Портативная АЭС Hyperion поступила в продажу. Мини атомный реактор Домашний ядерный реактор

Ученые института ядерной физики имени Будкера в понедельник представили общественности свою новейшую разработку – домашний энергетический ядерный реактор МАЭС-2014. Впервые в мире специалистам удалось достичь максимальной безопасности при сверхкомпактных размерах устройства.

Как рассказал руководитель проекта, академик Яков Иоффе, устройство относится к классу так называемых реакторов с бегущей волной (Traveling-Wave Reactor). Такое название данный тип энергетических установок получил из-за серьезных отличий от классической схемы ректора – здесь ядерная реакция происходит в очень ограниченном регионе активной зоны, который постепенно перемещается и ведет себя как волна. Разработки такого реактора начались в США в середине 2000-х годов, однако добиться прогнозируемого поведения устройства американские специалисты не смогли.

Новосибирский реактор работает на низкообогащенном уране, что существенно снижает себестоимость установки. Замедлителем в реакторе выступает обычная вода, устройство управляется регулирующим стержнем из карбида бора. Из-за особенностей конструкции критическая масса урана, необходимая для начала реакции, снижена более чем в десять раз. Это, а также низкое выделение тепла, позволило добиться сверхкомпактного размера. Реактор вполне может поместиться в подвале или гараже, отмечают разработчики.

Испытания показали, что установка способна выдавать электрическую мощность в 0,5 мегаватт, что хватит на несколько десятков домохозяйств или малое промышленное предприятие. Цена ядерного электричества также вполне доступна – себестоимость киловатт-часа находится на уровне двух рублей.

Особо подчеркивается, что для управления реактором не нужно будет получать специальные допуски. Устройство уже сейчас имеет двойную систему безопасности. При критических изменениях в корпусе реактора активная зона немедленно заливается раствором борной кислоты, что приводит к мгновенной остановке ядерной реакции. Перед выводом на рынок систему планируется усилить – оснастить системой контроля, которая будет вести мониторинг в режиме реального времени и отправлять все данные через Wi-Fi на компьютер или смартфон владельца.

Без перезарядки разработанный новосибирскими учеными ректор может проработать шестьдесят лет. После этого устройство необходимо будет утилизировать. Эту услугу планируется оказывать на базе института.

Точная стоимость установки пока не называется, однако ученые уверены, что в будущем домашний ядерный ректор станет доступен практически для каждой российской семьи. Источник в институте сообщил что в продаже реактор может появиться по цене в 150 тысяч рублей. Начало продаж запланировано на 2016 год – после завершения всех испытаний и получения сертификатов, подтверждающих безопасность устройства.

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.

Представляю вам статью о том, как можно изготовить термоядерный реактор своими руками !

Но сначала несколько предупреждений:

Эта самоделка использует при своей работе опасное для жизни напряжение. Для начала убедитесь, что вы ознакомлены с правилами техники безопасности при работе с высоким напряжением или имеете квалифицированного друга – электрика в качестве советчика.

При работе реактора будут излучаться потенциально опасные уровни рентгеновских лучей. Свинцовое экранирование смотровых окон является обязательным!

Дейтерий, что будет использоваться в поделке – взрывоопасный газ. Поэтому особое внимание следует уделить проверке на герметичность топливного отсека.

При работе соблюдайте правила ТБ, не забывайте надевать спецодежду и средства индивидуальной защиты.

Список необходимых материалов:

• Вакуумная камера;
• Форвакуумный насос;
• Диффузионный насос;
• Блок питания высокого напряжения, способный выдавать 40 кВ 10 мА. Должна присутствовать отрицательная полярность;
• Высоковольтный делитель – зонд, с возможностью подключения к цифровому мультиметру;
• Термопара или баратрон;
• Детектор нейтронного излучения;
• Счётчик Гейгера;
• Газ дейтерий;
• Большой балластный резистор в диапазоне 50-100 кОм и длиной около 30 см;
• Камера и телевизионный дисплей для отслеживания ситуации внутри реактора;
• Стекло покрытое свинцом;
• Инструменты общего плана ( , и т.д).

Шаг 1: Сборка вакуумной камеры

Для проекта потребуется изготовить вакуумную камеру высокого качества.

Приобретите две полусферы из нержавеющей стали, фланцы для вакуумных систем. Просверлим отверстия для вспомогательных фланцев, а затем сварим всё это вместе. Между фланцами располагаются уплотнительные кольца из мягкого металла. Если вы раньше никогда не варили, было бы разумно, чтобы кто-то с опытом сделал эту работу за вас. Поскольку сварные швы должны быть безупречны и без дефектов. После тщательно очистите камеру от отпечатков пальцев. Поскольку они будут загрязнять вакуум и будет трудно поддерживать стабильность плазмы.

Шаг 2: Подготовка насоса высокого вакуума

Установим диффузионный насос. Заполним его качественным маслом до положенного уровня (уровень масла указан в документации), закрепим выпускной клапан, который затем соединим с камерой (см схему). Прикрепим форвакуумный насос. Насосы высокого вакуума не способны работать с атмосферы.

Подключим воду, для охлаждения масла в рабочей камере диффузионного насоса.

Как только всё будет собрано, включим форвакуумный насос и подождём, пока объём не будет откачан на предварительный вакуум. Далее готовим к запуску насос высокого вакуума путём включения «котла». После того, как он прогреется (может занять некоторое время), вакуум станет быстро падать.

Шаг 3: «Венчик»

Венчик будет присоединяться к проводам высокого напряжения, которые будут заходить в рабочий объём через сильфон. Лучше всего использовать вольфрамовую нить, так как она имеет очень высокую температуру плавления, и будет оставаться целой в течение многих циклов.

Из вольфрамовой нити необходимо сформировать «сферический венчик» примерно 25-38 мм в диаметре (для рабочей камеры диаметром 15-20 см) для нормальной работы системы.

Электроды, к которым крепится вольфрамовая проволока должны быть рассчитаны на напряжение порядка 40 кВ.

Шаг 4: Монтаж газовой системы

Дейтерий используется в качестве топлива для термоядерного реактора. Вам нужно будет приобрести бак для этого газа. Газ добывается из тяжёлой воды путем электролиза с помощью небольшого аппарата Гофмана.

Присоединим регулятор высокого давления, непосредственно в бак, добавим микродозаторный игольчатый клапан, а затем прикрепим его к камере. Шаровой клапан следует установить между регулятором и игольчатым клапаном.

Шаг 5: Высокое напряжение

Если вы можете приобрести блок питания, подходящий для использования в термоядерном реакторе, то проблем возникнуть не должно. Просто возьмите выходной отрицательный 40 кВ электрод и прикрепите его к камере с большим балластным резистором высокого напряжения 50-100 кОм.

Проблема заключается в том, что часто затруднительно (если не невозможно) найти соответствующий источник постоянного тока с ВАХ (вольт-амперной характеристикой) которая полностью бы соответствовала заявленным требованиям ученого-любителя.

На фото представлена пара высокочастотных ферритовых трансформаторов, с 4-ступенчатым множителем (находится за ними).

Шаг 6: Установка детектора нейтронов

Нейтронное излучение является побочным продуктом реакции синтеза. Его можно фиксировать тремя различными приборами.

Пузырчатый дозиметр небольшое устройство с гелем, в котором формируются пузыри, во время ионизации нейтронным излучением. Недостатком является то, что это интегративный детектор, который сообщает общее количество выбросов нейтронов за время, что он использовался (невозможно получить данные о мгновенной скорости нейтронов). Кроме того, такие детекторы довольно трудно купить.

Активное серебро замедлителем [парафином, водой и т.д.], расположенное вблизи реактора становится радиоактивным, испуская приличные потоки нейтронов. Процесс имеет короткий период полураспада (только несколько минут), но если вы поставите счетчик Гейгера рядом с серебром, то результат можно документально зафиксировать. Недостатком этого метода является то, что серебро требует достаточно большого потока нейтронов. Кроме того, систему довольно трудно откалибровать.

