Источник
Ядерная энергия - LiveJournal.com
17 января, 10:56

Обзор термоядерных стартапов мира, часть I

  • 0

Думаю, очень полезным будет сделать обзор стартапов работающих в области термоядерной энергии. Почему стартапов, а не университетских научных команд, скажем? Стартап - это форма организации проекта с четко поставленной практической целью, и такая форма позволяет максимально жестко и четко тестировать разнообразные идеи практикой. В то время, как задача науки в целом - это добыча знаний без какой-то особой сортировки на “полезные” и “бесполезные” (бесполезные когда-то знания о том, что ток в проводе вызывает появление магнитного поля определяют нашу жизнь сегодня).Спасибо за помощь в создании статьи Андрею Гаврилову.Я попробую не только перечислить стартапы, но и оценить их “продвинутость” на этой магистральной дороге - от идеи о работающих термоядерных электростанций, построенных на базе этой идеи. Кроме того, я дам краткую характеристику по отношению экспертного сообщества к той или иной концепции термоядерного реактора. Для того, чтобы оценивать технологическую зрелость, предлагаю ставить баллы от 1 до 7 в соответствии с такой табличкойНу давайте начнем с чего-то хорошо известного1. Организация: ITER. Технический уровень: 6.1. Год старта проекта: 1992Ключевые люди Dr. Bernard Bigot, Dr. Robert Aymar, академик Евгений Велихов, Dr. Gunter Janeschitz, Dr. Osamu Motojima , Dr. Won Namkung, : Сайт: https://www.iter.org/Описание концепции: Классический токамак - тороидальная камера для магнитного удержания термоядерной плазмы. На этой концепции достигнуто максимальное Q (отношение мощности нагрева к термоядерной мощности), намного обгоняющее остальные идеи. ITER является наиболее продвинутым термоядерным реактором, позволяющим получать устойчивую горящую термоядерную плазму. Однако проект не является на самом деле стартапом, направленным на практическую пользу, что не позволяет его сравнивать с другими участниками этого списка.Экспертная позиция: Токамаки показали себя как наиболее успешная идея термоядерного реактора, однако она имеет фундаментальные ограничения, практически не позволяющие работать с другой, кроме DT термоядерной реакцией, а также на сегодня видны большие инженерные сложности по созданию промышленных энергетических реакторов на базе этой концепции (плотность мощности на диверторе, срывы, устойчивость конструкции под нейтронным излучением и т.п.)2. Организация: Tri Alpha Energy. Технический уровень: 4.0. Год старта проекта: 1998.Ключевые люди: Dr. Michl Binderbauer, Сергей Путвинский, Norman Rostoker, Сайт: https://tae.com/Описание концепции: Beam driven FRC - удержание плазменного вихря, называемого FRC с помощью инжектируемых тангенциально пучков нейтралов. Пучки нейтралов также обеспечивают часть синтеза. Концепция отличается очень удачной физикой, что теоретически позволяет освоить не только DT и DD реакции, но и pB11. В свою очередь pB11 означает практически полное (по сравнению с DT) отсутствие радиоактивных отходов, широко распространенное дешевое топливо, инженерную простоту реактора. Еще одним плюсом является меньшая по сравнению с токамаками мощность, при которой “сходится” реактор. К минусом можно отнести гораздо меньшую изученность и возможные подводные камни. (моя статья по проекту)Экспертная позиция: Идея Нормана Ростокера из середины 90х была проверена командой TAE в 2000х и оказалась работающей. В частности, время удержание FRC было поднято с сотен микросекунд до десятков миллисекунд, нащупан скейлинг. В настоящее время TAE набрало ~500 млн инвестиций, обладает командой, включающей в себя многих “звезд” управляемого термоядерного синтеза.Скейлинги TAE показывают очень серьезный прогресс и возможность достижения обозначенных целей.3. Организация: Hellion Energy. Технический уровень: 2.5. Год старта проекта: 2005.Ключевые люди: Dr. John Slough, Chris Pihl, Dr. George VotroubekI Сайт: www.helionenergy.com/Описание концепции: Идея опять Нормана Ростокера - два FRC вихря разгоняются магнитной системой, сталкиваются, переводя кинетическую энергию в нагрев, и сжимаются (другой) магнитной системой до термоядерных параметров. Импульсный реактор.Экспертная позиция: Считается, энергетический реактор на этой концепции построить весьма сложно как с точки зрения физики, так и с точки зрения инженерии. Однако основатели Hellion Energy полны оптимизма, и в последнее время перешли от проработок элементов плазменной машины к созданию реактора, который должен проверить масштабируемость идеи. Одна из темных лошадок рынка. Юмористическая оценка сложностей этой концепции от автора другой концепции в данном списке.4. Организация: General Fusion. Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 2002Ключевые люди: Dr. Michel Laberge, Michael Delage Ссылка на сайт: http://generalfusion.com/Описание концепции: Идея, в чем-то схожая с предыдущей - адиабатическое сжатие двух столкнувшихся FRC. Однако здесь сжимающей средой выступает гигантская капля жидкого металла, в которой паровыми молотами(!) возбуждается сходящаяся сферическая волна. (моя статья по проекту)Экспертная позиция: Данная концепция имеет длинную историю развития технологии “имплозии металлическими лейнерами замагниченных плазменных мишеней”, и ноги у нее растут из проекта LINUS 1972 года. Идея неплохая на бумаге, но мало исследованная экспериментально. Это видно и по General Fusion - стартап уже ~10 лет очень неплохо финансируется (собрал больше 130 млн долларов), и должен был по планам достичь технического уровня ~3 еще 4 года назад. Однако практически каждый элемент машины вызывает затруднения и цепочку НИОКР, проблемы множатся, а будущее становится более туманным. В настоящее время достижение технического уровня 3 планируется в 2021 году. 5. Организация: Compact Fusion Reactor (Lockheed Martin). Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 2010Ключевые люди: Dr. Tom McGuire, Mr. Charles Chase Сайт: https://lockheedmartin.com/us/products/compact-fusion.htmlОписание концепции: Открытая ловушка с внутриплазменными диполями. Позволяет, как и все открытые ловушки достичь высокой доли использования давления магнитного поля (в отличии от токамаков), а значит доступны реакции DD, DHe3. Экспертная позиция: На самом деле, этот тип магнитных ловушек концептуально уходит еще в 60е годы, и плотно исследовался теоретически и экспериментально. Но похоже, команда CFR истории не знает, поэтому набивает многие шишки самостоятельно. Интересно, что изначальные планы создать реактор “который помещается в грузовик” уже отброшены, и размеры минимального реактора подросли до 7х22 метра. Если дальше экстраполировать опыт работы с этой концепцией на команду CFR, то скоро они должны узнать, что размещать сверхпроводящие катушки прямо внутри идущей термоядерной реакции мягко говоря “не инженерно” и из лаборатории этой концепции скорее всего не удасться выбраться и в этот раз. 6. Организация: Tokamak Energy. Технический уровень: 3.2. Год старта проекта: 2009Ключевые люди: Jonathan Carling, David Kingham, Michael Graznevitch Сайт: https://www.tokamakenergy.co.uk/Описание концепции: Сферический токамак - геометрический “округленный” обычный токамак, физика в котором благоприятствует более простому получению термоядерной реакции. Является довольно хорошо разработанной концепцией - в мире работает 22 исследовательских сферических токамака, на крупнейшем из которых получены условия Q~0.1 (моя статья по проекту)Экспертная позиция: Сферический токамак обещает зажигание при более простых условиях и меньшем размере, и на первый взгляд из него гораздо проще и дешевле сделать промышленный реактор. Однако сжатая геометрия означает инженерный кошмар и более напряженные условия работы конструкции, в частности в центральной колонне, что может означать простой и быстрый прогресс до технического уровня 5 и полный тупик далее. 7. Организация: Applied Fusion Systems. Технический уровень: 2.2. Год старта проекта: 2015Ключевые люди: Richard Dinan, Dr. James Lambert Сайт: http://appliedfusionsystems.com/Описание концепции: Тоже сферический токамак. Экспертная позиция: Недавно появившийся стартап с неясными перспективами и пока не показавший никакого железа. Один из создателей - ТВ-звезда. 8. Организация: EMCC. Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 1987Ключевые люди: Dr. Jaeyoung Park, Dr. Paul Sieck, Dr. Robert W. Bussard Сайт: http://www.emc2fusion.org/ Описание концепции: Электростатитческое удержание типа Polywell - в центре камеры создается и удерживается магнитным полем облако электронов, к которому притягиваются ионы дейтерия, разгоняются и сталкиваются друг с другом с термоядерной реакцией. Идейно это фузор с виртуальным катодом. Экспертная позиция: Существуют сильнейшие сомнения, что подобная конструкция работоспособна в смысле положительного энерговыхода, однако она привлекательна среди любителей простотой реализации, и “улучшайзинг” поливелов похож обычно на метод научного тыка. Фирма EMCC много десятилетий сосала деньги из американского ВМФ на подобную деятельность, показав нулевой прогресс.9. Организация: Convergent Scientific Inc Технический уровень: 1.5 Год старта проекта: 1987 Ключевые люди: Mr. Devlin Baker, Dr. Joel Rogers, Dr. Matt Moynihan Ссылка на сайт: http://convsci.com/login Описание концепции: Тоже polywell, как и предыдущий стартап.Экспертная позиция: На данный момент фирма, похоже умерла, хотя официально об этом не заявлено. 10. Организация: Fusion One Технический уровень: 1.5 Год старта проекта: 2015Ключевые люди: Mr. Randal Volberg, Dr. Scott Cornish Сайт: https://www.fusionone.co/Описание концепции: Тоже polywell, как и предыдущий стартап. Экспертная позиция: Стартап с максимально сомнительными перспективами - как по выбранной концепции, так и по компетенциям основателей. Зато есть картинки “гигаваттный polywell размером 5.5х5.5х5.5 метра” (т.е. плотность снимаемой термоядерной энергии предлагается 16,1 МВт/м^2 - в несколько раз круче ИТЭР).Продолжение здесь.

17 января, 10:53

Обзор термоядерных стартапов мира, часть II

  • 0

Первая часть здесь.11. Организация: Lawrenceville Plasma Physics Fusion. Технический уровень: 2.8 Год старта проекта: 1998Ключевые люди: Eric Lerner, Dr. Syed Hassan, Dr. Robert Terry Сайт: https://lppfusion.com/Описание концепции: Плазменный фокус - одна из первых идей термоядерного реактора. В торцевом коаксиальном электрическом разряде неустойчивости вызывают сильно сжатие плазменного шнура, приводящее к достижению термоядерных условий.Экспертная позиция: Плазменный фокус давно используется как технология получения термоядерных нейтронов, в т.ч. подобные устройства используются в качестве импульсных источников нейтронов в ядерных бомбах. Технический уровень “плазменного фокуса”, достигнутый в военных научных центрах США и России неизмеримо выше, чем показывает LPPX. В частности, полный ток военных установок на порядок выше. Отсюда можно сделать вывод, что никаких перспектив по созданию термоядерного реактора у стартапа нет, иначе бы этот подход был бы использован специалистами по УТС на госзарплате.12. Организация: First Light Fusion. Технический уровень: 1.1. Год старта проекта: 2015Ключевые люди: Paul Hoolligan. Сайт: http://firstlightfusion.com/Описание концепции: Коллапс сферической мишени с термоядерным топливом проходящей скоростной ударной волной в жидкости. (презентация)Экспертная позиция: На данный момент это практически ничем не подтвержденная голая концепция, тем не менее получившая какие-то деньги на экспериментальную проверку. ===На этом классические стартапы, развивающие свои идеи на деньги частных инвесторов и гранты заканчиваются, но есть еще несколько проектов, которые в любом момент могут стать стартапом, и стоит о них упомянуть:Проект: CT Fusion (Dynomak). Технический уровень: 2.0.Ключевые люди: Dr. Tom Jarboe, Dr. Aaron Hossack, Mr. Derek Sutherland Сайт: http://www.ctfusion.net/Описание концепции: Магнитная ловушка, где плазма удерживает себя сложно закрученным вмороженным магнитным полем. По мнению создателей эту концепцию можно довести до термоядерных параметров. (моя статья по проекту)Экспертная позиция: Университетский проект, который пытался стать токамаком, и рисовал быстрый прогресс до электростанции. Преимуществом концепции является отсутсвие большой и тяжелой магнитной системы, минусом, по видимому, неясные перспективы масштабирования. Проект:Hyper-V + The PLX . Технический уровень: 2.0. Ключевые люди: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon,Сайт: http://www.hyperv.comОписание концепции: Еще один вариант сжатия замагниченной мишени лейнером, в данном случае плазменным из тяжелых благородных газов. В чем-то схож с General Fusion. Сферическая плазменная DT мишень должна сжиматься прилетающими со всех направлений плазменными пучками, которые генерируются плазменными пушками. Экспертная позиция: Умеренно интересная концепция, которая уже примерно 10 лет находит деньги на эксперименты в ядерных лабораториях США. Из всех импульсных концепций имеет преимущество полностью газовой мишени и драйверов, что позволяет не заботится изготовления новой мишени и уборки обломков старой 10 раз в секунду. С другой стороны с точки зрения параметров сжатия данный эксперимент уже 5-7 лет не показывает особого прогресса, зато показывает прогресс по усложнению планируемого реактора - дорожка, которая чаще всего ведет на кладбище термоядерных концепций. Проект: MIT ARC. Технический уровень: 2.5. Ключевые люди: B.N.Sorbom, J.Ball, T.R.Palmer, F.J.Mangiarotti, Сайт: https://arxiv.org/pdf/1409.3540Описание концепции: Еще один вариант токамака - с сильным полем. Увеличив поле в 2 раза (что инженерно очень сложно) можно получить прирост мощности в том же объеме плазмы в 16 раз. Концептуально здесь обостряются проблемы с первой стенкой и дивертором, однако выигрыш заметен на глаз. К сожалению, в мире работало мало токамаков с сильным полем, и это направление еще требует своих промежуточных установок. (моя статья по проекту)Экспертная позиция: ARC от плазменной лаборатории известного университета MIT представляет собой сплав ярких идей - высокопольный токамак с разборными высокотемпературными сверхпроводящими магнитами, жидкосолевым бланкетом, сокращением систем поддержания тока и т.п. К сожалению, все это великолепие позволяет нарисовать очень классную машину, легко кладующую ИТЭР на лопатки, но в реальности может потребовать десятилетий НИОКР и нахождения проблем, которые заведут токамаки с сильным полем в тупик ровно так же, как и традиционные. Так, например, не так давно было обнаружено, что проводящая жидкость, которую качают поперек сильного магнитного поля может образовывать обратные прокачке течения - такие находки заставляют полностью пересматривать идею создания простых жидкосолевых бланкетов Проект: NumerEx. Технический уровень: 1.5.Ключевые люди: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon, Сайт: http://www.hyperv.comОписание концепции: Еще один представитель концепций с сжатием замагниченной плазмы, фактически реанимация идеи LINUS 1972 года. В быстро вращающейся полости цилиндрической формы налит жидкий металл (расплавленный NaK или Li), который раскидан центробежной силой по стенкам и есть пустой канал в центре. В канал инжектируется замагниченная плазменная мишень, а с помощью газовых поршней, металл вытесняется ближе к центру, схлопывая канал и сжимая плазменную мишень. Экспертная позиция: Концепция LINUS и ее развитие в NumerEx с точки зрения физики довольно неплохи. Однако, даже базовые экспериментальные установки требуют сложной инженерии - рекордных сразу по нескольким параметрам газовых клапанов, больших вращающихся машин, интеграции всего этого с высоким вакуумом и деликатными плазменными инжекторами. Путь к проверке концепции на скейлинг будет не дешевым и не быстрым. С этой точки зрения, творческое переосмысление и инженерная оптимизация, проведенная General Fusion выглядит весьма правильной работой, которую очень сложно переплюнуть. Проект: ГДМЛ. Технический уровень: 3.5. Ключевые люди: А.А. Иванов, П.А. Багрянский, А.Д. Беклемишев, Сайт: http://www.inp.nsk.su/Описание концепции: Открытые ловушки представляют собой простейший вариант магнитного удержания термоядерной плазмы - реакторы постоянного действия. За свою длинную историю они имели несколько взлетов и падений, и достижение новосибирской команды из ИЯФ внушают оптимизм по поводу возможного внезапного выхода ОЛ в фавориты. (моя статья по проекту)Экспертная позиция: Проект ГДМЛ сочетает в себе как уже проверенные экспериментально, так и пока остающиеся теоретическими идеи, которые вместе оценочно позволяют собрать один из самых лучших (с точки зрения экономики и доступных термоядерных реакций) реакторов среди всех возможных. В настоящий момент упор ИЯФ - на проверке дополнительных идей, которые, в случае реализации, позволяют сделать минимальный ГДМЛ-реактор размерами около 30х3 метров. Удивляет пока только то, что в мире нет ни одного стартапа, который заявил бы в качестве концепции открытую ловушку, видимо по той причине, что повторить опыт и экспериментальную базу ИЯФ слишком дорого для стартапа. Проект: MagLIF. Технический уровень: 3.1. Ключевые люди: A.B. Sefkow, S.A. Slutz, J.M Koning Ссылка на обзор: http://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.4890298Описание концепции: Еще один представитель систем со сжатием замагниченных плазменных мишеней. Небольшая цилиндрическая мишень с DT газом нагревается и ионизируется через торец импульсом мощного лазера. В ионизированной плазме внешней катушкой наводится сильное затравочное поле (~10T), после чего через мишень пропускается продольный ток в 25 мегаампер. Магнитное поле тока сжимает мишень по радиусу примерно в 100 раз, заодно разогревая топливо до термоядерных параметров, после чего происходит зажигание. (более подробное описание на русском)Экспертная позиция: MagLIF - одна из самых красивых термоядерных концепций, появившиеся за последние 10 лет, и продемонстировавшая в 2014 году очень хорошие экспериментальные результаты (полного согласия с теорией помешало добится неучтенное "вбивание" внутрь плазмы окна для пропускания лазерного излучения). Видимо, физически эта концепция может добраться до высокого энерговыхода - если создать установку, обеспечивающую импульсный ток в 70 мегаампер, то энерговыход будет в 1000 раз выше энергозатрат.Впрочем, как и у любых импульсных систем у этой есть две важные сложности, препятствующие реализации электростанций на базе концепта. Это необходимость собирать сложные высокотехнологичные мишени примерно раз в секунду, и вводить их в рабочую камеру, а так же сама рабочая камера, в которой будет взрываться где-то одна тонна тротилового эквивалента каждую секунду. По этим причинам мы врядли когда-нибудь увидим электростанцию с импульсным термоядерным реактором, однако физика тут интересная...===В заключение хочется отметить, что все эти стартапы находятся в США, Канаде и Великобритании. Хотя наиболее благоприятный рынок для развития термоядерных электростанций - наверное Китай, ЮВА, и континентальная Европа (замена угольных ТЭС). Можно сделать вывод, что для инвесторов из других стран это направление пока кажется слишком рискованным и “длинным”. И делая такой вывод можно пойти дальше - как только мы увидим первые тайваньские, южнокорейские, японские и китайские стартапы на околотермоядерную тематику, то можно с большой уверенностью говорить, что время термоядерной энергетики пришло.

Выбор редакции
09 января, 00:07

ИТЭР переходит на большой масштаб

  • 0

Очень крутые фоточки произошедшего в декабре выложили на Iter.org только в январе, поэтому пара событий не успела войти в "годовой отчет"Первая новость особенно радует меня. Три года назад, когда я писал про тороидальные катушки, существовали только кабели, из которых их должны были мотать, а создание полноразмерной катушки все как-то откладывалось и уползало в будущее. И вот, внезапноНа фото примерка первого корпуса тороидальной катушки на Hundai Heavy Industries, которую производили 18-19 декабря. Примерка одной половины корпуса, изготовленной тут же, к другой, изготовленной в Японии. И вот что получилосьНастоящая полноразмерная катушка, со всеми элементами! Фантастика! Весит эта нержавеющая красота 190 тонн. Точность изготовления - вот:Здесь видно, как сошлись две половинки выреза под сварку на двух деталях. Общий размер - 16х9 метров, получившийся допуск - 0,75 мм.Напомню, как это все будет выглядеть в сбореЭти детали корпуса в январе должны отправится в Италию на производство SIMIC, где уже лежит собственно сверхпроводящий магнит, который будут вставлять в корпус, заваривать и проводить холодные испытания получившейся конструкции. На SIMIC соберут 10 катушек, а еще 9 - на производстве Mitsubishi в Японии.Сверхпроводящий магнит, который ляжет внутрь корпуса.Но это еще не все. На площадке ИТЭР в ночь с 18 на 19 прошли испытания крановой системы в здании предварительной сборкиНагрузка весом 1875 тонн была поднята спаркой кранов, и перемещалась по программам, которые запланированы для элементов токамака в дальнейшем.Здание предварительной сборки постепенно обретает окончательный вид, который позволит работать и с тороидальными катушками и с сегментами вакуумной камеры. По планам, первые элементы должны прибыть на стенды сюда уже в конце 2018, хотя верится в этой с трудом.Масштаб!

