ/с на каждый. Также перераспределяет тепло на корпус, до 25 еТ/с.
  • Пассивное охлаждение.
  • Каждый блок воздуха, окружающий реактор в области 3х3х3 вокруг ядерного реактора, охлаждает корпус на 0.25 еТ/с, и каждый блок воды охлаждает на 1 еТ/с. Кроме того, реактор сам по себе охлаждается на 1 еТ/с, благодаря внутренней системе вентиляции.
  • Каждая дополнительная камера реактора тоже обладает вентиляцией и охлаждает корпус ещё на 2 еТ/с. Но если в зоне 3х3х3 есть блоки лавы (источники или течения), то они уменьшают охлаждение корпуса на 3 еТ/с. И горящий огонь в этой же области уменьшает охлаждение на 0,5 еТ/с.
  • Если суммарное охлаждение отрицательно, то охлаждение будет нулевым. То есть корпус реактора не будет охлаждаться. Можно посчитать, что максимальное пассивное охлаждение: 1+6*2+20*1 = 33 еТ/с.

Аварийное охлаждение (до версии 1.106).

Влияние ядерного реактора в зависимости от % нагрева от максимального.

Также на прочность корпуса влияет его обшивка. К сожалению каждый компонент обшивки реактора уменьшает его внутреннюю рабочую зону. Местоположение в ней значения не имеет.

Обшивка увеличивает теплоемкость корпуса реактора и уменьшает эффект при его взрыве.

Как сделать ядерный реактор в minecraft фото

Как сделать ядерный реактор в minecraft



Мы стараемся помогать нашим читателям и именно поэтому написана статья — Как сделать ядерный реактор в minecraft, которая, надеемся, помогла вам и вообще была полезна.

Не забывайте, что вы можете оставить комментарий ниже, рассказав о нем о своем опыте в этом деле. А также будем признательны, если вы поделитесь данной статьей в социальных сетях, таких как: Твиттер, Вконтакте, Фейсбук.

Читайте также: