Источник
Ядерная энергия - LiveJournal.com
Выбор редакции
21 апреля, 16:22

Битва гиперсозвездий

  • 0

Последние года 3 на давно сложившемся рынке спутниковой связи можно наблюдать приличный хайп вокруг проектов низкоорбитальных (НОО) спутниковых гиперсозвездий - телекоммуникационных систем, состоящих из многих тысяч спутников, дорогих и амбициозных проектов. Мне кажется интересно углубится в технические и экономические подробности этих проектов и поговорить об их перспективах.Спутниковая связь сегодня и последние лет 30 - это прежде всего геостационарные спутники-ретрансляторы, расположенные, соответственно, на геостационарной орбите, где спутник примерно неподвижен относительно наземного наблюдателя и является эквивалентом обычного радиоретранслятора, расположенного на вышке высотой 35000 километров. При этом один единственный спутник виден сразу с ~35% площади Земли, а трех хватает чтобы охватить всю поверхность кроме приполярных районов. Геостационарные спутники связи сегодня - это весьма тяжелые машины, весом до 4 тонн (на рабочей орбите) обеспечивающие каналы связи шириной до нескольких сотен гигабит.  Такой облик этих спутников сложился с одной стороны из весьма большого потенциального охвата радиосигналом со спутника (много ли радиовышек может похвастаться 5 миллиардами потенциальных клиентов?), с другой стороны весом оборудования, которое способно выжать максимум пропускной способности из доступного радиоспектра. Юстировка диаграмм направленности антенн геостационарного спутника Eutelsat 8 West B. Обратите внимание на "мятые" поверхности отражателей антенн - это сделано специально, что бы сформировать контурную диаграмму направленности на Земле (отсюда и требуется юстировка) и не залезть своим излучением в контуры работы других спутников ГСО. Координация пространственно-спектральных характеристик - сегодня весьма непростая задача в спутниковых проектах, и низкоорбитальные системы не исключение.Обратите внимание на слова “доступный радиоспектр”. Спутниковая связь работает в диапазоне от 1,5 до 60 гигагерц, однако в этой широченной реке спутникам доступно не так и много. Во-первых в диапазоне от 1,5 до 10 ГГц много наземных потребителей радиоспектра - например wi-fi вокруг  2,4 и 5,5 ГГц. Во-вторых выше 20 ГГц на радиоканале начинают сказываться дождь, град, облачность. В-третих доступную полосу приходится делить как минимум на два, чтобы организовать канал “Земля-Спутник”. В итоге активно используемые дипазоны спутниковой связи (S, C, Ku, Ka) - это всего 6 ГГц полосы, за которую идет смертельная битва множества операторов. Изначально, впрочем, 6 ГГц было вполне достаточно. Ведь еще 15 лет назад основным контентом, который доставляли абонентам спутники связи было телевидение, и один и тот же спутник в одном канале мог доставить радиосигнал сразу десяткам миллионов абонентов. Однако с приходом 2000х рынок все больше и больше стал крениться в сторону цифровой двухсторонней связи, где для 10 млн абонентов нужно в 10 млн раз больше пропускной способности, чем для одного.Сборка навигационного спутника Galileo. Фактически сборка современных спутников сводится к ручной установки компонентов систем спутника на силовые панели и ручной трассировке десятков кабелей и трубопроводов, которые их соединяют, а так же большого объема функциональных испытаний получившегося комплекса. В этом плане спутники больше похожи на прецизионное промышленное оборудование, чем на, скажем, самолеты. Компромисс между потребностями рынка и возможностями физики достигается за счет пространственного разделения источников и использования направленных антенн, как “сверху”, так и “снизу”. Однако, давайте от высоколетающих ГСО-спутников перейдем к низкоорбитальным. Идея состоит в замене одного тяжеленного квазинеподвижного спутника роем летающих на низкой орбите. Идея довольно очевидная, но до 90х годов не находящая применения, в силу баланса про и контра. В чем плюсы низкоорбитальных спутников перед ГСО-спутниками?Низкая орбита гораздо ниже… да. На деле это дает очень значительное снижение потерь энергии в радиоканале (до 4 порядков), что позволяет использовать маленькие антенны и маломощные передатчики, как на земле, так и на спутникеНизкая орбита также означает низкую задержку сигнала - пауза в ответах собеседника при телефонии через ГСО довольно заметна (пинг 250 мс в одну сторону)Структура “много спутников” позволяет переиспользовать частотный ресурс на каждом (слегка упрощая ситуацию), и получить теоретически значительно бОльшую общую пропускную способность на том же спектре и обслуживать гораздо больше абонентов.Но одними плюсами дело не ограничивается, понятно:Низкоорбитальная система подразумевает поддержание в работе большой спутниковой группировки, множества наземных станций сопряжения с сетями связи - в общем капитальные расходы на развертывания значительно больше.Спутники перемещаются над головами абонентов, а значит нужно использовать либо ненаправленные антенны, либо весьма продвинутые следящие системы, что практически полностью нивелирует преимущество по хорошей энергетике Для предоставления в реальности, а не на бумаге большой системной пропускной способности с многократным переиспользованием спектра нужны крайне навороченные спутники с развитыми антенными системами, высокоскоростными цифровыми коммутаторами, скоростной межспутниковой связью со слежением - ничего этого в готовом виде в начале 1990х не существовало.Тем не менее, реализовывать новую идею спутниковой связи в 1990х бросилось несколько операторов. Самый известный проект тех времен назывался Teledesic и подразумевал 840 аппаратов на орбите высотой 700 км с задачей доставки интернета наземным абонентам. Teledesic собрал порядка миллиарда долларов, однако не преуспел. С момента задумки проекта в 1990 году до запуска первого опытного спутника в 1998 наземные операторы успели отвоевать значительную часть рынка, на который нацелился Teledesic, финансовые модели показывали неокупаемость затрат в 9 миллиардов долларов (~20 млрд в сегодняших долларах) поэтому проект был обанкрочен.Моделирование спутниковой группировки Teledesic (сокращенной до 288 аппаратов версии). Видно, что при равномерном расположении на приполярных орбитах с ростом широты возникает многократное перекрытие рабочих зон спутников. Это не такая простая проблема, как кажется, и требует либо отключать часть спутников от работы на широтах выше 45, либо иметь множество сложного оборудования на борту спутника для переконфигурации рабочих зон.Другие два проекта спутниковых группировок - Iridium и Globalstar ориентировались на более привычный тогда рынок спутниковой телефонной связи, в общем-то почти недоступной ГСО-операторам (телефонная связь требовала либо большой антенны на земле, либо невероятно большой антенне на спутнике) Проект Иридиум имел глобальное покрытие за счет группировки из 72 спутников (6х11 плоскостей + резерв по 1 спутнику на плоскость) на 700-км орбитах. Каждый спутник весил 680 кг, но обладал довольно скромными по сегодняшним меркам возможностями по одновременной работе всего с ~1500 абонентами. Орбиты спутников имел среднюю для НОО-группировок высоту в 780 км.Спутник Iridium первого поколения. Три 48-лучевые абонентские антенны по бокам спутника подарили нам феномен "вспышек Иридиум". На основании спутника видны 5 поворотных антенн Ka-диапазона, обеспечивающих межспутниковую связь и связь с наземными телепортами.Спутники имели развитое оборудование межспутниковой связи, позволявшее маршрутизировать звонки на наземные станции связи или абонент- спутниковая сеть-абонент. Это оборудование, в целом, и определяло вес спутников. Практически сразу после старта компания обанкротилась, и знали бы о ней сейчас только специалисты, если бы не Пентагон, решивший, что система очень полезна для военных целей: обанкротившаяся Иридиум была выкуплена подрядчиками Пентагона, которые стали эксплуатировать систему на деньги от военных, списав часть капитальных затрат.Конкурентом Иридиума был Globalstar - чуть более поздняя система, изначально создававшаяся по более экономичным канонам. Спутников было всего 48, весом по 550 кг, с высотой орбиты 1400 км, распределенных по 6 штук в 8 плоскостях. Такое количество не позволяло покрыть всю поверхность Земли, и связь работала только до ~70 широты. Впрочем, Globastar умел работать только как ретранслятор от абонента до наземной станции сопряжения, так что на северном полюсе толку от него было не много.Созвездие "Globalstar". Решение выкинуть из обслуживания полярные области с одной стороны сэкономило много денег, с другой - лишило globalstar клиентов, занимающихся работой, исследованиями и путешествиями возле полюсов - надо заметить, довольно значительной части всех клиентов спутниковой телефонии.Спутники Globastar устанавливаются на диспенсер для выводы на орбиту. Странные черные и оранжевые штуки - это приемные и передающие антенны каналов "Абонент-Спутник" и "Телепорт-Спутник".Такая менее затратная модель позволила Globalstar продержаться дольше, хотя в итоге через банкротство прошел и он.   Наконец, в 1990х было создано еще 2 НОО группировки, наверное малоизвестных - отечественная “Гонец” и американская Orbcomm. “Гонец” вырос из военно-шпионских спутниковых систем и подразумевал возможность передачи небольших пакетов данных или голосовых сообщений оффлайн (т.е. спутники использовались как почтовые ящики). По сути это дальнейшее упрощение от Globastar, и честно говоря, я за свою жизнь ни разу не слышал об использовании этой системы в коммерческих целях.Orbcomm по сути реализует тот же подход “спутников - оффлайн почтовых ящиков”, и в 1998 закончила выведение группировки из 36 спутников для оказания M2M услуг (сбор данных с удаленного оборудования). Аналогично всем остальным компаниям, Orbcomm прошла через банкротство, однако в силу изначально минимальных вложений в систему (нет наземных телепортов, самые легкие спутники, низкие требования к непрерывности покрытия etc) компания выправилась и здравствует и поныне, как и два оператора спутниковой телефонной связи.Проект Orbcomm одним из первых воспользовался уменьшением размеров электроники и спутников в целом, используя для работы аппараты весом всего в 40 кг.Таким образом, печальный опыт 1990х привел к выводу, что НОО группировки связи возможны, но экономически несостоятельны. Следующие 10 лет инвесторы бежали от новых предложений по этой тематике, как черти от ладана. Однако все плохое быстро забывается, и вот, к началу 2010х мир увидел новый рассвет идей. Этот рассвет подкрепляется некоторыми логичными утверждениями. Во-первых интернет из забавной некоммерческой штуковины в 1990х превратился в один из мощнейших каналов потребления, и весьма востребован везде, но при этом все еще остаются ниши, куда не дотянули свою оптику наземные операторы. Во-вторых, развитие как спутникового, так и телекоммуникационного оборудования с 1990х зашло довольно далеко, и задачи создания динамического многолучевого рабочего поля “спутник-земля”, роутинга данных, межспутниковой скоростной лазерной связи сегодня возможно решить в КА весом 150-200 кг, вместо 1000 кг 20 лет назад. Наконец, и наземное абонентское оборудование тоже стало гораздо продвинутее. В 1990х было безумием предлагать абонентам оборудование с АФАР (активные фазированные антенные решетки), что позволило бы отслеживать главным лучом приемной антенны спутники в небе. Не существовало технологий, позволяющих выпускать такие антенны за хоть сколько-то приемлемые деньги. Антенны с двухстепенным механическим приводом тоже не дешевы и не похоже на массо используемое решение. Сегодня же решения по спутниковой связи, использующие АФАР с динамическим лучом постепенно проникают на рынок спутниковой связи - пока в основном в обеспечении интернетом кораблей и самолетов, и уже в довольно недалекой в перспективе такие антенны могут стать массовыми.АФАР антенны для системы O3b, устанавливаемые на самолеты и корабли. За счет GPS и MEMS-гироскопов антенна направляет луч максимального усиления точно на спутник компенсируя перемещение и крены техники.Первой ласточкой нового витка развития телекоммуникационных спутниковых группировок стал проект O3b, стартовавший в 2007 году. Этот проект не похож на остальные, но не упомянуть его было бы неправильно. Стартовавший в тот момент, когда боль от финансовых потерь на Iridium и Globalstar еще не забылась, проект ориентировался не на конечных пользователей, а на доставку интернета на а) круизные лайнеры б) небольшие острова в) самолеты - и все это в относительно приэкваториальной зоне, до 45 широты. Группировка из 8 спутников в начале и 16 в полной конфигурации вращается по одной и той же орбите высотой 8100 км над поверхностью, т.е. примерно ¼ высоты от геостационарной орбиты. Каждый спутник имеет 12 антенн с двухстепенным управлянием, и может создавать 10 клиентских лучей диаметром примерно по 700 км и пропускной способностью 1,6 Гбит на луч. Оставшиеся 2 антенны смотрят на точки сопряжения с глобальной сетью (связисты называют такие точки телепортами).Спутник O3b массой 700 кг.Спутники O3b на диспенсере. Видны 12 комплектов радиооптики с двухстепенными приводами для организации клиентских лучей.Проект оказался довольно успешен финансово, и буквально на прошлой неделе завершил развертывание полной группировки из 16 спутников, потратив на весь проект скромные ~1,5 млрд долларов.Принцип построения группировки O3b. Отличное нишевое решение, видимо.Интересно, что идеологом и создателем O3b был человек по имени Greg Wyler, впоследствии начавший совершенно новый спутниковый проект, который и положил начало буму гипергруппировок. Итак, встречайте - система из 1600 спутников “OneWeb”.Основанная им в 2012 году (под именем WorldVu) компания предусматривала вывод более 2000 спутников (число меняется со временем) на низкую околоземную орбиту. Число необходимых спутников WordVu поражает - оно сравнимо со всеми остальными активными спутниками на орбите Земли. И дело не только в числе как таковом. При попытке быстро собрать и запустить 2000 спутников возникнет невероятное количество сложностей. На сегодняшний день спутники собирают как швейцарские часы - это ювелирный ручной труд с невероятным объемом контроля и “фишек”, что бы только не дай бог не оставить органику на теплоизоляции или повредить электронику статическим разрядом. Космос жесток. И вот, предлагается конвееризировать  не только сборку спутников, но и множества необходимых компонентов космического качества (электроники, разъемов, химических и электрореактивных двигателей etc). Спутник OneWeb, контракт на производство которых получил Airbus реализует возможности Teledesic при вшестеро меньшем весе и втрое меньшей цене.Однако, у такого амбициозного плана есть логика. Предположим, что вы решили создать систему, раздающую интернет всего из сотни аппаратов, а не 2000. Тогда вы столкнетесь с тем, что на ограниченную пропускную способность каждого будет неизбежно приходится несколько миллионов квадратных километров. И если над океанами с редкими яхтами-клиентами это как раз здорово, то над густонаселенными странами - наоборот. На Китай, Европу, всю Юго-Восточную Азию в вашей 100-спутниковой системе будет приходится по 2 спутника, а на Южную Америку - аж 3. Много ли клиентов способна обслужить такая группировка? Нет. Достаточно ли этого для окупаемости? Тоже нет. Нужно наращивать количество спутников. Если вывести 2000-4000 спутников, и создать схему лучей абонент-спутник, сопоставимую с ранними GSM сетями по количеству ячеек, бизнес-модели срастаются, и даже, скажем, пригороды в Американских агломерациях вполне становятся подходящими местами для поиска клиентуры. Проблема, впрочем, в том, что финансовые модели - это прекрасно, но реальную рентабельность и востребованность этих космических проектов можно понять, только развернув сеть. А на развертывание нужно потратить много миллиардов долларов, и чем больше спутников предполагается в полной сети, тем больше миллиардов надо. Рекламное видео OneWeb, где в том числе мелькают кадры сборки первой партии спутников. Пока нельзя сказать, что технология конвеерной сборки где-то видна, хотя часть операций механизирована.Сейчас OneWeb (купленный крупнейшим ГСО оператором Intelsat) пытается пройти по узкой тропинке между пропастями недостаточной пропускной способности сети и слишком большими начальными вложениями, на которые невозможно найти инвесторов. И пока этот путь выглядит сложным - не так давно проект принял решение о сокращении общего количества разворачиваемых спутников до 1600, а начального этапа с 900 до 600 спутников. При этом проект будет больше ориентироваться на клиентов в виде самолетов и кораблей (где уже работает масса других спутниковых операторов), а не на массу обычных людей. Тревожные признаки. Первые 6 спутников OneWeb запущены в феврале 2018 ракетой Союз-2.1Б с космодрома Куру. Похоже, что полное развертывание системы мы увидим не раньше 2021 года. Тем не менее, проект OneWeb пока развивается, собирает деньги (всего инвесторы вложили уже порядка 3 млрд долларов, достаточных на первые 600 развернутых спутников), и у него есть конкуренты: проекты гипергрупировок SpaceX Starlink и Amazon Kuiper и проекты группировок поскромнее Telesat Leo и LeoSat (LEO = low earth orbit, отсюда такая приверженность к этому слову в названиях). SpaceX Starlink на данный момент предусматривает развертывание 1584 спутников на начальном этапе и до 12000 (!!!) в полной конфигурации. Планируется использовать высоты в 550 км (40 орбитальных плоскостей по 66 аппаратов), 330 км (здесь будет основная масса спутников в 7500 штук) и 1150 км (еще порядка 3000 аппаратов). В плане радиосвязи тоже предусматривает использование сразу множества диапазонов (в т.ч. слабо освоенный комплектующими V диапазон - 50+ ГГц), но на первом этапе - традиционного Ku (10-20 ГГц) с пропускной способность в несколько гигабит на спутник. Предусматривается межспутниковая лазерная связь на скоростях в несколько сот гигабит.Спутники Starlink (на фото два опытных образца, запущенных в 2018 должны быть еще более продвинутыми в некотором смысле и еще более легкими, чем OneWeb. При этом ставка делается на использование индустриальной электроники и большой орбитальный резерв.Короче, проект Starlink невероятно амбициозен и для окупаемости вынужден будет побороться за клиента с наземными кабельными операторами. Перспективы его туманны (в т.ч. плане сбора необходимых средств на развертывание минимальной операционной группировки) , хотя первый массовый вывод спутников должен состояться уже в мае 2019 года (а первые опытные спутники были запущены еще в январе 2018).Симуляция орбитальной группировки Starlink после выведения первых 264 спутников. И симуляция связи через Starlink в полностью развернутой группировке из 1584 спутников. Другой не менее амбициозный игрок - Amazon, подавший заявку на развертывание 3236 спутников в рамках проекта Kuiper. Пока про проект мало что известно, кроме традиционных слов про “не подключенные к интернету 3 миллиарда человек” (как будто проблема в технических сложностях, а не отсутствии у этих 3 млрд денег на интернет). Но как минимум видна возможная синергия для одного из крупнейших интернет-магазинов мира в пропускании трафика от спутниковой группировки через себя. Отсюда можно ожидать, что проект Kuiper имеет больше шансов на реализацию.Кроме сверхсложных проектов OneWeb, Starlink, Kuiper было еще несколько телодвижений от Boeing и Samsung, но вроде эти компании не решились лезть в столь рискованные инвестиции. Наконец, коротко от Telesat Leo и LeoSat. Оба этих проекта направлены на конкуренцию с наземными оптоволоконными магистралями. Их задача - взять довольно широкополосный трафик от бизнес-клиента и пронести его по спутниковой группировки до телепорта где-нибудь в другой части земного шара. Оба проекта предполагают выведение ~110 спутников, при этом Telesat Leo элегантно решает проблему лишней пропускной способности спутников на высокой широте при равномерном заполнении наклонных орбит - путем создания двух типов группировки: на орбитах ~45 градусов и полярной орбите. Оба эти проекта пока занимаются сбором денег, при этом предприятие Telesat (крупный спутниковый оператор ГСО-спутников) выглядит более перспективным.Симуляция связи через систему Telesat LEOПодводя итог, хочу отметить, что новому буму пока рады в основном производители спутников и спутниковых комплектующих, получающих невероятные заказы. Операторы пусковых услуг так же с удовольствием ждут невероятного роста заказов (в т.ч. Роскосмос, которому OneWeb в разных формах заказал пуск на 21 “Союз-2”). Сможет ли новая реальность с переносом сетей связи в космос закрепиться? Кто знает. Однако, если это случится, то человечество явно получит заметный буст в освоении космоса и снижение затрат на производство космической техники и вывод полезных нагрузок.

Выбор редакции
06 апреля, 12:15

Снова в эфире

  • 0

Очередная длинная пауза с написание хоть чего-то в блог у меня нарисовалась из-за рабочей нагрузки и разнообразной медицины, но возможно в ближайшее время все же будет какая-то активность. Правда, планов по написанию статей гораздо больше, чем свободного времени, а актуальность тем со временем проходит, поэтому если что-то откладывается, то зачастую в очень долгий ящик, где у меня есть даже полностью написанные статьи, увы.  Тем более, что 14-16 апреля я по любезному приглашению Департамента Коммуникаций Росатома участвую в Атомэкспо 2019 и надо закладываться на написание статьи по этому мероприятию.Пока же в планах написать в апреле 1) неожиданную статью по космической тематике 2) завершить рассказ про строительство объекта "Укрытие" как раз к очередному юбилею. И еще миллион других тематик, которые будут написанны как-нибудь потом. 

Выбор редакции
13 февраля, 15:34

Зеленая лужайка

  • 0

Я решил написать общепонятный ликбез про плюсы и минусы ядерной энергетики и ее возможное будущее в мире, и как маленький кусочек паззла вспомнил часто возникающее утверждение "еще ни одна АЭС не была разобрана до состояния зеленой лужайки, т.е. целиком и полностью и никто не знает, как это сделать"Так вот, это не так, и сегодня будут примеры именно по зеленым лужайкам.Картинка по запросу "зеленая лужайка"Прежде всего, нужно сказать, что в мире в статусе "окончательного останова" числится 171 энергетический реактор. Понятно, что реакторы это в основном 50х-70х годов, а значит среди них много уникальных или не традиционных (для сегодняшнего дня) конструкций.Разборка таких энергоблоков упирается в следующие вопросы:1. Чем более сложная конструкция реакторной установки (см. РБМК), тем меньше вероятность решить все дистанционно, роботами. А значит будет облучение персонала от активированных и контаминированных конструкций.2. В некоторых случаях требуется процедура нейтрализации материалов и жидкостей реакторной установки (например - натрия из быстрых реакторов) и понимание, куда можно будет затем захоранивать эти материалы (например графит из множества графитовых реакторов)3. В целом, необходимо наличие в стране объекта, где можно захоранивать средне и высокоактивные конструкции реактора - причем этот объект должен принимать совершенно разнородные материалы и формы (большие куски металла, бетона, бочки, контейнеры и т.п.). На деле, этот пункт самый ограничивающий - пункты захоронения созданы далеко не везде, а где они есть - не в состоянии принимать все подряд, и необходима сортировка по активности и типу радионуклидов, а так же кондиционирование, т.е. заливка цементом или смолой, прессовка или переупаковка - приведение к некоему стандартному виду, которое способно принимать хранилище.Все эти вышеописанные проблемы со временем становятся проще, т.к. самые активные изотопы распадаются. С другой стороны, создание пунктов захоронения - долгий и довольно дорогостоящий процесс, поэтому он тоже неизбежно затягивается. Отсюда частым решением в политике ликвидации АЭС является приведение ее в пассивное и более-менее безопасное состояние и дальше длинное ожидание, когда активность в конструкциях снизиться достаточно. Неким консенсусом является 50 летний период.Процесс спадения радиоактивности конструкции из нержавеющей стали, активированной нейтронным потоком. Цифры здесь показаны для радиотоксичности, т.е. они отличаются от контактной радиоактивности. Видно, что на рубеже 50-60 лет происходит резкий излом в скорости падения радиоактивности материала, и дальше ждать смысла нет.Однако, не смотря на все очевидные плюсы стратегии "подождать, пока перестанет так печь", есть и минусы - объект надо эксплуатировать и охранять, и стоит это недешево. И здесь оказывается, что для реакторов типа PWR/BWR/ВВЭР все гораздо лучше. Конструкция этих реакторов обычно предусматривает расположение в шахте, которую можно залить водой, поэтому разделка проводится под водой, а вода, как известно хорошо экранирует от радиоактивного излучения и прозрачна, поэтому разрезать конструкцию дистанционно-управляемым оборудованием довольно удобно. В итоге подводная разделка остановленных PWR/BWR приобрела массовый характер, вот список проектов от Westinghouse, а вот фотографии оборудования, участвовашего в разборке американских энергоблоков АЭС ZIon.Резка корпуса реактора испанской АЭС Jose Cabrera телеуправляемым оборудованием под водойВ итоге для остановленных BWR/PWR (коих почти 2/3 в списке из 171) основным ограничителем является захоронение радиоактивных отходов, остающихся от разделки и ОЯТ. С последним, скажем, в США вообще существует один-единственный вариант - площадка с сухим контейнерным хранением - либо на месте бывшей АЭС, либо некая централизованная для оператора нескольких АЭС.Отсюда можно сделать некую градацию состояний остановленных АЭС:1. Энергоблок окончательно остановлен, но в наличии ядерное топливо не в режиме длительного хранения. Примером является 1 блок ЛАЭС, остановленный меньше двух месяцев назад. Здесь еще 5 лет будут выгружать топливо (это связано с большим количеством ТВС в РБМК и сложностью процедуры выгрузки) и АЭС будет функционировать по тем же правилам, что и до остановки2. Ядерное топливо выгружено, и может быть даже отправлено на сухое хранение  или в процессе, начата разборка вспомогательных объектов, но реакторная установка не затронута. Например, в таком состоянии находится Игналинская АЭС. Больше всего в этом состоянии зависших объектов с графитовой кладкой, например 8 французских CGR или десяток английских графитово-газовых Magnox. Для них откладывание разборки реакторной установки может затянуться примерно на 60-70 лет.3. Дальше, как промежуточное решение, блок может быть освобожден от всего нерадиоактивного и слаборадиоактивного и оставлен сам корпус реактора с внутрикорпусными элементами под контейнментом на длительном хранении. Например, в таком состоянии находятся все бывшие (страна отказалась от использования атомной энергии по референдуму 1986 года) итальянские АЭС - Caorosa, Enrico Fermi, Garigliano и Latina.4. Реактор может быть разобран, но хранение его радиоактивных частей осуществляется на площадке АЭС, обычно внутри контейнмента. Т.е. от АЭС, в принципе, осталась пустая оболочка, но с РАО. В таком состоянии, например, находится блок 1 АЭС San Onofre в США. Как вариант, захоронение может быть организовано прямо на месте бывшего реактора - примером служит реактор наработчик оружейного плутония ЭИ-2 (СХК) или АЭС Piqua в США (весьма оригинальный реактор которой охлаждался органическим теплоносителем - эксперимент был признан неудачным и реактор проработал всего 2 года).5. Наконец последний вариант - разбор всех конструкций АЭС с оставлением небольшой площадки с контейнерами ОЯТ или даже без них - зеленая лужайка. Я насчитал 8 таких лужаек, из них 6 в США и 2 в Германии.Небольшое количество позволяет перечислить их поименно. Для поиска я использовал простой подход - смотрел спутниковый снимок по координатам закрытых АЭС.Big Rock Point Один из первых BWR в мире, мощностью всего 71 мегаватт электрический. Отработал лицензию 35 лет 27 сентября 1962 - 29 августа 1997 года. Разборка площадки закончена в 2003 году, реактор вывезен за долговременное хранение одним куском.Площадка во время работы АЭСЛужайкаFort St. Vrain.  31 января 1974 года - 29 августа 1989 года. Один из немногих работавших в мире газоохлаждаемых реакторов с TRISO топливом. Остановлен из-за конструктивных проблем с коррозией. Сложно назвать результат разборки "зеленой лужайкой", здание и инфраструктура АЭС было использовано для создания ПГУ-электростанции. Но тем не менее площадка была полностью избавлена от радиоактивных элементов и отходов.Проектное изображение АЭС FSV. Родовой признак графитовых реакторов - весьма приличные размеры собственно реактора.Корпус реактораЕдинственное изображение еще атомной станции, которое я нашел. Fort St. Vrain сегодня. Здание реактора используется для размещения утилизационного котла, где сбросное тепло от газовых турбин производит пар для оригинальной паровой турбины. Кажется такое превращение называется brownfield - коричневая площадка.Haddam Neck. PWR мощностью 603 мегаватта отработала 30 летнюю лицензию. 24 июля 1967 года - 05 декабря 1996 года. Площадка полностью высвобождена в 2006 годуАЭС на старте карьерыЛужайкаMaine Yankee, PWR мощностью 900 мегаватт,  23 октября 1972 - 01 августа 1997 года. Закрыта из-за протестов общественности и найденных проблем с безопасностью. Корпус реактора вывезен на длительное хранение в Barnwell disposal site.АЭС во времена молодости и протестов.Площадка сегодня. Можно заметить сухое контейнерное хранилище ОЯТ чуть правее и выше.Trojan 15 декабря 1975 - 09 ноября 1992 года. PWR мощностью аж 1095 мегаватт, закрыт из-за проблем с парогенераторами и протестов публики. Оставшаяся площадка не совсем зеленая - есть хранилище ОЯТ, некоторые здания были оставлены, но реакторная установка демонтирована и основные технологические сооружения снесены до основания.АЭС в 80хИ сегодня. Странно, что осталась часть высоковольтной ОРУ.Yankee NPS. Еще одна "Янки", PWR мощностью всего 180 мегаватт, одна из первых АЭС США 19 августа 1960 года - 01 октября 1991 года. Закрыта по экономическим причинам.АЭС в лучшие года"АЭС" сегодняСухое контейнерное хранилище ОЯТ, оставшееся от АЭС. Здесь хорошо можно оценить экономику этих хранилищ - несложная асфальто-бетонная площадка, будка на пару человек (т.е. 10-15 человек постоянного персонала). Самое дорогое здесь - 100 тонные контейнеры, каждый по ~1 млн долларов.Германия Vak Kahl 13 ноября 1960 года - 25 ноября 1985 года. Опытный BWR мощностью всего 15 мегаватт электрических. По сути этот демонтаж надо относить к опытным реакторам, а не к энергетическим, но тем не менее.АЭСРезультатАЭС Niederaichbach 12 декабря 1972 - 31 июля 1974 года. 100-мегаваттный блок с канальным реактором с тяжеловодным замедлителем (близкий родственник CANDU), закрытый из-за отказавшего парогенератора. Этот блок был одним из первых (если не вообще первый) в мире разобранных до зеленой лужайки (в середине 80х годов).До и после. Такой вот обзор лужаек. На самом деле, я уверен, что есть еще проекты, которые закончились лужайками - просто в Европе и тем более в Азии эта информация систематизирована плохо, а просматривать глазами сотни энергетических и экспериментальных объектов силенок маловато. Но как минимум можно констатировать, что "зеленая лужайка" и полное высвобождение от лицензирования площадки - возможный итог, и более того, не требующее экстраординарных денег и усилий мероприятие (вот обзор по стоимости вывода из эксплуатации и высвобождения - в среднем оно обходится в 0,4-0,8 доллара за ватт).