Выбор редакции
08 января, 19:12

Полезный ОЯТ

  • 0

Мне кажется довольно интересным разобраться с экономикой отработанного ядерного топлива (ОЯТ). На Земле мало вещей с такой сложной экономической двойственностью: ОЯТ это и весьма опасный отход с крайне недешевой утилизацией, и одновременно источник многих уникальных элементов и изотопов, стоящих весьма немалые деньги.Эта двойственность порождает сложный выбор о дальнейшей судьбе ОЯТ - вот уже много десятилетий подавляющее большинство стран, обладающих атомной энергетикой не могут определится, необходимо ли захоранивать ОЯТ или перерабатывать.В этом тексте я по возможности аккуратно попытаюсь посчитать расходную и доходную часть экономики ОЯТ.Расходы на ОЯТ начинаются у оператора АЭС, когда оно покидает приреакторный бассейн выдержки и отправляется либо в сухое, либо в мокрое хранилище. Удобно здесь и далее все расходы пересчитывать в удельные затраты на килограмм тяжелых металлов ОЯТ, так вот в случае отправки в сухое хранилище такие расходы составляют от 130 до 300 долларов на кг ОЯТ и определяются в основном стоимостью контейнеров хранения либо здания, в котором размещается ОЯТ. Из этой суммы от 5 до 30 долларов приходится на транспортные операции.Загрузка в транспортный контейнер, пожалуй, самого дорогостоящего ОЯТ в мире - из уцелевшего бассейна выдержки 4 блока Фукусимской АЭСЭти суммы, на самом деле, ничтожны. Килограмм ОЯТ, когда еще был топливом, выработал (если взять PWR/ВВЭР) от 400 до 500 МВт*ч электроэнергии, стоимостью где-то 16...50 тысяч долларов, т.е. перемещение в промежуточное хранение не стоит и 1% доходов от производства атомной электроэнергии.Впрочем, промежуточное хранение на то и промежуточное, что у него должно быть какое-то продолжение. Это может быть либо прямое захоронение ОЯТ в неизменном виде, либо переработка.Сухое контейнерное хранение является самым дешевым вариантом промежуточного хранения ОЯТ на сегодня - не нужно здание, если площадка расположена на территории АЭС - не нужна даже дополнительная охрана. Гигаваттный блок за год использует топлива примерно на 2,5 таких контейнера стоимость по 0,5-1 млн $ штука.Глубокое захоронение ОЯТ сегодня реализуется в виде конкретных проектов в Финляндии, Швеции, США и Швейцарии и исследуется для разных площадок еще в двух десятках стран. Пример Финляндии и Швеции показывает, что стоимость прямого захоронения будет скорее всего в районе 1000 долларов на килограмм ОЯТ или чуть ниже - и общие затраты к моменту окончательного снятия вопроса с ОЯТ с плеч оператора АЭС составят, соответственно что-то вроде 1000-1200 долларов на килограмм. Интересно, что эта сумма составляет примерно половину стоимости свежего топлива.Контейнеры для окончательного геологического захоронения. Технология требует выдержки в 20-30 лет прежде, чем выполнять это захоронение, впрочем сегодня во многих странах нет проблем с поиском ОЯТ, которое хранится уже 30+ летОднако, стоимость прямого захоронения схожа со стоимостью переработки - может быть извлекая ценные материалы можно снизить общие расходы, или даже выйти в плюс?Основным мотивом к радиохимической переработке ОЯТ является наработанное в нем новое ядерное топливо, и чуть шире - вообще делящиеся материалы (Pu239, U235, Pu241, U233). Стоимость этих извлекаемых материалов является неким якорем во всей экономике переработки, проще говоря, это однозначно самое ценное, что можно извлечь из ОЯТ. Сравнивая со стоимостью U235, извлеченного из природного урана (примерно 25 тысяч долларов за кг) можно достаточно быстро прикидывать, стоит ли овчинка (переработка) выработки.Если поискать информацию по стоимости переработки, то можно найти цифры от 700 до 2000 долларов за килограмм тяжелых металлов ОЯТ (без учета веса металлических частей ТВС, с которыми тоже приходится возиться, и кислорода - ведь топливо в основном находится в форме оксида). В ОЯТ современных рабочих лошадок атомной энергетики - реакторов PWR/ВВЭР содержится от 1,5 до 2,5% делящихся материалов (первая цифра относится к современным конструкциям топлива, из которых выжимают по максимуму, вторая - к старому, вылежавшемуся ОЯТ).Перегрузка нового транспортного контейнера ТУК-141с ОЯТ Балаковской АЭС в сентябре этого года на АО Маяк для последующей переработки Можно перемножить. Потратив от 700 до 2000 долларов мы получим 25000х1,5-2,5%=375...625 долларов делящихся материалов. Ситуация ухудшается еще больше, если вспомнить об изотопном составе извлеченных из ОЯТ PWR/ВВЭР делящихся материалов - уран будет загрязнен нейтронным ядом U236, а плутоний чуть ли не наполовину состоять из неделящихся изотопов (Pu240, Pu242). Кроме того, последующая фабрикация свежего ОЯТ с довольно радиоактивным плутонием тоже дороже, чем работа с “органическим” обогащенным продуктом природного урана. И тут в стройном (я надеюсь) повествовании по экономике ОЯТ, которое есть сегодня стоит сделать шаг в сторону и посмотреть так же на стоимость топливного цикла применительно к быстрым реакторам и ЗЯТЦ - то, что рассматривали специалисты в 60х и 70х как будущее отрасли.Упрощенная (действительно упрощенная) схема топливного цикла с переработкой без быстрых реакторов довольно бесмысленна, о чем ниже.И ситуация сразу улучшится. Во-первых, быстрый спектр нейтронов требует гораздо большего количества делящихся материалов в активной зоне, что достигается увеличением их концентрации:до 20-30% плутония или 235 урана, против 4-5% для реакторов с тепловым спектром. Т.е. для получения того же количества Pu239 нам надо переработать в 5-6 раз меньше ОЯТ. Кроме все мы помним о том, что быстрые реакторы - это бридеры, и в ОЯТ у них содержится больше ДМ, чем в свежем топливе! Есть еще один аспект, если уж мы сравниваем ДМ из ОЯТ и природный уран. При концентрации ДМ в свежем топливе БН, скажем, 27%, выгорает из этого не больше 11%. Т.е. ⅔ добытого природного урана без переработки пойдут в отвал, что катастрофически роняет экономику быстрых реакторов без переработки ОЯТ (например, БН-600). Ситуация, фактически обратная ВВЭРам.Но давайте посчитаем. Если из килограмма ОЯТ БН мы извлекаем 300 грамм плутония, то в эквиваленте природного урана наша прибыль - 7500 долларов, что заведомо больше стоимости переработки этого килограмма в 2000 долларов. Тут правда надо вспомнить, что сгорает в следующем цикле около ⅓ извлеченного количества, т.е. доход сокращается до 2500 долларов на килограмм ОЯТ. Фактически это означает, что расходы на переработку ОЯТ - фабрикацию нового топлива для быстрых реакторов эквивалентны фабрикации топлива из природного урана - перерабатывающий “хвост” перестает быть обузой.На деле, конечно, я упрощаю. всякие вещи, типа минорных актиноидов, захоронения продуктов деления тянут экономику переработки в низ, и реальный результат сильно зависит от технологии. Для примера - ниже расчетные цифры по выходу разных неприятных вещей при переработки ОЯТ во Франции (для 6 разных сценариев развития этой переработки) в объеме, охватывающем ОЯТ от 100 до 150 гигаватт мощностей.Ниже табличка, которая показывает сокращение потребности в природном уране за счет использования делящихся материалов из переработанного топлива.А теперь посмотрим, нет ли еще чего полезного в ОЯТ, что могло бы улучшить экономику переработки в целом. Тут необходимо вспомнить, что продукты деления урана и плутония - это примерно 70 изотопов 25 элементов. Некоторые нуклиды - стабильные и радиоактивные, в принципе, представляют коммерческий интерес.Палладий. На каждую тонну продуктов деления приходится примерно 5% палладия сложного изотопного состава. Т.е. из каждой тонны ОЯТ БН можно будет извлечь около 5 килограмм палладия, из тонны ОЯТ ВВЭР - 800 грамм. К сожалению, палладий будет радиоактивен из-за изотопа Pd-107 (его примерно 14% из всех изотопов палладия в ОЯТ), который имеет период полураспада 6,5 млн лет, т.е. дождаться его распада не получится. Удельная активность извлеченного из ОЯТ палладия будет около 1,2 МБк/г - это довольно много, НРБ-99 устанавливает предел безопасного годового поступления палладия такой активности в 1,45 грамма в год.Теоретически, если этот радиоактивный палладий найдет применение (в каких-нибудь промышленных катализаторах, скажем) и цена его будет равна цене природного (~30000 долларов за кг!), то добытый из ОЯТ палладий будет восполнять 1-2% стоимости переработки ОЯТ. Родий. Другой металл платиновой группы. Из тонны ОЯТ БН можно будет извлечь 1,2 кг родия, а из тонны ОЯТ ВВЭР - порядка 500 грамм. Самый долгоживущий радиоактивный изотоп Rh-102 с периодом полураспада 3,74 года, Где-то за 50 лет выдержки радиоактивность родия упадет до значений, после которых его можно считать не радиоактивным. Стоимость родия примерно такая же (сейчас даже больше), чем у палладия, соответственно добытый из ОЯТ родий будет восполнять 0,3-0,5% стоимости переработки.Рутений. Кроме печально известного Ru-106 среди продуктов деления есть и стабильные изотопы этого элемента. Рутения по массе в ОЯТ примерно на 25% больше, чем палладия, а не радиоактивным (после распада основного количества Ru-106) он становится примерно за 40 лет выдержки. К сожалению, стоимость рутения в 6 раз ниже, чем палладия, поэтому он так же добавляет при продаже всего 0,2-0,4% от стоимости переработки ОЯТ.Серебро. Среди осколков деления его доля приблизительно 0,8%. Т.е. из этой тонны осколков его будет около 8 кг. Имеет два относительно долгоживущих радиоактивных изотопа. Ag-110m с периодом полураспада 250 суток и Ag-108m c периодом полураспада 418 лет. Второй изотоп образуется со сравнительно малым выходом. Остаточная активность после 30 лет выдержки будет 2,9 мкКи/г, несколько повыше радиоактивности природного урана, но соизмеримо. Пригодно для технического применения, однако из-за относительно низкой стоимости вряд ли экономически оправдано. Технически есть еще несколько элементов, которые в будущем могут представлять интерес для извлечения из ОЯТ - например теллур и ксенон. Однако текущая стоимость этих материалов, как и в случае серебра не оправдывает их добычи из ОЯТ.Доли различных элементах в продуктах деления U235В итоге получается, что в лучшем случае, при снятии барьеров на использование слабо радиоактивного палладия, драгоценные металлы могут вернуть около 2-2,5% стоимости переработки ОЯТ, а в худшем - порядка 0,5% и это означает, что их извлечением из осколочной массы никто заниматься не будет. Заканчивая описание этого раздела необходимо сказать, что выжидательная позиция по захоронению объясняется еще и возможным появлением новых методов переработки ОЯТ, например предлагаемой в рамках БРЕСТ электрорастворением расплава ОЯТ или еще более экзотичными ректификацией фторидов ОЯТ или разделением в виде плазмы. Теоретически, переработка ОЯТ может быть заметно дешевле, выигрывая по общим расходам у сценария с захоронением. Впрочем, стать этой теории практикой мешает позиция США, всячески препятствующей развитию переработки ОЯТ в мире, и технические сложности.Возвращаясь к экономике: видя общую картину, хочется рассмотреть еще один вариант - бесконечное “промежуточное” хранение. Если заглянуть в оценки операционных расходов площадки хранения, то мы увидим там цифры в 5-15 долларов на килограмм топлива в год, причем 90% этой суммы обуславливается стоимостью охраны площадки. Получается, что разница между стоимостью прямого захоронения и накопленной стоимостью хранения выбирается за 50-100 лет, на которые обычно и рассчитываются контейнеры сухого хранения или здания хранения.Получается следующая градация действий - дешевле всего “промежуточно” хранить, однако этот процесс рискует затянуться (как это происходит в США, где национальное захоронение ОЯТ обсуждается уже 40 лет) и стать существенным фактором в общей цене жизненного цикла ядерного топлива. Наилучшим мгновенным решением в плане стоимости является как можно более быстрое захоронение ОЯТ в глубокой геологии. Ну а если есть надежда на развитие атомной энергетики в сторону ЗЯТЦ - то необходимо развивать переработку ядерного топлива.P.S. Нашлся классный ролик про создание и испытания бетонной пробки для туннелей захоронения Онкало.

Выбор редакции
07 января, 11:35

Планы по пускам АЭС в 2018 году

  • 0

Традиционное вангование на 2018 год слегка обгоняет статистику по 2017, но могу сказать, что из запланированных в 2017 году 14 новых пусков случилось только 5, а остальные планы переползли на 2018, в том числе первый блок Ленинградской АЭС-2, который буквально через пару недель выйдет на МКУ. Напомню, кстати, что у АЭС есть аж 4 разных "пуска" - физпуск, или начало загрузки топлива, старт цепной реакции в реакторе, который приводит к выходу на МКУ (минимальный контролируемый уровень мощности), энергопуск, когда впервые запускается турбогенератор и сдача в нормальную эксплуатацию - все эти процессы обычно растянуты на полгода-год, поэтому я записываю пуск станции по МКУ для простоты.А теперь посмотрим на планы:Росатом второй раз в своей истории в конце 2018 года может столкнуться с одновременным пуском двух станций, в т.ч. первой станции Белорусии. Практически гарантирован пуск еще одного ВВЭРа - 14 строчка, китайская АЭС Таньвань. В то же время пуск ВВЭР-440 на словацкой АЭС Моховце не так гарантирован, но в планах есть.В 2017 году должен был произойти пуск как трех новейших APR-1400 корейской постройки - двух в Южной Корее, второго - в ОАЭ. Однако все эти пуски были в последний момент перенесены на 10 месяцев, прямо перед началом загрузки топлива в случае Barakh 1 и Shin Hanul 1. Слухи ходят, что это следствие того, что корейцы увидели что-то не очень правильное после пуска первого APR-1400 в 2016 году, поэтому возникли какие-то доработки по уже серийным блокам.Первые китайские AP-1000 (и первые в истории AP-1000) тоже изначально планировались к пуску в 2017 году (на самом деле, в начале строительства планы пуска Sanmen 1 вообще приходились на 2013 год), и в начале осени было даже заявлено, что блок 1 АЭС Sanmen закончил горячую обкатку и готовится к загрузке топлива в реактор (для чего нужно сделать обзор результатов испытаний систем реактора с атомным надзором и получить разрешение). Однако, ни загрузки, ни пуска не случилось, но видимо вот-вот. Второй AP-1000 тоже на подходе.Так же Китай, похоже, становится площадкой для запуска первого в истории ERP-1600, хотя изначально предполагалось, что первый блок АЭС Taishan не будет "первым в своем роде", однако строительство EPR на финской АЭС Олкилуото и французской АЭС Фламавиль превратилось в эпические долгострои. Впрочем, как мы видим, 3 блок Олкилуото наконец-то добрался до того, что бы планировать пуск на текущий год, хотя, опять же, по слухам, перенос на 2019 неизбежен.Возвращаясь к Китаю, необходимо отметить 13 строку и уникальный газоохлаждаемый высокотемпературный блок с реакторами HTR-PM. По планам, этот реактор может стать прототипом целой линейки реакторов, которые Китай намерен широко развивать и даже ставить на замену угольным блокам (теоретически, это можно делать без замены паротурбинного оборудования). Шансы пуститься у этого проекта в этом году невелики, но будем следить.Вообще Китай, несмотря на обилие пусков, начинает испытывать некоторые проблемы в стремительном развитии атомной отрасли. В прошлом году не было начато строительство ни одного большого блока (за исключением аналога БН-800 быстрого натриевого реактора CFR-600, первый бетон которого произошел в конце декабря 2017) - то ли по политическим причинам (атомную отрасль Китая сейчас переформатируют на более монопольный вариант), то ли из-за проблем с кадрами, о которых давно говорят. Через несколько лет 2017 выльется в провал в пусках...Наконец, из всей таблички у нас остались два экзотичных Индийских долгостроя - тяжеловодник PHWR-700 Kakrakpar и быстрый натриевый PFBR-500. Эти реакторы уже много лет перебираются из одних годовых планов в другие, в частности быстровик пытаются пустить уже 6 год. Но если с БН все можно объяснить сложностью технологии, то в чем причина зависания серийного в общем-то PHWR-700, неясно. Есть идея, что после отмены санкций на поставку природного урана в Индию, индусы постепенно потеряли интерес к более перспективной в плане ториевого ЗЯТЦ тяжеловодной технологии, как к более сложной, чем обычные PWR (которые, тем более, с радостью готовы строить для Индии иностранные поставщики).Что ж, через год посмотрим, что сбудется из этих планов. 