GammaMETER . Трубы могут быть заполнены гелий-3. Они похожие на счетчик Гейгера. При прохождении нейтроны через трубку происходит регистрация электрических импульсов. Трубка окружена 5 см «замедляющего материала». Это наиболее точное и полезное устройство регистрации нейтронов, однако, стоимость новой трубки, запредельна для большинства людей, и они чрезвычайно редки на рынке.

Шаг 7: Запускаем реактор

Пришло время включить реактор (не забудьте установить смотровые стекла покрытые свинцом!). Включите форвакуумный насос и подождите, пока объём камеры не будет откачен на предварительный вакуум. Запустите диффузионный насос и подождите, пока он полностью разогреется и достигнет рабочего режима.

Перекройте доступ вакуумной системы к рабочему объёму камеры.

Чуть-чуть приоткройте игольчатый клапан в баке дейтерия.

Поднимайте высокое напряжение, пока вы не увидите плазму (она сформируется при 40 кВ). Помните о правилах электробезопасности.

Если всё пойдет хорошо, вы зафиксируете всплеск нейтронов.

Требуется много терпение, чтобы повысить давление до надлежащего уровня, но после того, как всё получится, управлять им станет довольно просто.

Спасибо за внимание!

Хотя оценки разнятся, нет сомнений в том, что стоимость пуска [так называемая стоимость первого ватта] типичной атомной электростанции с реактором на легкой воде, использующим малообогащенный уран в качестве топлива, высока в сравнении с любыми альтернативами. Однако, 70% электроэнергии в США, произведенной без непосредственных выбросов углекислого газа, приходится на ядерную энергетику. Есть ли способы сделать ее дешевле?

Мини атомный реактор - это одна из идей в создании небольших закрытых «реакторных модулей», подобных разрабатываемому в Лос-Аламосской Национальной Лаборатории и уже представленному компанией Hyperion Power из Санта Фе. Компания намерена продавать закрытый реактор шириной 1,5 метра и высотой 2,5 метра, мощностью 25 мегаватт по цене 50 миллионов долларов, который будет устанавливаться под землей и прослужит по крайней мере 7 лет. Рекламные материалы, представленные на конференции, демонстрируют ничего кроме зеленого поля и дерева на нем, большая скрытая батарейка - посыл Hyperion Power.

Конечно, в реальности паровая турбина, генератор и устройство охлаждения будут расположены на этом же зеленом поле, вытеснив несколько деревьев с рекламного плаката. Реактор на быстрых нейтронах будет работать при более высоких температурах (около 500 градусов Цельсия), чем традиционные реакторы, что потребует охлаждение жидким металлом. Далее большая часть тепла будет передана воде для вращения турбины, вырабатывающей электроэнергию.

Эти небольшие реакторы в той же мере способны к неуправляемой цепной реакции с расплавлением активной зоны, как и традиционные реакторы, поэтому имеют управляющие стержни для торможения реакции.

Hyperion Power не единственная компания продвигающая данную концепцию в реакторостроении. Хотя конструкции варьируются, свои проекты похожих небольших реакторов имеют компании Toshiba, Babcock & Wilcox и др. со своими потенциальными клиентами, например, городок Галена на Аляске с населением в 700 человек. Тем не менее, Комиссия по Ядерной Регламентации США (NRC, Nuclear Regulatory Commission) отказалась рассматривать эти небольшие реакторы, сконцентрировав свои усилия на возрождении обычных технологий.

Но позиция NRC может измениться. В феврале этого года NRC опубликовала призыв к потенциальным производителям малых реакторов (мощностью менее 700 мегаватт, по положениям NRC) сообщить о возможных в будущем запросах на площадки, лицензирование и сертификацию для планирование регулирующим органом своей рабочей нагрузки. По словам Дебора Блэквелла (Deborah Blackwell, вице-президента компании Hyperion Power), его компания не ждет NRC и планирует уже к 2013 году начать поставки своего нового продукта в разные части света.