Выбор редакции
03 февраля, 21:53

Электромагнитный импульс, уничтожающий цивилизации

  • 0

В интернете можно регулярно встретить страшилки по поводу разрушительного действия электромагнитных импульсов (ЭМИ), особенно - от ядерного оружия.Ядерный взрыв Kingfish, в ходе серии высотных подрывов Operation Fishbowl, в которой и были открыты необычно высокие уровни ЭМИ от высотных ядерных взрывов.Что-то типа таких текстов:“При высотном ядерном взрыве, возникает электромагнитный импульс огромной мощности, выводящий из строя электронное оборудование на расстоянии десятков километров. Т.е. все современное вооружение (кроме, конечно, автоматов Калашникова) в этой зоне превращается в хлам. Правильнее будет сказать — в хлам превращается вся их высокотехнологичная электронная начинка. Наша инфраструктура особенно городская настолько уязвима, что при ее крахе человеку в городе не выжить, во всяком случае большинству. Ведь город не производит продуктов, постоянно требует энергию как электрическую так и топливо, плюс непрерывная поставка воды обслуживание канализации. Отсутствие электричества и топлива приведет к остановке накачивающей гидросистемы, продукты будут портится и исчезнет водопровод. Осознав что положение безвыходно люди побегут из города, но уже будет поздно. Забастовки и митинги голодных людей. Погромы и грабежи магазинов, складов, богатых домов и началась анархия. Картина получается мрачная, но потенциальная возможность такого развития сюжета должна быть просчитана соответствующими ведомствами.”Или вот Однако даже если этого не произойдет, но ЭМИ-ракета упадет где-либо в США, это уничтожит до 90% американского населения. Бывший сотрудник ЦРУ пояснил, что в результате электромагнитного удара электроника будет выведена из строя, произойдут массовые аварии. Гражданские самолеты, которые одновременно находятся в небе и перевозят около 500 000 человек, упадут,  приведя к смертям не только пассажиров, но и всех, кто пострадает от серии катастроф. Также такой импульс полностью уничтожает запасы продовольствия. В итоге через год лишь 10% от нынешней численности населения США выживет, отметил бывший сотрудник ЦРУ.Давайте же сегодня посмотрим на дьявольское отродье - ядерное электромагнитное оружие, его физику и реальные возможности.Этот взрыв не имеет отношения к сегодняшней теме, но мне просто очень нравятся различные фоточки ядерных испытаний, сохраненные с сайта LANLНачать, пожалуй надо с того, что же это такое - ЭМИ. По сути это что-то сильной фотовспышки в радиодиапазоне. Но в отличии от аналогии в лоб ЭМИ опасен не только перегрузкой радиоприемников (что-то вроде “зайчиков в глазах”) но и свойством высаживать свою электромагнитную энергию на всем проводящем. В частности, в пострадавших оказываются длинные проводные линии - электропитания и связи, радиоэлектронные устройства, не готовые к заряду бодрости в антенну и в целом, вся электроника, не защищенная хоть какими-то инженерными ходами.Физики высотного ядерного ЭМИ, к сожалению, несколько сложнее того, что можно изложить в посте, и имеет несколько различных компонентов. А целом амплитуда от времени (в логарифмических координатах, обратите внимание) выглядит как на картинке выше. Шикарное изложение физики явления можно подчерпнуть в статье человека, объяснившего это явление (в США) - Conrad Longmire. Проблемой воздействия ЭМИ на электрику и электронику занимается целая отдельная наука и на деле вопрос этот весьма непрост и многогранен. При должном усердии очень нежный радиоприемный узел можно защитить так, что его будет проще уничтожить ядерным взрывом, чем электромагнитным импульсом ядерного взрыва. Эффекты зависят от всего - спектра конкретного ЭМИ, геометрии прибора, взаимного расположения, проводников вокруг, фазы луны и т.п. и т.д. Уже поэтому очень большим преувеличением является огульное утверждение, что какой-бы там не был ЭМИ способен уничтожить (локально) цивилизацию - результат будет, натурально, непредсказуем.Самый подробный анализ воздействия ЭМИ, и не только высотных ядерных, на жизнь страны я нашел в документе FAS, хотя, как мне кажется, он слегка загнут в алармискую сторону.Тем не менее кое какие оценки сделать можно и полезно. Основные две характеристики ЭМИ, которые нам понадобятся - это его протяженность во времени (длительность) и амплитуда, выражаемая обычно в напряженности электрической компоненты электромагнитного поля в вольтах на метр. С амплитудой, надо думать, все более менее понятно - чем больше молоток, тем больше от него дыры в стене. Характерные значения напряженностей, которые что-то могут повредить начинаются с 5 кВ/м, 50 кВ/м считается пределом для ядерного ЭМИ (об этом ниже), ЭМИ-оружие (без ядерного заряда) способно создавать амплитуды до 200 кВ/м. Чем короче ЭМИ, тем серьезнее проблемы защищающейся стороны.  Вызвано это как ростом мгновенной мощности при неизменной энергетике, так и тем, что коротковолновые составляющие лучше проникают в здания и корпуса приборов, лучше “осаживаются” на проводники. На электронику и электрику ЭМИ воздействует несколькими способами. Во-первых на различных проводниках схемы возникают перенапряжения - от десятков вольт до киловольт, а для длинных, неудачно расположенных ЛЭП - до мегавольтов. Перенапряжения могут привести к пробою различных элементов схем/систем, особенно там, где нет схемотехнических защит специальными быстродействующими полупроводниковыми устройствами. Здесь опять важна краткость ЭМИ - чем он длиннее, тем больше энергии будет просто рассеяно в проводниках и меньше амплитуды перенапряжений. И да, про энергию. ЭМИ переносят относительно небольшую энергию - от десятков миллиджоулей до десятков джоулей на метр квадратный. По сути, ничему, кроме как нежной электронике и неудачно спроектированным линиям электропитания (собирающим энергию с сотен тысяч квадратных метров) повредить ЭМИ не может. При этом закон обратных квадратов неумолим - взорвав 200 кг взрывчатого вещества в спецбоеприпасе и излучив 50 мегаджоулей электромагнитного излучения (такая цифра превосходит лабораторные рекорды) на расстоянии 300 метров мы получим всего ~40 Дж/м^2 и пару джоулей в приемном тракте условной носимой радиостанции, от которых можно защититься. В 3 км от точки подрыва речь уже пойдет о сотнях миллиджоулях на м^2.Кочующее из публикации в публикацию изображение электромагнитного оружия. Здесь набор конденсаторов создает импульс тока во взрывомагнитном генераторе первой ступени, который создает импульс тока мегаамперного уровня во втором ВМГ, который в свою очередь создает мегаамперный импульс при сотнях киловольт в СВЧ генераторе-виркатореПрежде, чем перейти, наконец, к ядерным взрывам - несколько цифр:ЭМИ от молний имеет длительность в районе 1 миллисекунды и амплитуду до 10 кВ/м в непосредственной близости от молнии и 1-2 кВ/м в сотне-другой метров. ЭМИ от оружия создает напряженность до 100 кВ/м (200, насколько я понимаю - все же лабораторный предел) в объеме нескольких метров и до 1 кВ/м в сотне метров от точки подрыва и может иметь длительность в 100-200 микросекунд. Итак, высотный ядерный взрыв (ВЯВ) и его легендарный ЭМИ. Что мы могли бы ожидать изначально? Ядерный взрыв в плане энерговыделения гораздо быстрее любой взрывчатки примерно в 1000 раз. Ядерный взрыв мощнее любой взрывчатки в тысячи и миллионы раз. Означает ли это, что ЭМИ от ВЯВ - это просто дубина побольше?Характеристики различных ЭМИ.Вопреки первой интуитивной догадке, в высотном ядерной взрыве непосредственно не генерируется значительных электромагнитных всплесков. Немножко разлетающейся плазмы от бывшей бомбы, море рентгеновского излучения при остывании плазмы, и немножко первичного гамма-излучения от цепной ядерной энергии - вот и все, что по сути дает ядерный взрыв в космосе, над атмосферой. Пшик? Ничего не вышло? Но обратите внимание за улетевшим жестким гамма-излучением, унесшим жалкие 0,1-0,2% от полной мощности взрыва.Со скоростью света очень короткий (несколько наносекунд) и отсюда крайне мощный импульс гамма-излучения распространяется в сторону поверхности и на высоте ~30 км начинает активно поглощаться плотнеющей атмосферой.  Гамма-кванты выбивают электроны из воздуха и разгоняют их до приличной энергии за счет эффекта Комптона. Электроны выбивают следующие, те - еще, и в итоге на всей засвеченной площади атмосферы за наносекунды возникает невероятное количество свободных электронов, в целом движущихся в том же направлении, что и исходное излучение. Наверное впечатляющее зрелище. Здесь в игру вступает магнитное поле Земли. Все наши новорожденные электрончики начинают синхронно заворачивать в магнитном поле и за счет эффекта циклотронного резонанса излучают импульс электромагнитного излучения. Его длительность - десяток наносекунд, а амплитуда - 20...50 кВ/м, но он излучается не в точке. Он излучается всем небом на тысячи километров вокруг эпицентра ВЯВ.Моделирование распределения амплитуды ЭМИ от высотного ядерного взрыва (высота подрыва 100 км). Даже в ~700 км от эпицентра энерговыделение еще приличное. Взаимодействие с магнитным полем земли рисует этот своеобразный "смайлик".Зависимость радиуса действия ЭМИ от высоты подрыва. Впрочем, как можно догадаться, чем выше подрыв - тем больше должна быть энергетика ядерного боеприпаса, что бы воздействовать с той же силой.Именно этот факт, наряду с очень короткой протяженностью во времени делает ЭМИ ВЯВ столь значительным оружием. Плотность энергии мало меняется на протяжении сотен километров от эпицентра, засвечивая сразу миллионы километров квадратных. Именно в таких условиях ЛЭП могут набирать мегавольты перенапряжения, а трансформаторы на их концах получать пробои изоляции обмоток. Все остальные классы повреждений - пробои на терминалах проводной связи, сгорающие тракты радиолокаторов и радиостанций, зависшие цифровые устройства тоже возможны.Моделирование импульса тока, вызванного ЭМИ в 100 метрах воздушной линии, лежащей в меридональном направлении. Однако, подождите. Физика ВЯВ, подарившая оружейникам столько впечатляющую игрушку диктует и ее ограничения. Обладая импульсом гамма излучения с известной жесткостью и длительностью мы получаем логарифмическую зависимость амплитуды ЭМИ от мощности. Мегатонная бомба даст 20 кВ/м, специально подготовленная 20 мегатонная - 50 кВ/м, с 300 мегатонн, пожалуй можно выжать 80, а десяток гигатонн… Так, стоп. Видя такую зависимость, инженеры “обороны” прочертили линию в 50 кВ/м, и выпустили в рамках “библии электромагнитной совместимости” IEC 61000 главы, посвященные ЭМИ ВЯВ, с помощью которого вполне возможно создавать оборудование, которое переживет это деструктивное воздействие как ни в чем не бывало. Причем не обязательно проектировать каждый сервер или принтер устойчивым к ядерному оружию, защищать можно сразу здание, его сети питания или связи. Например, от поражения по сетям питания можно использовать различное оборудование защищающее IEEE 587 class B+ - например для защиты оборудования по линиям питания 1, 2, защиты коаксиальных линий и т.п.Самое важное для нас в этой картинке с моделированием ВЯВ - амплитуда ЭМИ ВЯВ логарифмически зависит от мощности жесткого гамма-излученияНасколько, в итоге может оказаться разрушительным ЭМИ ВЯВ? Существует довольно много отчетов по этой тематике [1 , 2, 3] Наиболее короткое резюме из них выглядит так: при должном внимании к проектированию силовых и коммуникационных устройств ущерб от ЭМИ ВЯВ будет минимален или вообще нулевым. При этом существующая инфраструктура в США, скажем, по мнению авторов реализована довольно пестро - где-то защита реализована, где-то нет. Наибольшей, фактически 100% стойкостью, обладает инфраструктура военных, затем идут высоковольтные ЛЭП, хорошо защищенные ограничителями перенапряжений, Tier 1 ЦОДы, ну а хуже всего защищено всякое рядовое оборудование - от магазинчиков до домашних телевизоров.Воздействие эмитатором ЭМИ ВЯВ на телекоммуникационную плату (сама плата выключена) - виден пробой каких-то элементов возле розетки, куда приходят провода. Надо полагать, что массовой жертвой могут пасть трансформаторы в разъемах Ethernet.Исследования американской лаборатории ORNL, например, показывают, что самыми уявзвимыми на высоковольтных подстанций оказываются не трансформаторы и ЛЭП (защищенные ограничителями перенапряжений), о которых много говорят в прессе, а измерительное оборудование и низковольтные кабели к системе управления.Впрочем, судя по оговоркам вывод о слабости холодильников к поражению ядерными ЭМИ сделан прежде всего в силу невозможности нормального анализа по этому классу целей - еще раз напомню, что реальное поражение будет зависеть от всего на свете: как расположен прибор относительно точки подрыва, какой длины провода питания и проложены ли они под землей или в воздухе, есть ли грозозащитные устройства, из чего сооружен дом и т.п. и т.д. Невозможность расчета оставляет пространство для субьективности - если в отчете надо нагнать ужаса, пишем о критической незащищенности, надо добиться выделения денег - пишем о необходимости все посчитать, а если мы военные, то считаем что все граждане с неправильными холодильниками умрут и исходим из этого. Мы же военные. Из чтения фактологии анализов устойчивости к ЭМИ можно сделать такой вывод - “противник” (ЭМИ ВЯВ) хорошо известен, методы защиты от него отработаны и внедрены как минимум на части критичной инфраструктуры, которая и переживет удар. Да, потери возможны, но шансы “отправиться в каменный век”, невысоки.Интересный вывод можно сделать, рассматривая спектр ЭМИ ВЯВ. В районе 1 ГГц спектральная плотность падает к максимуму на 3 порядка, т.е. антенны всякой цифровой радиосвязи (начиная от 433 МГц) будут набирать вольты или десятки вольт непосредственно в тракт на частотах где есть хорошее согласование и низкий ксв и вполне возможно не пострадают совсем. Но что, если все эти стандарты условий ЭМИ, для которых создано оборудование защиты недооценивают ЭМИ ВЯВ? Вернемся к физике: для увеличения поражающего эффекта нужно либо усиливать выход жесткого гамма-излучения ядерного взрыва, либо укорачивать его импульс (не потеряв в мощности) - только так можно увеличить амплитуду ЭМИ, генерируемого атмосферой. Казалось бы, выход гамма-излучения, рождающегося в процессе деления ядер надкритичной системы жестко “запрограммирован” физикой явления. Любая другая энергия, которую мы можем взять от ядерного взрыва неизбежно релаксирует в материале бомбы и выделяется в виде жесткого рентгена - но эти “жесткие” 10 кЭв слишком мягкие на фоне 1,5 МэВ средней энергии гамма-излучения, чтобы родить достаточно электронов в атмосфере. Любая другая, кроме термоядерных нейтронов, рожденных в реакции D+T->He4 + n. Нейтрон здесь имеет энергию 14,7 МэВ и имеет на порядки бОльший пробег в бомбе, чем любые другие частицы. Эффективно конвертировать эту энергию в гамма-излучение можно с помощью неупругого рассеяния - процесса кратковременного захвата нейтрона ядрами материи, после чего нейтрон переизлучается, а ядро остается в возбужденном состоянии, которое сбрасывается с помощью гамма-квантов. Если облучать потоком быстрых нейтронов относительно легкие ядра (например, углерод, кислород или азот), то часть энергии будет конвертироваться в поток жестких гамма-квантов. Наилучшие результаты даст жидкий или твердый кислород, но и гораздо более банальный углерод будет тоже ничего - 10-20% энергии нейтронов выделяться в виде гамма квантов с средней энергией в 4,2 МэВ. Да, выделение энергии будет идти не несколько наносекунд, а скорее несколько десятков наносекунд, но появляется возможность поднять кпд генерации гамма-излучения в ~100 раз. 1 мегатонна “стандартного” боеприпаса при высотном ядерном взрыве дает около 1 килотонны в виде гамма-излучения. В “нейтронно-углеродном” боеприпасе для генерации 1 кт гаммы нужно всего 12 кт термоядерной энергии, а с трех мегатонн можно снять до 250 кт гамма-излучения, втрое более жесткого, хоть и более растянутого во времени. Такое устройство может быть гораздо более разрушительно, чем то, что мы обсуждали выше - пускай амплитуда ЭМИ вырастет не кардинально выше (хотя, возможно, можно побороться и за 100 кВ/м), энергетика импульса, а значит и деструктивное воздействие на электронику изменится кардинально.Впрочем, есть одно но. Описанный выше боеприпас должен работать на дейтерий-тритиевой смеси, и стандартный LiD не подойдет (т.к. LiD “горит” в виде цепочки, потребляющей собственные нейтроны и выход их наружу невелик по сравнению с общей мощностью). На 1 мегатонну нужно 24 кг трития, при том, что весь гражданский его запас в мире составляет около 30+ кг и, видимо, заметно превосходит запасы военных. Последний вывод можно сделать из сопоставления пары сотен мегаватт тяжеловодных реакторов на Маяке и сложной истории с получением трития из литиевых мишеней на реакторе Watts Bar-1 в США в сравнении с десятками гигаватт (тепловых) реакторов CANDU, на которых получается “гражданский” тритий. Отсюда можно сделать вывод, что ЭМИ ВЯВ боеприпасы сделанные по принципу конверсии ТЯ-нейтронов вряд ли существуют в реальности, а значит разработчики стандарта IEC 61000 могут спать спокойно. Пока.    Некоторые полезные источникиHigh-Altitude Electromagnetic Pulse (HEMP) and Its Impact on the U.S. Power Grid https://www.eiscouncil.org/App_Data/Upload/9b03e596-19c8-49bd-8d4e-a8863b6ff9a0.pdfHigh-Frequency Protection Concepts for the Electric Power Grid https://www.eiscouncil.org/App_Data/Upload/de2ca832-e989-49aa-a28e-b74e40d2638a.pdfMichael Sirak, “U.S. vulnerable to EMP Attack,” http://www.janes.com/defence/news/jdw/jdw040726_1_n.shtml(HEMP) and High Power Microwave (HPM) Devices: Threat Assessments https://fas.org/sgp/crs/natsec/RL32544.pdfhttps://ak-12.livejournal.com/86608.html?thread=3501648#t3501648