Выбор редакции
03 января, 13:02

Проект ИТЭР в 2017 году

  • 0

ПроектПравила драматургии долгоиграющих сериалов подразумевают, что исток будущих драматических событий должен закладываться в момент триумфальной победы над проблемой предыдущей. Похоже, история проекта международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР) пишется сценаристами, знакомыми с этим правилом - на фоне триумфального преодоления сложностей, чуть не погубивших самую дорогую научную стройку мира в 2015 появляются тени новых, будущих, проблем, которые еще могут сыграть свою роковую роль.В частности, новый виток изоляционизма США в 2016 году сложился с отрицанием новым президентом США пользы от длинных вложений в науку, и в итоге США запланировали расходы в 2018 на ИТЭР в размере ~65 млн долларов против необходимых 175. Если такая ситуация продлится еще пару лет, то неизбежен новый перенос даты пуска международного токамака, а за ним - и новый виток охлаждения интереса к проекту. Для контраста, Европейский Парламент, наоборот, решил выделить ИТЭР все запрошенные деньги (порядка 6 млрд евро до 2025 года).Тем не менее, все эти сложности если и выльются в реальное сползание сроков - то только через несколько лет. Пока менеджмент ИТЭР открывает шампанское, отмечая пройденные в ноябре 2017 50% затрат человеко-часов от запланированных до первой плазмы (в 2025). Строительство зданий на площадке постепенно подходит к концу - в 2018 году будет готово под монтаж оборудования 85% сооружений, необходимых для первой плазмы. Собственно, следующий год станет годом широкого развертывания монтажа оборудования проекта - в том числе первые трубопроводы и опоры будут смонтированы в здании токамака. Однако, обо всем по порядку, и самым первым я хотел бы напомнить о том, что у меня есть статья с ответами на самые часто задаваемые вопросы по ИТЭР. Строительство и монтаж оборудованияОсновное здание реактора (виртуально поделенное на здания Трития, Токамака и Диагностик) в 2017 году выросло на 2 этажа. Этот комплекс тоже прошел свой экватор трудозатрат летом 2017 года, и на нижних этажах уже в начале 2018 года должен начаться монтаж многочисленных систем ИТЭР.Построенная часть комплекса зданий токамака показана красной линиейЗа 2017 год здания выпрямителей магнитной системы прошли путь от фундаментов до сданных под отделку. Здесь уже появились первые из трансформаторов, которые будут питать грандиозные активные выпрямители.Активные тиристорные выпрямители нужны для управления током в магнитах ИТЭРЗдание криокомбината, задача которого в обеспечении комплекса жидким азотом и гелием (это будет второй в мире по производительности завод жидкого гелия после расположенного на Большом адронном коллайдере) было сдано строителями осенью 2017 года - в нем ведется монтаж оборудования.Установка "холодных объемов" с гелиевыми ожижителями в здание криокомбината летом 2017 годаАктивно строились электрические сети комплекса и трубопроводы с охлаждающей водойНа фото выше трубы системы охлаждения токамака и компонентов комплекса. Диаметр труб - 2 метраНа заднем плане видно открытое распределительное устройство и центр распределения электроэнергии постоянных нагрузок на 110 мегаваттВ здании предварительной сборки практически в 2017 году закончены и испытаны все мостовые краны (в т.ч. рекордной грузоподьемности по 750 тонн, могущие работать в спарке) и в декабре начат монтаж первого стенда сборки секторов токамака.В 2017 году была построена бетонная основа системы сброса тепла (мощностью в 1150 мегаватт) - и в 2018 году мы увидим монтаж 10 вентиляторных градирен и 40 насосов общей мощностью около 70 мегаватт на этом комплексе. В 2017 году после заводской приемки в Корее был начат монтаж грандиозных стендов сборки секторов токамака уже в здании предварительной сборкиСборка первого стенда для сборки. Забавно, но вот эти кольцевые рельсы точно очерчивают размеры плазменного "бублика", который через 7 лет должен загореться в ИТЭР.Производство оборудованияПервым элементом, с которого начнется в 2020 году сборка токамака должно быть основание криостата, уложенное на опорное кольцо на дне шахты реактора. Эта деталь насколько большая и тяжелая (30 метров диаметром, 6 метров высотой и 1280 тонн весом), то ее сваривают на стапеле прямо на площадке ИТЭР в 200 метрах от места установки. Сварка первых элементов торжественно началась еще в сентябре 2016 года, но индусско-немецкий коллектив, который занимается этой работой, делает ее в темпе улитки. В настоящее время элементы основания полностью выставлены на стапеле, но не завершена даже сварка основных элементов, а впереди еще проверка швов и наварка сотен мелких элементов.Квадрат, образованный стенками кольца - это опорная конструкция реактора, поэтому здесь используется сталь толщиной до 120 мм.На соседнем стапеле тем временем собирается следующая деталь криостата - нижний цилиндр. Здесь пока все идет веселей, сборка начата летом, и к концу года выставлены все элементы этой конструкции 30 метров диаметром, 10 метров высотой и 500 тонн весом. По плану этот элемент устанавливается вторым - сразу после основания и сваривается с ним в единое целое. А уже в эту половинку криостата начинается монтаж всех внутренностей реактора.Секции "второго" этажа нижнего цилиндра на фоне стапеля, где сваривается эта конструкция.Интересно, что весь криостат и находящийся в нем токамак всеми своими 23000 тоннами будет опираться на бетонное основание через 18 полусферических подшипников. Первый серийный подшипник такого рода был изготовлен в испании в 2017 году, а на установку обойм этих подшипников в бетон можно будет посмотреть уже в феврале-марте 2018.Другой, еще более грандиозной и дорогой подсистемой токамака являются его сверхпроводящие магниты. Магниты ИТЭР во много раз превосходят по своим параметрам все, что было создано до этого проекта, поэтому потребовали строительства множества производств, что было начато сильно заранее (еще до начала строительства собственно ИТЭР). Однако этот запас времени хорошо сыграл - в 2017 году из полуфабрикатов наконец начали появлятся первые штатные магниты ИТЭР, в том числе:Намотаны первые 4 галеты (из 8) катушки PF1, изготавливаемой на Средненевском судостроительном заводе.Намотаны первые 2 галеты одной из самых больших (диаметром 14 метров) катушки PF5, она также изготавливается на площадке ИТЭР.В США изготовлен первый модуль (из 7) центрального соленоида ИТЭРВ Китае из российского сверхпроводника намотаны первые 3 галеты самой тяжелой катушки PF6 - она же, не смотря на номер тоже является одним из самых первых устанавливаемых элементов реактора.В Италии был сдан намоточный пакет первой тороидальной катушки (всего в Италии их будет изготовлено 10 и еще 10 - в Японии). В настоящее время это самый большой и мощный (в плане запасаемой энергии) магнит в мире. Этот пакет в настоящее время перевезен на предприятие SIMIC, где ему предстоит пройти холодные испытания и заварку в 200 тонный корпус из нержавеющей стали.       Изготовленный в японии первый внутренний полукорпус в августе 2017 был отправлен в Южную Корею для стыковки с изготовленным там внешним полукорпусом. Вместе корпус              будет свариваться уже при сборке магнита.     На фото выше - опора тороидального магнита, изготовленная в Китае. Размер данного изделия - 2х1х1 метр, а такая конструкция обеспечивает подвижность магнита относительно           основания в одном направлении. Это нужно для того, что бы конструкция не разрушалась от сжатия при захолаживании.В этом году  французско-немецкой командой была собрана первая криосорбционная помпа, отвественная за поддержание свервысокого вакуума в вакуумной камере ИТЭР.     На фото выше - сорбирующие пластины с активированным углем, охлаждаемые изнутри жидким гелием.        А это корпус криопомпы со стороны ее "атмосферного" фланца.Одним из важнейших событий, на мой взгляд, стало прибытие на площадку ИТЭР в октябре 2017 года криомагнитного фидера катушки PF4. Это изделие представляет собой вакуумированную трубу в которой проложены гидравлические и электрические (в т.ч. сверхпроводящие) коммуникации идущие к соответствующему магниту. Криофидер PF4 намного опережает другие подобные изделия по той простой причине что он будет замурован в бетон. Важность этого события в том, что это первое высокотехнологичное и изготовленное специально для ИТЭР изделие на площадке и под приемку подобных вещей необходимо создать специальную инфраструктуру, которая и будет проходить проверку данной поставкой.В России, тем временем, успешно прошли заводские приемочные испытания первого (из 8) серийного гиротрона - мегаваттной микроволновой радиолампы для разогрева плазмы и управления током в ней, без которых невозможен запуск токамака. Гиротроны - одна из высокотехнологичных технологий (правда, весьма узкоспециализированная), в которых Россия остается одним из мировых лидеров. В следующем году гиротрон должен быть отгружен на площадку ИТЭР.Стенд приемочных испытания гиротронов. На переднем плане гиротрон в защите, согласующий резонатор. На заднем плане - нагрузка на мегаватт микроволнового излучения Еще одной продукцией, которую поставляла Россия в 2017 стали алюминиевые шины, по которым пойдет ток от выпрямителей магнитной системы до криофидеров. В прошедшем году было отгружено 80 тонн 12-метровых шин (сечением до 200х240мм) и множество сопутствующих элементов системы охлаждения шин и термокомпенсирующих вставок.Вместе с шинопроводами Россия должна поставить и гораздо более интеллектуальное оборудование - быстродействующие выключатели и переключатели на ток до 70 килоампер и напряжение до 8,5 киловольт. Испытания серийного прототипа одного такого переключателя прошло в мае этого года в Санкт-Петербурге.Завершая обзор производственных достижений проекта в 2017 году следует сказать о стенде SPIDER и шире - подсистеме инжекторов нейтральных пучков (NBI). Эта подсистема является критически важной для ИТЭР и одновременно, пожалуй, самой высокотехнологичной. За ее создание и поставку отвечает Евросоюз и делает он это путем строительства серии постепенно увеличивающихся прототипов (ELISE->BATMAN->SPIDER->MITICA->штатный инжектор). В октябре 2017 было закончено производство “сердца” стенда SPIDER - ионного источника на полный ток, практически аналогичного тому, что будет использован в инжекторе ИТЭР. Источник ионов SPIDER представляет собой 8 радиочастотных генераторов плазмы и электростатическую вытягивающую систему, разгоняющую отрицательные ионы в ускоритель. Подробнее.На этой поставке высвечивается одна из важных особенностей/проблем сверхбольших и длинных научных проектов - размыкание обратных связей по результативности решений. Дело в том, что данный ионный источник был спроектирован еще ~15 лет назад и заложен как основа инжекторов нейтралов. За прошедшее время стало ясно, что предложенная схема может и не заработать с теми характеристиками, которые нужны - некоторые эксперты считают, что ток пучка будет в два раза меньше номинального.Стенд SPIDER. Внутри бетонного бункера биозащиты видна центральная часть вакуумной камеры стенда, к которой сверху подходит линия питания различных составляющих ионного источника, вывешенная на -100 кВ.Однако сложившаяся схема организации больших НИОКР и распределения ответственности в мегапроектах не дает шансов переделки имеющихся решений - остается надеятся, что возможные будущие проблемы NBI ИТЭР можно будет решить тонкой настройкой и минорной модернизацией без кардинальных изменений. ЗаключениеБольшие научно-исследовательские работы имеют одно внутренне неразрешимое противоречие: с одной стороны для выделения миллиардов долларов работы по проекту должны быть расписаны, обоснованы и ответственно розданы исполнителям, с другой стороны - начиная такой проект, создатели зачастую не еще знают его конечного облика, на то он и научно-исследовательский. Единственным работающим рецептом по решению этого конфликта является уменьшение масштаба единичного проекта. Однако, на пути прогресса по многим направлениям на сегодня исчерпаны простые и дешевые варианты создания чего-то нового. Человечество вынуждено все чаще встречаться с разработкой машин таких масштабов, что не укладываются ни в одну голову, и так растянутых во времени, что они не укладываются в типичную карьеру специалиста. Как бы нам не хотелось, но необходимо учится работать и с такими задачами, и ИТЭР является тут хорошей учебной скамьей. Но, будем надеятся, не тем проектом, про который будут говорить “оказалось, что это было невозможно построить”.

31 декабря 2017, 21:19

С новым годом.

  • 0

Я смотрю, что все блогеры подводят итоги, что-то желают на новый год , видимо надо и мне (все побежали и я побежал).В целом не могу сказать, что этот год для блога чем-то сильно отличался от года предыдущего - по каким-то темам менее интересно писать, по каким-то больше, переодически нет времени и сил что-то делать. Ровно так же как и год назад, я не очень понимаю, куда развивать этот ЖЖ - все идеи требуют тратить еще больше времени и сил, а значит и монетаризации в каком-то роде. Не готов к этому - лучше я будут писать то что мне нравится и в тех объемах, в которых это не мешает жить.А раз так, то и в 2018 году, видимо, ничего особо менятся не будет. Хочется оживить дискуссию вокруг возобновляемых источников энергии - и я сейчас пишу большую статью по накопителям энергии и их взаимоотношениям с ВИЭ, но как обычно, неизвестно, когда допишу (порой одна фраза или абзац выливается в многочасовой поиск по статьям, который еще и растянут на недели времени).В целом, хочется пожелать вам и себе больше интересных и красивых событий из мира науки и техники, больше открытий и эмоций от них. С наступающим 2018 годом!P.S. Я думаю, успею на каникулах закончить уже 2 почти готовых статьи и еще одну на выбор:View Poll: На какую тему написать третью статью

Выбор редакции
30 декабря 2017, 21:26

Обновление по коммерческим пускам

  • 0

20 месяцев назад я написал маленький пост про ситуацию с рынком запуска в космос коммерческих полезных нагрузок, и вот пришло время обновить эту информацию. Напомню, что речь идет о рынке, где клиенты могут выбрать оператора и есть конкуренция - т.е. сюда не относятся национальные военные, научные и пилотируемые программы, хотя в США в последнее время SpaceX постепенно отъедает монополию ULA. Но что бы не смешивать эти явления, остановимся на коммерческих ПН - спутниках связи, запускаемых на геостационарную/геопереходную орбиты и низкую околоземную орбиту, а так же спутники дистанционного зондирования.Забавно, но при таком разделении всех пусков на две категории, довольно очевидном и беспроблемном 20 месяцев назад наметились проблемы. Во-первых, раньше можно было смело отбросить запуски cubsat'ов - однако теперь у нас есть вполне коммерческая спутниковая группировка фирмы Planet из спутников ДЗЗ Flock, и неплохо бы учитывать этот рынок. Во-вторых развивается рынок запуска созвездий связных спутников (вслед за обновлением Iridium планируются запуски O3b и грандиозной OneWeb). Видимо надо будет либо приписать их операторам (например - Arianspace и Роскосмосу), либо учесть отдельными линиями.В общем получившаяся картинка в итоге носит скорее иллюстративный характерНапомню, что график нарисован скользящими средними за два года, и цифры слева - тоже количество коммерческих пусков за два года, а не за один - иначе скользящая оказывается слишком шумной. В итоге графики почти не реагируют на паузы в запусках, показывая тренды.А тренды такие - начиная с 2014 года падает доля рынка "Протон-М", которая сначала перетекала к Arianspace, но в последний год и Arianspace начал терять рынок в пользу Space-X. В общем-то всем заинтересованным это и так очевидно.Интереснее, конечно что будет дальше. На картинке хорошо видно, что хотя последние 3 года есть небольшой рост с ~15-20 запусков в год до 20-25, кардинально ничего не меняется. В целом это означает, что 18 пусков SpaceX прошлого года практически полностью выбирают нишу, доступную этой компании, учитывая, что монополизм заказчикам не нужен, и Arianspace будут тянуть и дальше. В ближайшие дни я хочу написать текст про возможное будущее спутниковых созвездий на низких орбитах - одну такую собирается запускать компания OneWeb а другую SpaceX. Эти созвездия из сотен и тысяч спутников если обещают очень заметно изменить рынок запусков, вопрос в том - состоятся ли они в целом?