Выбор редакции
29 января, 12:41

Бегущая волна в поисках миллиардов

  • 0

Интересный текст по текущей ситуации с одним из самых серьезных стартапов в мире атомной энергетики опубликован на Атоминфо.ATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 27.01.2019Билл Гейтс, основатель компании "TerraPower", уговаривает американских законодателей увеличить финансирование атомной энергетики, а также обещает вкладывать свои средства в создание в США инновационных реакторов.Изначальная идея TerraPower - "реактор-свеча" или TWR, где цепная ядерная реакция на одном конце топливного стержня вызываает трансмутацию U238->Pu239 последующего слоя и со временем переходит туда, оставляя за собой "пепел". Время "горения свечи" может составлять несколько десятков лет. Изгибы геополитики сыграли с Гейтсом и его компанией дурную шутку. Созданное в Китае совместное предприятие с корпорацией CNNC оказалось нерабочим из-за санкций США против атомной отрасли Китая.В предновогоднем обращении на своём сайте Гейтс заявил, что Соединённым Штатам нужно вернуть себе лидирующую роль в исследованиях в области ядерной энергетики. Одними только разговорами он не ограничился. Начиная с прошлого декабря, мультимиллиардер активно общается с депутатами от республиканской и демократической партий.Деньги у Гейтса есть, и он готов продолжать поддерживать "TerraPower". По той информации, что появилась в американских СМИ, Гейтс планирует вложить в компанию 1 миллиард долларов. Кроме того, такую же сумму на нужды "TerraPower" он собирается привлечь из других частных источников.Как известно, компания "TerraPower" создавалась для разработки проекта реактора с бегущей волной (TWR).В идеале это должен быть быстрый натриевый реактор с подземным расположением, работающий 60 лет без перегрузки. Высокая эффективность использования природного урана в TWR должна сделать ненужным замыкание топливного цикла, что, в свою очередь, снимет многие вопросы у американских политиков, обеспокоенных проблемами нераспространения и опасностями хищения ядерных материалов.Созданное в Китае СП должно было построить демонстрационный блок с TWR. Теперь Гейтсу и его компании приходится изыскивать варианты по строительству такого блока в США или, в крайнем случае, в какой-либо стране, которую в Вашингтоне считают дружественной.К моменту китайского СП, впрочем, изначальная идея была давно заброшена, как нереалистичная. Проект TWR теперь предполагал более-менее традиционный быстрый натриевые реактор, в котором трансмутация и горение было бы в примерном балансе, который достигался бы перестановкой ТВС по активной зоне внутрикорпусной перегрузочной машиной. В целом эта концепция похожа на классический быстрый натриевый реактор с ЗЯТЦ но только без внешнего цикла переработки ОЯТ.Но вопрос в том, насколько у "TerraPower" готова технология. Задача по созданию TWR, мягко говоря, непростая - хотя бы из-за отсутствия материалов, способных выдерживать сверхглубокие выгорания.В свежей публикации "Washington Post" перечисляются три технические проблемы, решения которых компания всё ещё не нашла.Во-первых, как выяснилось, бегущая волна не будет работать так, как ожидалось. "Свечи" в том виде, как её представляли на начальных стадиях разработки, в TWR создать не получится.Во-вторых, вследствие первой проблемы к проекту TWR пришлось добавить требование о автоматической перестановке топливных кассет при работе реактора на мощности, удовлетворить которое будет очень непросто.Третья проблема технического характера - те самые материалы, которые должны выдерживать сверхглубокие выгорания и огромные повреждающие дозы. Компания пока не может похвастаться тем, что она такие материалы смогла подобрать, хотя и упоминает об облучательных экспериментах на российском БОР-60.TerraPower - это не только моделирование, расчеты и компьютерное конструирование, но и довольно крупная лаборатория и цех для работы с прототипами топлива (неядерными) и конструкций, а так же испытаний их. Кроме того, TerraPower является многолетним арендатором ячеек под облучение образцов в быстром натриевом исследовательском реакторе БОР-60 и разнообразных горячих камер в ядерных лабораториях по всему миру. В компании, в которой занято порядка 150 человек, отдают себе отчёт в том, что практическая реализация проекта TWR может оказаться для неё недостижимой.Поэтому компания параллельно ведёт разработку жидкосолевого реактора и рассчитывает, что министерство энергетики США оплатит 60% стоимости демонстрационного аппарата. Но и по направлению ЖСР вопросов больше, чем ответов, хотя и меньше, чем вопросов по направлению TWR.

Выбор редакции
26 января, 22:03

Как и зачем работают открытые ловушки, часть 2

  • 0

Продолжение, начало здесь.Следующий метод — многопробочное удержание. В нём в цепочку выстраивается не три пробкотрона, а столько, сколько влезет в зал. Внутрь запускается плазма такой плотности, чтобы ион рассеивался на расстоянии, примерно равном расстоянию между соседними пробками. Частица, вылетающая из области удержания, может захватиться отдельным пробкотроном, поболтаться от пробки к пробке и снова рассеяться в произвольном направлении. Тем, кому приходилось учить мат.статистику, эта задача известна как задача о пьяном матросе: время, которое матросу частице потребуется на путь от начала ловушки до её конца, квадратично растёт с ростом длины. Делаем ловушку в десять раз длиннее, а удержание улучшается в сто раз.На иллюстрации синей и зелёной линиями в пэйнте показаны траектории частиц [9].Эксперименты показали, что дела обстоят даже лучше, чем в исходной идее. Любая возникающая в плазме волна рассеивает частицы. Только теперь это приводит не к увеличенным потерям, как в простых пробкотронах, стеллараторах или токамаках, а к улучшению удержания: длина свободного пробега частиц за счёт рассеяния автоматически подгоняется к расстоянию между пробками, и метод работает даже при таких плотностях, при которых он этого делать не должен.Для иллюстрации первые гофрированные (многопробочные) ловушки ЩЕГОЛ и ГОЛ-1.Занятный факт, который ещё всплывёт к концу поста: одновременно с многопробочным удержанием было предложено двигать пробки, чтобы тащить захваченные частицы обратно к области удержания. Это выглядит как эскалатор, который едет навстречу потоку людей: наружу выйдут только самые везучие и подготовленные. Об этом был написан один абзац ровно. Видимо, после этого авторы посчитали, сколько мощности надо для создания бегущих пробок, получили что-то в духе 20 или 100 ГВт и задвинули идею куда подальше.Пруф:Последний из старых методов улучшенного удержания в линейных ловушках — газодинамический. Если в классический пробкотрон набить побольше частиц, чтобы они сталкивались раньше, чем долетают до пробки, то попадание в конус потерь не будет означать, собственно, потерь. Ситуацию можно сравнить со станцией метро в час пик: человек в центре станции, может, и хочет выйти наружу, но ему бы ещё до эскалатора добраться. Если длина перрона — километр, то он плюнет и поедет обратно на работу.В такой плазме может жить без неустойчивостей популяция быстрых ионов с энергиями около 10 кэВ, которые и будут вступать в термоядерную реакцию с ионами плазмы. Время удержания линейно растёт с ростом пробочного отношения.Пока что в мире построена одна ловушка газодинамического типа (называется, собственно, газодинамической ловушкой, сокращённо ГДЛ). На фотографиях — её вид в 1988 и 2018 году. Кое-что добавилось.ГДЛ показала более хорошее удержание, чем закладывалось в её проект. Этот путь был долгим. Первой проблемой была устойчивость, уже упомянутая в абзаце о леммингах.Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 100 электронвольт из-за проблем с МГД-устойчивостью и продольной теплопроводностью.С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, где-то в начале 90-х..Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 300 электронвольт из-за проблем с МГД-устойчивостью и продольной теплопроводностью.С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, где-то в конце 90-х.По очереди было найдено несколько методов стабилизации. Самый качественный из них напомнит читателю об экспериментах с вращающейся плазмой: если внешний слой плазмы вращается быстрее внутренних, любой всплывающий плазменный пузырь будет размазан в симметричную относительно оси трубу. Труба уже никуда не денется.Метод был назван вихревым удержанием. 400 эВ на ГДЛ были получены лет десять назад.Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 1 килоэлектронвольта из-за проблем с продольной теплопроводностью.С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2010 и некоторые другие годы.Другой проблемой было то, что плазма вдоль силовых линий очень хорошо проводит тепло. Сложно греть штуку с теплопроводностью меди, которая двумя концами упирается в холодную массивную железку. На установках линейки ГОЛ проблема решалась возбуждением сильно турбулентнах колебаний электронов вокруг ионов. Аналогия — пожар в сумасшедшем доме: пока доктор электрон выйдет наружу и вынесет энергию, он столько раз столкнётся с бегающими куда попало людьми электромагнитными полями, что этот факт будет уже не важен. Пожарный холодный электрон же внутрь попасть не сможет — всё занято. Была мысль сделать так же на ГДЛ, и этот эксперимент когда-нибудь будет сделан, но всё оказалось гораздо проще.Теплопроводность пропадает в той точке, где поле уменьшается в ~40 раз (если быть точнее, в корень из соотношения масс иона и электрона). Температура расширяющегося в пустоту потока плазмы падает. Амбиполярный потенциал становится меньше (вспоминаем перегретые электроны в АМБАЛе), и это создаёт потенциальный барьер для электронов. Возникают те же снеговые кучи, через которые никто никакую энергию не переносит.Должная степень расширения и сравнительно маломощный СВЧ-нагрев позволили в 2016 году получить на ГДЛ 1 кэВ.К этому моменту уже было предложено собрать все фишки газодинамического и многопробочного удержания, добавить к центру ГДЛьного типа гофрированные секции и тем самым повысить качество удержания раз в 10. Если DT-реактор на основе обычного ГДЛ должен быть длиной 1–3 км, то ГДЛ+многопробки — уже разумные 100–300 м. Схема такой ловушки идёт в прошлом посте десятым рисунком. Чтобы не приходилось листать, продублирую:Помимо того, было предложено ещё два метода: винтовое и диамагнитное удержание.Винтовое напоминает, с одной стороны, идею с движущимися пробками из 70-х. С другой — мясорубку.Многопробочное поле стоит на месте, но пробки смещены по винту. Плазма, вращаясь, вкручивается в этот винт и движется туда, куда нужно. Из её системы отсчёта кажется, что движутся сами пробки, нам остаётся только крутить.Суть диамагнитного в том, чтобы надуть пузырь из плазмы. Для этого нужно, чтобы её давление приблизилось к давлению магнитного поля. Поле будет почти полностью вытеснено из пузыря, минимальное поле уменьшится, максимальное останется тем же — то есть, пробочное отношение вырастет. А с ним и время удержания [10].Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек, поскольку они не имеют преимуществ перед токамаками.С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2018 год.Всё это вместе даёт шанс уложить DD-реактор в сотню-другую метров.Собирая вместе все аналогии, получается следующее:Длинная станция метро в час пик, заполненная пьяными пассажирами. Все эскалаторы едут сверху вниз. На выходе с эскалаторов работают бульдозеры. Никто никуда не уходит.Токамак для DD-реакции имеет схожие размеры: диаметр «бублика» для него должен быть примерно 60-метровым. И тут есть нюанс.Линейная ловушка длиной 100 метров собирается из отдельных «бочек», выстроенных в ряд. Самая большая из них по сегодняшним представлениям должна иметь диаметр 4–5 метров вместе с криостатом и длину, допустим, метров десять или пятнадцать.Это можно перевезти по железной дороге.Отдельные катушки токамака уже сегодня нельзя перевезти разумным транспортом, нужно строить рядом с будущим токамаком цех и наматывать их там [11]:Как и зачем работают открытые ловушки Наука, Физика, Термоядерный синтез, Термоядерный реактор, Плазма, Гифка, ДлиннопостПримерно поэтому мы и утверждаем, что DD-реактор нужно делать линейным.В следующей серии: как собрать свою маленькую плазменную установку (шесть метров длиной, три тонны массой), если есть достаточно нервов и большой грант РНФ.Источники иллюстраций:[1] Пусть будет https://www.litres.ru/igor-kotelnikov/lekcii-po-fizike-plazm...[2] https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.09.037967[3] http://vant.iterru.ru/vant_2018_2/3.pdf[4] http://www.inp.nsk.su/images/pdf/books/50-Years-of-BINP-book...[5] http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t6-6_1959/g...[6] https://www.bl.uk/voices-of-science/interviewees/michael-for...[7] Сборник к 30-летнему юбилею ИЯФ[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Mirror_Fusion_Test_Facility[9] https://ufn.ru/ru/articles/2018/6/c/[10] https://doi.org/10.1007/s10894-018-0174-1[11] https://www.iter.org/construction/SiteFabricationPFcoils

Выбор редакции
26 января, 22:01

Как и зачем работают открытые ловушки

  • 0

Хочу поделиться с вами, если еще не читали, популяризаторскими постами Антона Судникова - физика-экспериментатора из ИЯФ, который занимается открытыми ловушками, одним из вновь многообещающих подходов к термоядерному синтезу. Enjoy!==Итак, мы хотим удерживать плазму температурой 100 миллионов градусов (10 кэВ) достаточно долго для того, чтобы термоядерное топливо успело прореагировать. Мы знаем, что плазма состоит из заряженных частиц, которые в магнитном поле движутся по спирали, навитой на силовую линию. Движение выглядит примерно так (направление магнитного поля показано стрелкой с буквой B, здесь ещё добавлено электрическое поле E):Сила, действующая на заряженную частицу, перпендикулярна направлению магнитного поля и направлению движения частицы. Там, где поле усиливается, силовые линии сближаются, поэтому перпендикуляр к ним слегка наклонён в сторону более слабого поля. То есть, приближение к области сильного поля тормозит частицу. Торможение тем сильнее, чем выше компонента скорости, направленная поперёк магнитного поля.В итоге области сильного поля отражает частицы с достаточно высокой поперечной и достаточно низкой продольной скоростью. Частицы, летящие под небольшим углом к магнитному полю, вылетают наружу и теряются.Схема проста, как бабушкин топор, в предельном случае требует двух круглых катушек с током.После столкновений частицы летят в среднем куда придётся; в том числе и вдоль силовых линий. Чтобы рассеяние случалось пореже, и частиц терялось поменьше, исходно предлагалось удерживать достаточно редкую плазму.Такая (и только такая!) конфигурация называется пробкотроном (или простым пробкотроном, или пробкотроном Будкера-Поста по фамилиям тех, кто её исходно предложил); области сильного магнитного поля — пробками; соотношение самого слабого и самого сильного магнитного поля — пробочным отношением; область в пространстве скоростей, в которой частицы не удерживаются — конусом потерь.Идея пробкотрона родом из 50-х годов, и тогда же в первый раз была проверена (прим.: работает). Найти в доступных источниках фотографию первой советской установки, на которой была показана работоспособность пробкотрона (ловушки Родионова, [5]), не получается. Поэтому пусть здесь будут фотографии установок ОГРА (1959 год, Институт атомной энергии, сегодня — Курчатовский) и Ц-1 (1963 год, Институт ядерной физики, сегодня — имени Будкера).NB: примерно в это же время эксперименты с пробкотроном провернули в Ливерморской лаборатории. Фотография есть тут. Авторы друг о друге не знали, об этом есть замечательная приписка от редакции в конце статьи:Как нам стало известно, аналогичные эксперименты проводились Гибсоном и Лауэром. Подробности работы не опубликованы.В простом пробкотроне, впрочем, был обнаружен ряд проблем. Во-первых, хорошо удерживаются в нём одиночные частицы. Плазма из большого числа частиц ведёт себя в нём подобно леммингам из легенд о леммингах: перестаёт быть круглой в сечении, выбрасывается на стенку и погибает. Эту проблему потребовала небольшого усложнения в духе подобной конфигурации (на рисунке катушки с геометрией «инь-ян»). Плазма не будет искривляться, если она заранее искривлена нужным образом:Вторая проблема: пустой конус потерь вызывает в плазме раскачку волн, которые рассеивают частицы и помогают им потеряться.А самое неприятное — нельзя одновременно потребовать, чтобы частицы сталкивались достаточно редко (и не рассеивались) и достаточно часто (для термоядерной реакции). Даже в идеальном простом пробкотроне мощность термоядерной реакции оказывается всего вдвое больше, чем требуемая мощность нагрева. Кроме того, стабильные геометрии (инь-ян и ему подобные) приводили к повышенным поперечным потерям.Все эти проблемы накопились как раз к тому моменту, когда на токамаках показали температуру 1 кэВ (10 млн градусов).Рисунок исторический: британские учёные по приглашению (тогда ещё не академика, а член-корреспондента) Б. Б. Кадомцева едут в Москву измерять электронную температуру плазмы в токамаке Т-3 [6]:Модными стали токамаки. Кто-то забросил открытоловушечную деятельность, кто-то остался придумывать, как поправить эти проблемы.Базовые методы улучшенного удержания были придуманы в 70-х и проверены в районе 80-х. Они проиллюстрированы на следующем рисунке [7] (да простят меня модераторы):Что забавно, на этой картинке уже забыт один из методов. Суть его в том, чтобы раскрутить плазменный шнур до скоростей выше тепловой скорости частиц и скорости распространения возмущений магнитного поля. В этом случае центробежная «сила» не даёт плазме ни потерять круглую форму (возмущение растёт медленнее, чем замазывается вращением), ни уйти к пробкам (радиус плазменного шнура в них меньше!).На фотографии — установка ПСП-2, на которой более или менее было показано центробежное удержание.Следующий вариант был чертовски изящен. Электроны легче ионов, и поэтому из плазмы теряются быстрее. Любая плазма, если с ней ничего специально не делают, заряжается положительно; и потенциал (называемый амбиполярным) тем выше, чем горячее электроны. Можно построить одну длинную линейную ловушку, с каждой стороны к ней пристыковать по маленькому пробкотрону, а электроны в концевых пробкотронах перегреть. Концевые секции зарядятся положительно, ионы не смогут в них залететь, а значит, и не потеряются.Образно говоря, по краям плазмы бульдозером нагребаются две больших кучи снега, через которые ничего потеряться не может. Чем больше соотношение длин центральной секции и концевых пробкотронов, тем сильнее нам наплевать на потери перегретых электронов из них.В качестве примера — кажется, первая амбиполярная ловушка Gamma-6 (г. Цукуба, Япония):Единственная проблема амбиполярных ловушек — феерическая невезучесть. Нагляднее всего будет пример установки MFTF-B, которая была построена (330 миллионов долларов в ценах 80-х годов, на минуточку), сдана и на следующий день по политическим мотивам закрыта. На установке произведено 0 (ноль) экспериментальных выстрелов, что даёт абсолютный рекорд удельной стоимости секунды эксперимента.На этом фоне установка АМБАЛ (не достроена до конца и не доведена до ума из-за 90-х) требует упоминания исключительно за стильность названия.Конец 1 части. Продолжение.