24 декабря 2017, 22:52

Проблема лазерного термоядерного синтеза решена! (нет)

  • 0

Последнюю неделю СМИ заполонили тексты про решение всех проблем лазерного термоядерного синтеза, и даже достижение не только дейтерий-тритиевого горения, но гораздо более заветного протон-борного. Все эти тексты в итоге сводятся к одному источнику - статье австралийского ученого Генриха Хора в журнале Laser and Particles Beams про новую конфигурацию установки лазерного УТС, которая теоретически должна дать возможность получить термоядерный реактор с протон-борным топливом.На деле к этой статье есть множество претензий, и постулируемые чудеса, скорее всего, недостижимы  в том виде, которые описан там. Но прежде чем высказывать эти претензии стоит немножко вспомнить про то, как и зачем существует лазерный инерциальный управляемый термоядерный синтез (ЛТС).На фоне испытательной камеры крупной французской установки ЛТС Laser MegajouleЭто направление разработки термоядерного реактора появилось в 60х года (практически одновременно с появлением лазеров). Концептуально ЛТС - это борьба с проблемами магнитного удержания термоядерной плазмы путем отказа от удержания. С ростом плотности и температуры плазмы растет как скорость термоядерной реакции, так и сложности с удержанием плазмы, но если отказаться от удержания и просто нагреть плотный кусочек термоядерного топлива  до оптимальной температуры, то до момента разлета, как показывали теоретические оценки, выделится гораздо больше энергии термоядерной реакции, чем будет затрачено на нагрев.Инерционный характер создания необходимых условий подразумевает, что начальную энергию надо вкладывать как можно быстрее, на высокой мощности - и лазерам тут нет равных.Спутниковый снимок строящейся установки ЛТС УФЛ-2М в ядерном центре в Сарове сделанный 22 августа 2017 года. Длина здания - 330 метров, видно помещение испытательной камеры и длинные ангары для лазеров.Изначально, теория ЛТС рассматривала вариант с просто нагревом топлива - но для этого нужно было вложить минимально порядка 100 мегаджоулей лазерной энергии - что даже сейчас далеко за пределами возможностей техники (рекордные ЛТС установки - NIF в США, Laser Megajoule во Франции и УФЛ-2М в России оперируют энергиями в 1,5-2,5 мегаджоуля). Однако, в начале 70х была предложена схема, в которой, теоретически, достаточно было вложить уже всего сотню килоджоулей для зажигания термоядерного топлива. Схема была такая: шарик из замороженной DT смеси (наиболее простое для зажигания топлива) имел внутреннюю полость c DT газом. Множество лазеров симметрично нагревают шарик снаружи, из-за чего оболочка начинает испарятся и своей реактивной тягой толкает остатки к центру. Газ в шарике адиабатически сжимается, и в момент коллапса достигает термоядерных температур и плотностей - в нем зажигается термоядерная реакция, которая своим теплом поджигает и остатки оболочки.Идея красивая, она вызвала первый значительный всплеск интереса к лазерному ЛТС, в т.ч. со стороны журналистов. Однако, через десятилетие, после строительства больших установок с килоджоулевыми лазерами оказалось, что схема эта не работает - несимметричный нагрев приводит к разрушению мишени до достижения необходимых температур и давлений. Форма мишени NIF , сжатой лазерным излучением в момент минимального размера (2 разных эксперимента сверху и снизу). Видно, что красивой сферы, наилучшим образом обеспечивающей энерговыделение, не получается.В принципе, на этом по большому счету, история ЛТС и заканчивается. Были построены грандиозные установки, предложена масса усовершенствования схемы адиабатического сжатия (например - нагрев не прямыми лазрными лучами, а рентгеном от плазмы окружающего мишень хольраума, в который врезалась энергия лазерного излучения ), однако результат так и не был достигнут.Сложность установок ЛТС давно превысила все мыслимые пределы, которые могли бы быть интересны энергетикам, однако с самого начала у лазерных термоядерщиков был и другой заказчик - военные. Их интерес сначала заключался в возможном получении термоядерных боеприпасов, которые бы не требовали ядерного детонатора - т.е. теоретически тут можно было бы получить оружие с термоядерной мощностью, но без ядерного загрязнения.  Затем, на фоне запрещения испытания ядерного оружия ЛТС-установки оказались хорошим источником экспериментальных данных по поведению материи в условиях, характерных для ядерного/термоядерного взрыва - т.е. как минимум на них и только на них можно было бы получать константы для кодов, в которых моделируют поведение ядерного оружия, ну и вообще моделируя ЛТС-эксперименты на этих же кодах их можно проверять на правильность.Строительство Laser Megajoule - по масштабам похоже на ИТЭР (хотя стоимость в 3 миллиарда евро - в 7 раз ниже), но термоядерной энергии за год здесь будет выделятся в 100.000 раз меньше, чем планируется получать в ИТЭР.Так или иначе, рассматривать сегодня ЛТС как подход к энергетическому термоядерному реактору - это как минимум лукавить или опираться на очень устаревшее понимание ситуации. И вот тут находится человек, который говорит, что ЛТС, как реактор - вполне себе ничего, и более того - на нем можно зажигать даже гораздо более сложную, но гораздо более желанную реакцию pB11 (протон-бор).Желанную исключительно из-за почти полного отсутсвия нейтронов и очень дешевого и доступного топлива - так-то достичь условия горения  pB11 гораздо сложнее, чем для DT.Что же предложил Генрих Хора? На самом деле, свою идею ЛТС он развивает и продвигает порядка 30 лет, но СМИ возбудились только после очередной (правда обзорной) его статьи. Хора предлагает “детонировать” цилиндрические топливные элементы из водородно-борного топлива, на один из концов которого попадает лазерное излучение с плотностью мощности в 10^18 ватт на квадратный сантиметр. При этом блок топлива ионизируется и разгоняется лазером до скорости ~1000 км/с в направлении остального топлива, при столкновении с которым зажигается термоядерная реакция. От неустойчивостей и разлета в радиальном направлении всю конструкцию должно удерживать магнитное поле в 4500 Тесла, которое будет получено тоже с помощью лазера на специальной конструкции, окружающей топливо.Схема экспериментальной установки: синий цилиндр - топливо, желтая конструкция - лазерный генератор магнитного поля, справа - экспериментальная камера, за счет электростатического потенциала на ней должна выделятся энергия продуктов термоядерной реакции.Хора утверждает, что вся эта конструкция способна выдать  ~1,1 ГДж термоядерной энергии при затратах всего в несколько десятков килоджоулей электроэнергии. Основной лазерный драйвер, правда, нужен довольно мощный - 30 петаваттный, что превышает сегодняшний рекорд, впрочем, превышает не кардинально (раза в 3). Примерно такой же разрыв есть по магнитной системе.Впрочем, у специалистов претензии в этой работе вызывает не требуемые технические параметры лазеров и магнитов, а работоспособность идеи в целом. Начать с того, что работа опубликована в журнале, к которому не имеет доступа подавляющее большинство физиков-плазмистов и термоядерщиков, более того, это означает что при рецензировании статьи до публикации на предмет ее реалистичности (что всегда делается в научных журналах) и правильности профильные физики ее скорее всего не видели.А увидеть бы не мешало. До появления идеи с сферическим обжатием и реактивным “уплотнением” топлива в ЛТС цилиндрические (“одномерные”) варианты с разными вариантами замагничивания, дополнительного удержания и прочими хитростями были очень популярны и довольно неплохо проработаны. Однако все эти варианты так и не заработали - а эмпирика крайне важна в этой отрасли науки, т.к. очень сложная взаимосвязь явлений в термоядерной плазме часто приводит к недоучету проблем и сложностей, мешающих достижению нужных параметров.Команда NIF использует 20-летний опыт, сложнейшее оборудование, передовые коды, однако результаты все равно не очень. Второй неприятный звоночек связан с тем, что физическая модель и ее моделирование поданы очень невнятно по меркам физиком, можно сказать, что набросаны в эскизе, после чего автор сразу переходит к результатам. Промежуточные модели и результаты моделирования тоже не доступны.При этом даже те идеи, что проговариваются в статье не стыкуются между собой. Например, сверхмощное магнитное поле категорически противопоказано реакции pB11 - при этом очень сильно растут циклотронные потери, приводя к быстрому остыванию плазмы и затуханию реакции. Еще один важный канал снижения потерь в этой реакции (а потери энергии - главная и очень серьезная проблема pB11) - неравновесная плазма, где большинство ионов имеют температуру резонансного пика вероятности реакции. Такая конфигурация позволяет улучшать энерговыход, и Хора тоже постулирует ее наличие, однако дальше идут рассуждения про подогрев термоядерного топлива продуктами реакции (альфа-частицами), что убивает неравновесность.Предложенная схема циркуляции энергии работать не будет.Такие “детские” ошибки в рассуждениях вкупе с максимальным осложнением доступа квалифицированных критиков к данной публикации убивают на корню доверие к словам о решении проблем лазерного термоядерного синтеза Генрихом Хора. Даже если бы статья была написана по всем канонам правильно, это бы не гарантировало положительный результат - мегаустановка NIF, физически спроектированная лучшими умами из отрасли пока добилась энерговыхода в ~1% от планировавшегося, альтернативный красивейший магнитно-инерциальный эксперимент MagLIF получил ~10% энерговыхода. Неудача - это в некотором смысле наиболее ожидаемый результат экспериментов на этом поле, поэтому с оптимизмом про ЛТС-проекты могут писать только полностью не знающие историю этого направления журналисты.Что ж, будем ждать новостей - например по строительству отечественной установки УФЛ-2М или новой серии экспериментов MagLIF, которая должна пройти в 2018 году и наслаждаться красивой физикой.