Выбор редакции
20 января, 12:47

Обращение с ОЯТ на Чернобыльской АЭС

  • 0

На youtube-канале ЧАЭС выложили ролик, где показана анимация дальнейшего обращения с отработанным топливом, которое сейчас храниться в бассейне хранилища ОЯТ №1 (ХОЯТ-1). Сейчас подходит к концу очень долгая эпопея со строительством ХОЯТ-2 - сухого типа, которое будет требовать гораздо меньших усилий по обслуживанию и охране.Суть происходящего в принципе рассказана в ролике, но несколько пояснений сделать надо. Во-первых, стоит напомнить, что в РБМК перегружают в среднем почти 1 кассету в день и как следствие, все РБМК имеют гигантские парки накопленного ОЯТ, в десятки тысяч ТВС (всего этих ТВС ОЯТ РБМК в несколько раз больше, чем ТВС ОЯТ ВВЭР-1000, не смотря на заметное превосходство последних в реакторо-годах). Во-вторых кассеты РБМК имеют длину в 10 метров + подвес длиной в 3 с лишним метра - для размещения в бассейне это довольно удобная конструкция, а вот для сухого хранения ТВС приходится разрезать. Слава богу, конструкция ТВС имеет два последовательных пучка твэлов, поэтому разрез не разрушает их и проблем с выходом радиоактивных продуктов деления урана нет.А на устройство железнодорожного контейнера для перевозок ХОЯТ-1 - ХОЯТ-2 можно посмотреть в этом роликеНа ЧАЭС резка топлива и упаковка в контейнеры хранения фирмы Holtec осуществляется в специально построенном комплексе. Особенностью проекта является хранение в горизонтальных бетонных боксах, выполняющих роль биозащиты - это дешевле, чем индивидуальные металобетонные контейнеры, но подходит только к старому ОЯТ с небольшими выгораниями (у которого меньше энерговыделение).На всех существующих АЭС с РБМК было принято решение о промежуточном сухом хранении ОЯТ - на Игналинской АЭС это традиционные контейнеры, на ЧАЭС - горизонтальные контейнеры, а для российских РБМК - централизованное хранение в металлических пеналах, размещаемых в ячейках специального здания сухого хранения на ГХК в Железногорске.Такое единообразие в идее оставить вопрос "что делать с ОЯТ" потомкам, не смотря на обычно большую разницу в подходах к этой теме в ЕС, Украине и России связано с тем, что остаточное количество делящихся материалов в ОЯТ РБМК по сути меньше, чем в природном уране - т.е. их переработка заведомо убыточна, а окончательное захоронение в геологических структурах дорого в силу сравнительно больших объемов.

Выбор редакции
13 января, 14:22

Борьба с нетолерантностью

  • 0

Меня попросили прокомментировать статью Handelsblatt с заголовком "Россия намеревается с помощью нового топлива произвести революцию в атомной энергетике" в которой рассказывается о толерантном топливе примерно в таком ключе: "В Росатоме считают, что они совершили прорыв в технологии безопасности. Чудесное средство называется «толерантное топливо», оно призвано восстановить положительный имидж атомной энергии в мире."Немецкая статья является пиарсопровождением события, которое никто из внеотраслевых журналистов не заметил - изготовлением "под елочку" компанием ТВЭЛ экспериментальных тепловыделяющих сборок с толерантным топливом. Эти сборки предназначены для испытания в реакторе МИР и фактически означают некое продвижение по пути разработки толерантного топлива для энергетических реакторов.Но что же такое, черт подери,толерантное топливо и почему оно так называется?"Толерантные" покрытия циркониевых твэлов. Подробности - ниже.Название "толерантное топливо" есть калька с английского Accident Tolerant Fuel (ATF), т.е. топливо, устойчивое к авариям. По смыслу это скорее "дуракоустойчивое топливо", прежде всего за счет снижения требований к надежности работы систем аварийного охлаждения активной зоны. Большой интерес у атомной индустрии к концепции такого топлива возник после аварии на Фукусимской АЭС, где значительная часть тяжести аварии сформировалась из-за взрывов водорода на трех блоках АЭС, А водород возник из-за хорошо известной пароциркониевой реакции - когда потерянное охлаждение АЗ реакторов приводит к температуре >1000 градусов и цирконий оболочек твэлов вытесняет водород из водяного пара.До сих пор борьба с этим типом аварий сводилась к усложнению систем аварийного охлаждения активной зоны - вводились различные ступени пассивной заливки, активной заливки, отвода тепла в атмосферу или в большой бассейн воды. Логика тут понятна - при любых единичных неисправностях системы охлаждения все же не допустить испарения воды из активной зоны, ее расплавления и как и вишенки на торте - пароциркониевой реакции.Однако, после аварии на Фукусиме, в отрасль пришла другая парадигма - а что, если вместо очередного удорожания системы аварийного охлаждения (путем, например, умножения ее на два и введения 8-канальной вместо 4-канальной) сделать топливо, в котором не будет пароциркониевой реакции? А? А? И плевать, что активная зона превратилась в озерцо лавы - водорода-то не будет! Такое топливо и называют "толерантным".Еще в 2012 году разработкой ATF активно занялись все основные поставщики топлива - Westinghouse, Areva, GE-Hitachi. Причем в виду поддержки этой идеи МАГАТЭ и министерства энергетики США работы повелись сразу по многим фронтам. А через 3-4 года после этого очнулся и ТВЭЛ - стало очевидно, что толерантное топливо, при всей половинчатости идеи, становится фактором конкурентноспособности - предлагать нетолерантный ТВС-К толерантным западным заказчикам скоро будет некомильфо.Какие варианты создания ATF топлива вообще есть?Первый и самый очевидный - отказаться от циркония в конструкции ТВС. Раньше все ТВС делали из хромоникелевых сталей, а цирконий стали применять потому что по совокупности механических характеристик и коррозионной стойкости он не уступает сталям, но при этом поглощает сильно меньше нейтронов, что приводит к уменьшению расхода природного урана на выработанный мегаватт*час.С учетом того, но разработать новое топливо стоит денег, этот вариант рассматривается всеми игроками как запасной.Интересно, что в области стальных оболочек для реакторов с водой под давлением ТВЭЛ является мировым лидером - в СССР любили технологичность и не очень заботились об экономии урана в исследовательских реакторах или ЯЭУ ледоколов. Второй вариант - нанести на циркониевые твэлы тонкий слой хрома гальваническим способом или магнетронным распылением. Хром затянет начало пароциркониевой реакции - на картинке ниже показано состояние твэла без покрытия (верхний) после 10 минут в водяном паре при 1200 С и твэла с покрытием в тех же условиях. Однако, видно, что коррозия всего в 4 раза меньше - пускай не через 10 минут, а через 40, но твэл точно так же разрушится, да? Не совсем.Дело в том, что разогрев топлива без охлаждения водой происходит из двух источников: радиоактивный распад продуктов деления урана, мощность которого постоянно уменьшается и запасенное в топливе тепло.О последнем стоит поговорить отдельно, т.к. это редко всплывающая вне скучных учебников концепция. Современное топливо сделано из диоксида урана - прекрасное стойкое керамическое химическое соединение, хорошо выдерживающее большие выгорания топлива, имеющее большую температуру плавления. Но у него есть один минус - диоксид урана плохо проводит тепло. Поэтому, что бы отдавать необходимую мощность, центр таблетки при работе на мощности может быть разогрет до 1600 градусов цельсия. При потере охлаждения в активной зоне оказывается не только несколько десятков мегаватт ядерного распада продуктов деления, но и 80 тонн урановой керамики, нагретой в сренем до 900 С, которые немедленно начинают разогревать цирконий.Отсюда рождается следующая идея толерантного топлива - отказаться от диоксида урана и перейти на один из вариантов более теплопроводного соеднинения урана - силицид USi3, нитрид UN или просто сплавы металлического урана с металлическим молибденом (как в Kilopower)Из такого топлива, в сочетании с хромовым покрытием, можно сделать активную зону, которая при потере охлаждающей воды просто не нагреется до критичных температур. Вышеназванные композиции так же обещают экономить нейтроны и улучшать утилизацию природного урана - т.е. такой вариант может окупиться чисто экономически, да еще и привнести улучшение безопасности. Однако, переход на новую химию влечет за собой довольно радикальное изменение конструкции активной зоны, а значит переделку парка существующих реакторов, если мы хотим поставлять топливо сегодня. Плюс - годы отработки новых композиций и обоснования безопасности перез атомными регуляторами. В общем переход на силицид, нитрид или металлическое топливо дает действительные выигрыши, но долго и очень дорого.Есть еще довольно экзотический вариант в виде многослойных твэлов со слоями из разного металла.Наконец, последний вариант - это использование в качестве оболочки твэлов не циркония, не стали, а композитного материала SiC-C (волокна карбида кремния в углеродной матрице) или SiC-SiC. Этот материал обладает очен хорошими теплометахическими свойствами, не подвержен коррозии водой и водяным паром, имеет наилучие нейтронно-физические характеристики (лучше циркония и стальи) и как бонус - почти нулевую активацию в результате кампании топлива. Однако пока никому в мире не удалось создать газоплотную оболочку твэла SiC-SiC, поэтому работы здесь скорее на научном этапе, и если этот вариант толерантного топлива когда-то и пойдет в жизнь, то не раньше, чем через 15-20 лет.Собственно, все эти 4 варианта изучают в ТВЭЛ, а 3 из них подготовлены к испытаниям в реакторе МИР в НИИАР.Однако, как я уже говорил, конкуренты впереди. Тогда, как ТВЭЛ только планирует загрузку в исследовательский реактор и в перспективе 2х лет - в энергетический, Framatome (бывшая Арева) поставили испытательную партию топлива с хромовым покрытием под загрузку этой весной а GNF загрузили опытную партию в BWR.  Вообще планы западных компаний выглядят так:Резюмируя, можно сказать, что изначально не однозначная идея половинчатого повышения безопасности дешевым путем превратилась в поле конкурентной борьбы. Как мы видим, к борьбе уже подключились пиарщики, обещающие "революцию в безопасности".P.S. У меня есть репост большой статьи специалиста из ВНИИНМ, посвященный технологиям толерантного топлива - все то же самое, только в 10 раз подробнее и детализированнее, часть 1, часть 2.

Выбор редакции
09 января, 17:26

Где Росатом будет зарабатывать деньги в 2030 году

  • 0

Написал большую статью для "Известий" про атомные станции малой мощности - первая попытка пописать что-то в серьезном формате, с "по нашим оценкам", "наш анализ показывает, что" и проч.Модульная реакторная установка NuScale, про которую много написано в статье.Большая цитата из середины"В чем же преимущества малых АЭС перед традиционными, большими, которые заставляют разработчиков плодить все новые и новые проекты? К ним можно отнести несколько моментов:"— Реакторные модули малых АЭС должны производиться на машиностроительных заводах крупными сериями в виде законченных блоков. Это сокращает сроки и снижает сложность строительства АЭС — краеугольные камни сегодняшних проблем рынка новой атомной энергетики.— Малые АЭС должны быть высокоманевренными, в отличие от своих больших собратьев, и поэтому хорошо дополнять переменчивые возобновляемые источники энергии — ветер и солнце. Поскольку все более менее перспективные планы строительства ветро-солнечной энергетики требуют дополняющих партнеров, подхватывающих энергетику ночью и в штиль, возникает большой потенциальный рынок — и он для маневренных АЭС.— Но и в рамках традиционных энергорешений АСММ получают новые ниши по сравнению с блоками гигаваттного калибра — это энергосистемы небольшого размера, куда большие АЭС просто «не лезут».— Малая модульная АЭС стоит дешевле в абсолютных значениях или может наращивать мощность последовательно, путем строительства все новых модулей, что сильно упрощает поиск финансирования для энергопроектов.Разумеется, есть и минусы, которые сводятся к одному: стоимость киловатт-часа, вырабатываемого на АСММ. Так, в известном проекте строительства реакторного модуля Toshiba 4S (10 МВт) в городке Галена (штат Аляска) стоимость электроэнергии получалась на уровне 56 центов за кВт·ч (~36 рублей за кВт·ч) — заметно дороже даже электроэнергии с дизель-генераторов. Проект плавучей малой АЭС (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в бездотационном варианте имел бы стоимость электроэнергии в районе 60 рублей за кВт·ч — и опять эта цена была бы неконкурентна с дизель-генерацией или угольной ТЭС, которая существует сегодня в месте будущей дислокации «Академика Ломоносова»."==Вообще хочу заметить, что формат статьи не позволяет прям уж лезть в технические подробности или новости этого поля - а они есть. Например компания NuScale, про которую я писал, мало того, что неплохо продвигается в лицензировании, еще и демонстрирует крутые фишки модульных АЭС - в своем проекте 12 модульной АЭС в INL им удалось продать два модуля - один самой лаборатории INL, а второй - Министерству Энергетики США. Т.е. получается, что для АЭС теперь необязательно фандрайзить 10 млрд долларов из одного источника - можно собирать меньшие суммы из разных, т.к. по сути модули АЭС независимы друг от друга.

Выбор редакции
05 января, 20:50

Проект ИТЭР в 2018 году

  • 0

ПроектПрошедший год для Международного Экспериментального Термоядерного Реактора ИТЭР (о проекте) стал, для внешнего наблюдателя, наверное, одним из самых спокойных за все годы строительства (с 2009 года). Для меня же лично этот год был отмечен посещением площадки ИТЭР в сентябре 2018 года, поэтому этот ежегодный отчет будет разбавлен личными впечатлениями и фотографиями.Три года назад у проекта официально сменился директор - им стал энергичный француз Бернар Биго. Осознавая сложное положение, в котором ИТЭР находился в момент начала его правления (нарастающее колоссальное отставание графика и перерасходы ставили вопрос о закрытии), Биго предпринял несколько важных управленческих решений, в том числе - создание “всеобъемлющего плана сооружения”. Как известно, графики такого масштаба точно соблюдаются только в момент создания/обновления, и за 2 прошедших года можно констатировать, что 100% следования даже новому графику нет. Однако, ситуация явно лучше, чем было в период 2009-2015 годов, и отставание на сегодня составляет 6-9 месяцев, тем более, что появляются варианты “уплотнения” планов сборки реактора. Величина в пределах года не слишком критична для такого проекта, вопрос в основном - что будет с динамикой отставания дальше? К сожалению, мне кажется - отставание будет нарастать. Одна из остающихся проблем - недофинансирование американцами своей части программы. Хотя масштаб этого недофинансирования в 2018 году был снижен вдвое, оно все равно остается и означает срывы поставок критичных элементов оборудования, которое оплачивает США. Так, например, система водяного охлаждения вакуумной камеры и дивертора была в итоге передана на разработку и производство от США к Евросоюзу в попытке сэкономить деньги и время. Но, очевидно, сроки этой системы все равно сползут. Ситуация с американским финансированием хорошо отражает общую проблему - в наднациональном проекте сталкиваются национальные амбиции, помноженные на амбиции конкретных людей, занятых в проекте из-за чего усложняется работа инженеров разработчиков (и так технически предельно сложная). Закрывая этот “социальный” момент я хочу лишь отметить, что человечество, чем дальше, тем больше будет сталкиваться с масштабными международными проектами и учиться их воплощать. Таким образом и негативный опыт ИТЭР и решения, которые позволяют этот негатив преодолеть ценны сами по себе. Например, если человечество серьезно возьмется за “аварийное” снижение выбросов СО2 - ИТЭР со своим “социальным” опытом тут может принести больше пользы, чем с энергетическим.Однако, вернемся к проекту. 2018 год, сам по себе, в целом прошел в поступательном движении - было создано много нового оборудования термоядерной установки, заработали важные стенды, получены важные научные результаты. В 2019 году ожидается отметка “70% выполненных работ по строительству зданий”. Давайте нырнем в детали. Строительство и монтаж оборудованияОсновная новость 2018 года - строительство пускового минимума практически закончено. Если еще в прошлом году я писал о новых готовых зданиях, то в 2018 году их не было, только достройка. Впрочем, впереди еще полный цикл строительства аж 4 объектов - здания управления комплексом, здания с резисторами сброса магнитной энергии и двух комплексов аварийных дизель-генераторов.За 2018 год самое сложное сооружение - комплексное здание токамака подросло на десяток метров и практически достигло верха по бетонным конструкциям, над которыми, впрочем, еще предстоит возвести крышу из металлоконструкций. Формально, строителям остается примерно год, чтобы закончить бетон, возвести крышу, разобрать промежуточную стенку между зданием предварительной сборки и реакторной шахтой и, наконец, начать сборку реактора.Прогресс в сооружении главного здания 2018 года - между синей и красной линией. Осталось совсем чуть-чуть.Вид на бетонное опорное кольцо реактора в сентябре 2018, буквально через неделю после его завершения. Фотография совсем не передает ощущения масштаба, чуть лучше его можно понять из снятого мной коротенького видеоВпрочем, еще до окончания сооружения, на нижних этажах этого здания была выполнена финишная отделка - этаж B2 уже готов к монтажу многочисленных трубопроводов, кабельных лотков, опор и оборудования.Нижний этаж B2 диагностического здания B74 готов под начало установки оборудованияВ 2018 году также продолжалось насыщения здания токамака не извлекаемыми элементами - в частности, на свои места встали 5 гигантских дренажных баков системы водяного охлаждения токамака и сверхпроводящий фидер (вакуумированная труба с электрическими и гидравлическими коммуникациями) полоидального магнита №4.Сегмент магнитного фидераДренажные баки и конденсаторы системы водяного охлаждения токамака. На фотографии не понятно, но это впечатляющие емкости высотой по 10 метров и диаметром почти в 5. В здании предварительной сборки продолжается монтаж стендов сборки секторов реактора - дело это идет сильно медленнее, чем изначально планировалось. Эти стенды, действительно, не простые устройства - из задача состоит в стыковки трех 300+ тонных элементов сегмента реактора в единое целое, для чего они имеют массу мощных приводов, в т.ч. платформы с 6-осевым позиционированием тороидальных магнитов. Однако долгая возня навевает грустные мысли, что все не так хорошо, как задумано, с проектированием сборки ИТЭР.Работа над первым стендом сборки идет уже больше года.Криокомбинат ИТЭР в 2018 году прошел через грандиозную установку всего крупногабаритного оборудования - абсорционного генератора азота, газгольдеров, криогенных баков, криоректификационных колонн, как и менее заметного, но не менее серьезного оборудования внутри здания: компрессоров, турбодетандеров, теплообменников, систем очистки азота и гелия. Однако к осени активность в здании сильно упала. Проблема связана с тем, что подсистема вентиляции-кондиционирования здания сейчас в перепроектировании, а значит вести многие работы нельзя.Бак для жидкого гелия объемом 125 кубометров - один из последних элементов крупногабаритного оборудования криокомбината.6-мегаваттные компрессоры азота с теплообменной обвязкойА это один из 18 компрессоров гелия мощностью в 2,5 мегаватта. Если приглядется, то можно увидеть, что электродвигатель отстыкован, т.к. окончательныймонтаж будет после завершения всех трубопроводов.Небольшой, но интересный момент - начата установка дверей биозащиты - огромных стотонных конструкций, которые будут закрывать ячейки доступа к реактору и гасить остатки нейтронного и гамма-излучения.Зато неплохо в 2018 году продвинулась электрика. Запущено здание распределительной подстанции постоянных нагрузок, через которое будут обеспечены ~110 мегаватт постоянно работающих устройств - насосов, вентиляторов, секций низкого напряжения и т.п.Угол здания подстанции постоянных нагрузок. Схема предусматривает подключение через 4 трансформатора и распределение энергии на напряжении 22 киловольта. Внутри унылые ряды шкафов и, удивительно удачно - пусконаладка системы управленияНа площадке продолжается сооружение дополнительной системы подземных галерей - плод очередной переработки проектов сетей электроснабжения и охлаждения оборудования. В 2019 году эта активность должна закончится, и площадка постепенно будет становится все красивее (впрочем, на мой взгляд, архитектура зданий и так уже отпадная). Системы сброса тепла (мощностью в 1150 мегаватт) в 2018 году была закончена в строительной части - и хотя есть отставание от графика минимум на полгода, в 2020 году она, видимо, будет запущена.Панорама строительства системы сброса тепла на весну и моделька того, что тут будет установлено. В целом систем состоит из 20 вентиляторных градирен, двух заглубленных буферных бассейнов для холодной и горячей воды и более 30 мощных насосов и теплообменников.Панорама на конец года. Градирни уже собираются, но вот переплетение труб и оборудования еще собирать не начали.Производство оборудованияПервым элементом, с которого начнется в 2020 году сборка токамака должно быть основание криостата, уложенное на опорное кольцо на дне шахты реактора. Постояв на этом кольце, могу отметить, что 30-метровый диаметр детали полностью стирает ощущение, что это машиностроительное изделие. В 2019 году основание криостата должно быть закончено в основной геометрии, однако, как мне кажется, наварка мелких элементов - креплений датчиков, тепловых экранов, кабелей и т.п. не позволит в 1 квартале 2020 года начать сборку реактора. Впрочем, за сдвиг этой даты конкурирует много других проблем.На данный момент днище основания и опорное кольцо готовы и идет выставка и приварка промежуточной обечайки 5 метровой высотыМой кадр места сварки двух сегментов кольца. Здесь толщина достигает 200 мм, т.к. на этом кольце будут стоять опоры вакуумной камеры и тороидальных колец (по сути - весь реактор весом около 15000 тонн). В этом кольце еще предстоит насверлить множество немаленьких отверстий под крепежные болты - это можно будет делать после сварки всего основания и выверки геометрии.На соседнем стапеле с основанием в 2018 была собрана вторая снизу “деталь” криостата - нижний цилиндр. В целом этот момент радует, сварка заняла примерно 1,5 года, и уложилась в срок.Опять же, повторюсь, фотографии не способны передать масштаба этих деталей. Даже живьем и предварительным знанием размеров это не кажется машиностроительными изделиями.Продолжается впечатляющий прогресс производства сверхпроводящих магнитов ИТЭР, не устаю повторять - самых грандиозных магнитов в истории человечества. Если 2017 год закончился готовностью первого намоточного пакета (т.е. сверхпроводящей части) и первого силового корпуса магнита тороидального поля, то к концу этого года был проведен криотест пакета и сборка в корпус катушки тороидального поля.В 2019 году на этом объединенном корпусе предстоит заварить все смыкания, заполнить пространство между пакетом и корпусом эпоксидной смолой, выполнить мехобработку корпуса в финальный размер и провести окончательные испытания - в конце 2019 года первая (из 18) катушка TF отправится на площадку для монтажа, что будет грандиозной победой.В тоже время продолжается производство чуть более слабых и простых (но не менее грандиозных по размерам) катушек полоидального поля - PF6 в Китае (готовы все галеты, т.е. модули из которых она собирается, идет сборка всей конструкции), PF5 на площадке ИТЭР (намотаны уже 6 галет из 8), PF1 в России.Макет в 1/8 будущей сверхпроводящей катушки PF5 сделанный из распиленной на части первой опытной галеты на фоне вакуумно-нагнетательной камеры для окончательной изоляции всей сборки. Справа виднеется криостенд для испытаний будущей катушки, которые пройдут чуть больше, чем через год.В США продолжается создание самого большого магнита в мире - 1000 тонного центрального соленоида ИТЭР, который будет состоять из 6 модулей. В 2018 году было закончено создание и настройка последнего технологического поста производства (криостенда, где модули будут испытываться на герметичность и способность выдерживать рабочий ток), на нем был испытан медный макет, после чего его распилили и убедились, что все производство было выполнено правильно. Уже в 2019 году всю цепочку пройдет первый модуль, а всего в производстве находятся уже 5 из 6.Распиленный макет модуля центрального соленоида. Более 400 витков сверхпроводящего кабеля с максимальным током в 55 килоампер в очень жесткой стальной рубашке разделены стекловолоконной электрической изоляцией, которая должна выдерживать до 15 киловольт без пробоя. Магнитная система ИТЭР будет иметь сверхмощный силовой элемент из шести стеклопластиковых колец диаметром более 5 метров и сечением 350х350 мм, которые обеспечат необходимую жесткость магнитной системы против расталкивающих пондемоторных сил. Для тестирования колец в 2018 году был построен стенд, который может создать распирающее усилие в 36000 тонн.Европа в 2018 году завершила создание прототипа крупнейшей криосорбционной помпы в мире - вакуумного насоса, который будет обеспечивать поддержание рабочего вакуума в тороидальной камере. Подписан договор на поставку этого одного из ключевых элементов токамака.Испытания криосорбционной помпы в лаборабории. Вес устройства - 8 тонн, длина 4 метра, диаметр - 1700 мм.Так же Европа (отвечающая за создание почти половины оборудования ИТЭР) изготовила в 2018 году прототип кассеты дивертора и один из приемников плазмы. Напомню, что дивертор отвечает за откачку плазмы для постоянной чистки от “термоядерного пепла” - лишнего гелия и загрязнений, которые хватает плазма со стенок.Корпус кассеты дивертора. Внутри эта штука будет охлаждаться водой (она пустотелая), а сверху на нее будут крепится три мишени для прилетающей плазмы, набранные из блочков вольфрама, внутри которых проложены трубки охлаждения. Всего дивертор будет состоять из 54 таких кассет.Одна из трех вольфрамовых мишений для плазмы, изготовленная в Европе во время тепловых испытаний в питерском НИИЭФА на стенде Цефей.Вольфрамовые блочки диверторных поверхностейВажным, как мне кажется, трендом 2018 года стало разворачивание производства множества мелких элементов ИТЭР - прежде всего измерительных датчиков: магнитного поля, токов, температур, потоков жидкого гелия.На данном фото - датчик магнитного поля, предназначенный для установки в жестких условиях внутри вакуумной камеры (радиация, температура до 200 С, вакуум).Китай в 2018 году изготовил первые опоры магнитов - наряду с тем, что это просто большие сложные изделия из нержавеющей стали, они еще и активно охлаждаемые и в целом требуют наличия довольно нетривиальной металлообработки. Кроме того в Китае заканчивается создание первого корректирующего сверхпроводящего магнита, одного из 18, необходимого для улучшения равномерности магнитного поля и уменьшения потерь тепла плазмой.Корректировочный магнит опускается в свой силовой корпусОпора тороидальной катушки, которую собирали выше. В работе верх этой опоры будет охлаждаться до ~30 K а низ будет иметь почти комнатную температуру.Металлообработкой занимается и Южная Корея в проекте, не сумевшая согласно планам в 2018 году завершить первый сектор вакуумной камеры, запредельно сложное изделие весом 300+ тонн, представляющее собой двухстеночный сосуд двойной кривизны со стенками в 20-60 мм. В настоящий момент изготовление вакуумной камеры явно лежит на “критическом пути”, т.е. определяет сроки выполнения проекта.Активно охлаждаемые тепловые экраны будут разделять горячую вакуумную камеру и холодные сверхпроводящие магниты. Благодаря вакууму и активному охлаждению гелием до ~90 К они снизят тепловую нагрузку на магниты в ~100 раз. На фото - первый собранные в Южной Корее сектор экранов.А вот европейская небольшая часть будущей вакуумной камеры (это часть стенки, образующей внутренний циллиндр вокруг центральной дырки тора - один из 9 подобных сегментов)В России, тем временем, в 2018 году успешно прошли испытания крутейших быстродействующих коммутаторов тока на 45 килоампер и 8 киловольт - они необходимы для создания скачков магнитного поля, нужных для запуска токамака. В ближайшие годы необходимо поставить на площадку несколько десятков таких блоков для монтажа на площадке ИТЭР.Кроме того, продолжают производится и испытываться гиротроны - мегаваттные радиолампы, 8 штук которых должна поставить Россиия, и которые будут обеспечивать пробой и нагрев плазмы в токамаке. Интересно, что для обоих систем радиочастотного нагрева требуются высоковольтные мощные источники постоянного тока, и по ним в 2018 году тоже были успехи, например в Европе был успешно испытан набор источников для пары гиротронов.Наконец, новость про лабораторию тестирования нейтральных пучков (NBTF) в Black… эээ, в итальянском городе Падуя. Нейтральные пучки дейтронов мощностью 30+ мегаватт - важнейшая подсистема нагрева плазмы и один из самых наукоемких узлов. В этом году в строй в лаборатории NBTF был введен стенд SPIDER, на котором должна пройти отработка создания долговременных пучков отрицательных ионов током до 40 ампер (это в ~4 раза превосходит текущий рекорд) необходимой геометрии.Стенд SPIDER - вакуумная бочка в ближайшем конце которой установлен источник отрицательных ионов. С этой стороны видны в основном всякие электрические и гидравлические коммуникации.С обратной стороны видны небольшие отверстия через которые будут электрически вытягиваться лучи отрицательных ионов.В этом же здании сооружается следующий, еще больший стенд MITICA, где пучки будут не только создаваться, но и электростатически ускорятся до 1 МэВ, нейтрализоваться и очищаться от остаточных ионов - в общем все то, что требуется от инжектора нейтрального пучка ИТЭР, только без самого ИТЭР. В частности в 2018 году здесь сильно продвинулись в сооружении мегавольтного источника питания ускорительной системы и сделали заказ промышленности на внутренние кишочки MITICA. Элементы ускорительной системы MITICA - справа сложный радиочастотный источник отрицательных ионов, а слева концептуально простые, но адские сложные в изготовлении ускоряющие сетки, каждая из которых отделена 200 киловольтным потенциалом от предыдущей.Высоковольтная платформа источника отрицательных ионов MITICA, которая в работе будет находится на потенциале -1 мегавольт.ЗаключениеПостоянно появляющиеся проблемы, скольжение сроков рамках ИТЭР, конечно, вызывают и легкое разочарование, и сомнения, однако, как мне кажется, это карма любого большого проекта, тем более настолько рекордного сразу во множестве областей. Главное же, что проект движется вперед, и движется неплохо, по большинству позиций оборудования выполняя его в срок и с нужными параметрами. Будем надеятся, что наметившиеся сложности с планированием работ и монтажом оборудования на площадке ИТЭР уйдут и дата первой плазмы в декабре 2025 будет не слишком сорвана. Ну а я продолжу рассказывать о проекте и в частности в скором времени напишу подробный отчет о своей поездке на площадку.

Выбор редакции
02 января, 16:12

Мировая ядерная энергетика в 2018 году

  • 0

Сухая статистика.В 2018 году атомная энергетика отыгралось за провалы 2017 года - было подключено к сети 10400 мегаватт новых мощностей (против 3305 мегаватт в 2017), и при этом закрыто 2827 мегаватт старых, таким образом общая мощность АЭС выросла на 7,57 ГВт с 392.6 ГВт до 400,2. За 4 последних года, в итоге, изменения мощности выглядят так: 2015 год +7,9 ГВт, 2016 год +9,2 ГВт, 2017 год +1,075, 2018 +7,6  - в среднем ~6,4 ГВт прироста в год. Ядерный ренессанс второй половине 2000х во всей красе. В отличии от меня, база PRIS считает момент рождения новых блоков слегка невнятно - где-то это первое подключение к сети, а где-то "начало коммерческой эксплуатации", т.е. окончания всяческих испытаний на мощности, которые в среднем занимают примерно полгода после первой критики реактора (по которой обычно считаю новые блоки я). Отсюда будет некое расхождение с предыдущим годовым постом, и может быть конфликты с другими статистиками по датам. Всего в строй встало 9 новых энергоблоков, было окончательно остановлено 3 старых, начато строительство 5 новых (причем 3 из них - Росатомом). Все пущенные блоки относились к технологии PWR/ВВЭР, т.е. двухконтурных реакторов с водой под давлением. Давайте посмотрим на них ближе. Новые блоки1. Итак, первым в 2018 году в новую коммерческую эксплуатацию вошел пущенный еще в 2017 году 4 блок Ростовской АЭС, классический ВВЭР-1000. Полезная мощность блока, которую засчитывает PRIS - 1011 мегаватт, полная (из которой вычитаются расходы на собственные нужды блока) - 1070 мегаватт. Строительство блока началось в 2010 году, физпуск произведен 29.12.2018. Вид на герметичное отделение реактора 4 блока Ростовской АЭС во время монтажа - бассейн выдержки ОЯТ, перегрузочная машина и за ней - шахта реактора.2. Второе подключение к сети в 2018 году так же произведено в России на 1 блоке Ленинградской АЭС-2. Энергоблок с ВВЭР-1200 "ленинградской версии" (как обычно у нас, одного типа нового гигаваттного блока на страну мало - для ВВЭР-1200 есть "московская" версия, которые сооружаются на НВАЭС и вот "ленинградская") потроен в рамках замещения мощностей выбывающей ЛАЭС-1 (как известно 1 блок этой ЛАЭС был остановлен навсегда 22 декабря 2018 года, так что замещение подоспело как раз вовремя). Сооружение блока заняло около 10 лет и обошлось в 160 млрд рублей. Первый блок ЛАЭС во время строительства.3. Все оставшиеся пуски 2018 года произошли в Китае, и первым китайцем стал 5 блок АЭС Yangjiang с реактором типа ACPR-1000, который был подключен к сети 23 мая 2018 года. Интересно, что это очередной китайский блок, который прошел путь от первого бетона до подключения к сети меньше, чем за 5 лет (18.09.2013-23.05.2018). Ну и как можно понять, это 6 блок в 6-блочной АЭС реакторами типа CPR-1000, CPR-1000+ и ACPR-1000 - все это эволюционное развития французского реактора типа CP0. Панорама АЭС Yangjiang. Пятый блок тут второй слева. 4. Следующим китайским блоком, подключенным к сети 30 июня стал 1 блок АЭС Тайшань (Taishan) с мощнейшим реактором в мире EPR-1700 (1660 мегаватт полезной мощности) французской конструкции. Я подробно писал и про реактор и про его приключения (от начала первой стройки с этим типом до пуска прошло почти 13 лет) и про конкретный пуск на Тайшане. Остается только добавить, что после подключения к сети у разработчиков возникли проблемы с АСУТП, которые не позволяли вывести блок на полную мощность, однако еще до конца 2018 года эти проблемы были решены и в декабре блок вошел в коммерческую эксплуатацию. Что ж, поздравляем французских разработчиков РУ и китайских строителей. Турбогенератор Тайшань-1 - крупнейшая паровая турбина в мире.5. Сразу после долгожданного пуска первого западного проекта поколения III+ (после ВВЭР-1200, APR-1400 и ABWR, тоже в некотором смысле претендовавших на "III+") последовал пуск  Саньмень (SANMEN) с реактором типа AP-1000 (опять претендента на III+. На самом деле критерии этой классификации так размыты, что записать туда можно много чего). Этот проект задержался по сравнению с первоначальными планами на почти пять лет и стал в итоге очень громким и скандальным. Подробнее об этом событии в отдельном посте а еще в одном - описание технологических особенностей AP-1000. Здесь только добавлю что реальная полная мощность AP-1000 порядка 1250 мегаватт, т.е. он мощнее даже ВВЭР-1200 и сравним с ВВЭР-1300. А в зачет PRIS записало для Sanmen-1 1157 МВт полезной электрической мощности.Первые два блока АЭС Саньмень в процессе строительства. В целом запланированно еще 4 блока с AP-1000/CAP-1000, но пока это продолжение зависло по политическим причинам.6,7,8. Здесь китайцы решили удивить весь мир, после первого AP-1000 были сразу запущенны еще три блока этого типа (первый раз в истории за один квартал вводятся сразу 4 новейших блока) - Саньмень-2 24 августа, Хаянг-1 (HAIYANG) 17 августа и Хаянг-2 13 октября.  Первый блок АЭС Haiyang с реактором AP-1000. Выглядит, на мой взгляд, довольно прикольно. 9. Наконец, последним подключением 2018 года стал 5 блок АЭС Таньвань с реактором ВВЭР-1000, таким образом все три основных иностранных конкурента на китайском рынке показали в 2018 году свои возможности. Еще 990 мегаватт в китайскую копилку.Четверка блоков Тяньваньской АЭС, построенных китайцами по отчественному проекту ВВЭР-1000. ЗакрытияОкончательные остановы в 2018 году, как обычно, были более разнообразны по облику закрываемых АЭС. Первой в 2018 году ушла на покой одноблочная АЭС Oyster Creek, расположенная в штате Нью Джерси, США. АЭС с кипящим реактором типа General Electric BWR-2 в контейнменте Mark-1 (ровно такая же конфигурация, как 1 блоке АЭС Фукусима) была подключена к сети 1 декабря 1969 года и имела лицензию на работу до 1 декабря 2029 года.Основной причиной закрытия стала нерентабельность АЭС в условиях дешевого газа и необходимости выполнять работы по модернизации АЭС в условиях найденных регулятором проблем с оборудованием АЭС. В фонде ликвидации АЭС за 49 лет работы успела накопить 982 млн доллара, которых, по видимому хватит на полную ликвидацию станции по схеме "зеленая площадка + сухое контейнерное хранилище ОЯТ". В настощее время АЭС выкупила фирма Holtec, которая на деньги фонда берется за 8 лет выполнить вывод из эксплуатации и ликвидацию станции. Учебный тренажер щита управления энергоблоком АЭС Oyster Creek 3 октября на покой ушла двухблочная Тайваньская АЭС Jinshan (или Chinshan - встречаются разные транскрипции), сразу обееми блоками. Это так же 2 General Electric BWR-4 в контейнментах Mark-2, мощностью по 604 мегаватта электрических, пущенные 10 декабря 1978 и 15 июля 1979 года. АЭС закрыта в рамках "планового" непродления лицензии за 40 летний рубеж в условиях сворачивания Тайванем атомной энергетики. Правда, уже после закрытия, был проведен референдум, где народ Тайваня высказался за наличие атомных мощностей на острове, что стало неприятной новостью для антиатомно настроенного правительства. Тем не менее, на судьбе Jinshan это уже никак не скажется. Владелец АЭС депонировал ~600 млн долларов на будущую разборку АЭС, которая, впрочем, будет растянута минимум на 25 лет, так что сумма еще наверняка вырастет. Наконец, 22 декабря был остановлен 1 блок Ленинградской АЭС - первенец советской серии реакторов типа РБМК и гигаваттных энергоблоков. Подключенный к сети 22 декабря 1973 года он отработал ровно 45 лет и был остановлен по плановому непродлению лицензии в условиях нарастающей стоимости содержания энергоблока и наличия замещающих мощностей. За пять лет до остановки на 1 блоке ЛАЭС была проведена большая "хирургия" на искривляющейся графитовой кладке. Как и у остальных РБМК, здесь есть проблемы с выводом из эксплуатации - сложная обширная конструкция, наличие 2000+ тонн облученного графита подразумевают, что доведение ЛАЭС до "зеленой площадки" будет очень долгой и дорогостоящей процедурой. Пример того, как это делается, можно посмотреть в этой статье Начатое новое строительствоВ 2018 году стартовало строительство всего 5 блоков, причем 3 из них - проекты Росатома. Формально первым "первым бетоном" в 2018 стало начало строительства 1 блока АЭС Аккую в Турции с реакторами ВВЭР-1200. Однако в реальности первый бетон был залит где-то в октябре 2018 года.  Эта АЭС должна стать первой в Турции, имеющий большой дефицит энергомощностей, однако в силу непростых отношений Турции и России, проект имеет определенные шансы никогда не дойти до пуска реактора. 29 апреля был залит первый бетон в фундаментную плиту 1 блока Курской АЭС-2 с реактором ВВЭР-1300/ТОИ, здесь уже расхождений реальной и формальной даты не было. Это второй проект замещения АЭС с РБМК (теперь, как понятно, Курской) и заодно первая АЭС с реактором ВВЭР-ТОИ, который, по задумке проектировщиков, должен стать дешевле, проще и быстрее возводится. Оценить простоту, скорость и дешевизну можно будет лет через 5-8.Наконец, 14 июля 2018 года в присутсвии премьер-министра Бангладеш, первый бетон был залит в основание 1 блока АЭС Руппур.  Двухблочная АЭС Руппур с ВВЭР-1000 сооружается в стране, где средняя мощность электрогенерации не превышает 6 ГВт в районе энергоузла Bhemara на берегу реки Падма (нижняя часть Ганга). С учетом жесткого энергодефицита в 160-миллионной стране, проект имеет все шансы быть реализованным.  Установка закладной детали Устройства Локализации Расплава (УЛР, так же известная как "ловушка расплава" на фундаменте "ядерного острова", АЭС Руппур. В сентябре эстафету первых бетонов у Росатома переняла корейская KHNP, возобновив строительство 6 блока АЭС Shin Kori с реактором APR-1400. Этот блок стартовал еще в 2016 году, однако после избрания нового "зеленого" президента Южной Кореи Мун Джэ-ина это строительство было приостановлено. Сооружение Shin Kori 6.Финальным "новичком" 2018 года является первых блок АЭС Hinkley Point C с реактором EPR-1700. Новая английская АЭС, известная своей невероятно высокой стоимостью сооружается довольно споро, но при этом о каком-то подобии "первого атомного бетона" было заявлено только в декабре 2018 года, хотя уже летом 2018 года ситуация выглядела такНе понимаю, как эта круглая штука может не быть основанием "ядерного острова" блока, а бетон в ней быть неядерным, ну да ладно. Так или иначе, EDF объявило о первом ядерном бетоне, ознаменовав начало официального строительства пятого реактора проекта EPR-1700 в мире.  Таким был 2018 год с точки зрения главных событий ядерной энергетики. Надеюсь, в ближайшем будущем так же написать о планах пусков на 2019 год, как я делал это в прошлом году, что бы можно потом было оценить "сбываемость". Ну и всех с наступившим Новым Годом!