23 декабря 2017, 11:20

Большая политика

  • 0

МИД РФ на днях озаботился Фукусимой:Ответ официального представителя МИД России М.В.Захаровой на вопрос СМИ о намерении Японии сбросить жидкие радиоактивные отходы, образовавшиеся в результате аварии на АЭС Фукусима, в Тихий океанМИД РФ, ОПУБЛИКОВАНО 20.12.2017Вопрос: Как бы вы могли прокомментировать появившиеся в японской и британской прессе сообщения о намерении Японии слить жидкие радиоактивные отходы, образовавшиеся в результате аварии на АЭС Фукусима, в Тихий океан?Ответ: Встревожены регулярно появляющимися в СМИ сообщениями о намерении японской кампании ТЕРСО - оператора аварийной АЭС "Фукусима-1" - произвести масштабный слив жидких радиоактивных отходов, образовавшихся в результате катастрофы на этой атомной станции, в океан.В частности, прозвучавшими в июле 2017 года заявлениями руководителя ТЕРСО Такаси Кавамуры, а также последними публикациями в ряде зарубежных газет, в частности "Independent" и "Japan News".Отмечаем, что речь идёт о сотнях тысяч тонн радиоактивной воды. Считаем, что такой масштабный сброс может причинить существенный ущерб окружающей среде и рыбным ресурсам Тихого океана. Это нанесет удар по японским рыбакам а, возможно, и по жителям прибрежных районов в целом.Не исключаем и вероятность трансграничного ущерба. Сброс радиоактивной воды может негативно сказаться на интересах рыболовства нашей страны и других государств региона.Полагаем, что правительство Японии должно запретить сбрасывать радиоактивную воду в океан и найти способы безопасной переработки образовавшихся в результате фукусимской катастрофы отходов.Если у Японии нет таких технологий, она могла бы обратиться за содействием к мировому сообществу.====Моделирование распространения неконтролируемого сброса Cs137 во время аварии на Фукусимской АЭС в океане. Шкала в беккерелях Предельная допустимая концентрация трития в питьевой воде - ~8000 Бк/л, объем сброса в беккерелях примерно соотвествует Cs137 в этой модели.  Если не знать контекст, то это заявление кажется рутиной - представители МИД озабочиваются по совершенно разным поводам по 5 раз на дню. Однако, в своем исследовании проблемы радиоактивной воды на Фукусиме я показывал, что безопасный слив радиоактивной воды - дело техники (т.е. ее можно слить безопасно, т.к. после очистки там остается только тритий в невысокой концентрации), и что это позволило бы сэкономить TEPCO несколько миллиардов долларов.Однако, организации, типа Areva, Kurion, Росатом, которые предлагают потратить эти миллиарды долларов на их оборудование для очистки воды от трития были бы весьма недовольны таким развитием событий. Отсюда, как мне кажется, вытекает эта озабоченность МИД - негоже вот так вот взять и не дать Росатому заработать. Во всяком случае, последняя фраза из сообщения МИД заставляет подозревать, что это не гуманитарно-экологическая инициатива изнутри самого министерства.Понятно, большая политика - большие деньги, но на мой взгляд вот так играть на радиофобии ради сиюминутных прибылей чревато. Недавняя истерика вокруг рутения могла бы и заставить подумать, как подобное отношение к делу может больно ударить по лбу в следующий раз.

Выбор редакции
20 декабря 2017, 12:57

Собранная зона

  • 0

Это полностью установленная в реактор активная зона 1 блока Ленинградской АЭС-2Здесь стоит 163 свеженьких тепловыделяющих сборки (ТВС) примерно на 5 миллиардов рублей. По периметру тянутся кабели измерительной аппаратуры пускового периода - они нужны что бы измерять очень слабый (по меркам работающего реактора) нейтронный поток от свежего топлива и оценивать размножающие свойства собираемой активной зоны.После установки, в общем (не знаю конкретный план на ЛАЭС-2) должны последовать залив водой с бором, затем сборка реактора, уплотнение, измерения нейтронно-физических характеристик АЗ и поглощающих элементов системы управления и защиты, и затем постепенный набор рабочего давления и температуры теплоносителя (не самим реактором, но внешними системами), снова измерения и наконец - набор нейтронной мощности и выход на минимальный контролируемый уровень (МКУ).

17 декабря 2017, 14:05

Ядерное тепло

  • 0

Недавняя новость про китайский эксперимент по обогреву здания от ядерного реактора всколыхнула тему ядерного отопления. Сначала новость, и затем комментарийТеплоснабжение по-китайскиATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 14.12.2017Китай провёл успешную демонстрацию бассейнового реактора малой мощности, использующегося для целей местного теплоснабжения.На представлении проекта DHR-400, фото CNNCРеактор 49-2В сообщении на сайте корпорации CNNC говорится о том, что легководный бассейновый реактор, разработанный китайским институтом атомной энергии (CIAE), на протяжении 168 часов непрерывно поставлял тепло потребителям. Успех демонстрации позволил корпорации приступить к работе над проектом реактора DHR-400, предназначенного для районного теплоснабжения.Название у демонстрационного реактора простое - реактор 49-2. Он установлен на территории пекинского комплекса CIAE. Ранее говорилось, что создание нового реактора происходило на основе устаревшего исследовательского бассейнового реактора, пущенного в 60-ые годы. Под такое описание подходит исследовательский реактор SPR IAE. Его впервые вывели на критику в 1964 году, а его мощность составляла 3,5 МВт(т). О демонстрационном реакторе 49-2, заместившем реактор SPR IAE, пока известно немногое. Китайским журналистам разработчики установки рассказали, что в ходе своего 168-часового испытания тепло с их детища подавалось в соседние здания общей площадью около 10 тысяч квадратных метров.О мощности, на которой отработал 49-2, можно сделать предположение по кадрам из репортажа китайского телеканала CCTV. По этим кадрам видно, что мощность аппарата составила чуть более 300 кВт(т). Кадры из репортажа CCTV со схемой технологического процесса для реактора 49-2.Реактор DHR-400Реактор DHR-400 (Yanlong) мощностью 400 МВт(т), разрабатываемый в CNNC в развитие проекта 49-2, сможет обеспечить теплоснабжение 20 миллионов квадратных метров помещений. В пересчёте на жильё это означает 200 тысяч трёхкомнатных квартир. Кэ Готу (Ke Goutu), генеральный конструктор DHR-400, обращает на сделанный для проекта выбор мощности особое внимание: "Насколько я знаю, в других странах для станций теплоснабжения говорят о 200 или 300 МВт(т). Идея сделать проект на 400 МВт(т) была выдвинута в Китае впервые".Да, можно упрекнуть китайского специалиста за то, что в разговоре с журналистами он забыл о советском проекте АСТ-500. Но в любом случае, нынешний китайский проект сам по себе достаточно амбициозен. Активная зона реактора DHR-400 будет располагаться в бассейне, заполненном лёгкой водой. По размерам бассейна данные слегка разнятся, но для первого впечатления можно считать, что он будет 10 метров в диаметре и 20 метров в глубину.Тепло от воды бассейна передаётся тепловым сетям через систему промежуточных теплообменников, что обеспечивает непопадание загрязнённой воды в городские батареи. "У реактора предусмотрены три водных бассейна, в которых в общей сложности содержится 5 тысяч тонн воды. Даже если мой реактор окажется повреждённым при цунами или землетрясении, его полное осушение произойдёт примерно через месяц, и всё это время активной зоне не будет угрожать расплавление", - заявил журналистам Кэ Готу.Второе название реактора DHR-400 - "Yanlong". Оно перекликается с названием китайских реакторов третьего поколения "Hualong One", или "Китайских драконов". Перекличка, как поясняют в корпорации CNNC, не случайна. Реактор теплоснабжеиия тоже будет принадлежать к семейству "Драконов" (лун, long). Первый слог названия "yan" (янь) дан в честь того, что начало проекту было положено в столице царства Янь - то есть, в Пекине.Кэ Готу, кадр из репортажа CCTVНа пути к коммерциализацииУспешная демонстрация на реакторе 49-2 означает завершение первого и переход ко второму этапу проекта в целом. На втором этапе, который начнётся, может быть, уже в конце 2018 года, корпорация CNNC намерена построить головной блок с DHR-400. Третий заключительный этап включает в себя работы по коммерциализации проекта и, в случае удачного завершения, переход к серийному строительству.Реакторными технологиями для районного теплоснабжения в Китае интересуются с 80-ых годов, и в библиотеках можно отыскать старые китайские научные статьи на эту тему. Но о практическом применении в КНР заговорили относительно недавно. Замена угольных ТЭЦ на атомные АСТ должна помочь стране справиться с проблемой смога.Стоимость строительства блока с DHR-400 оценивается как 1,5 миллиарда юаней (более 225 миллионов долларов), а срок сооружения составит всего три года.С технической точки зрения, особых трудностей при создании DHR-400 не предвидится. Помимо всего прочего, низкие параметры реакторной установки являются серьёзным аргументом в пользу её безопасности. Несмотря на это, проблема общественной приемлемости стоит перед DHR-400 в полный рост, ведь такие реакторы придётся устанавливать в непосредственной близости к жилым кварталам.Кроме того, для серийного строительства атомщикам придётся обеспечить хорошие экономические показатели. В корпорации CNNC рассчитывают, что 1 ГДж тепла от DHR-400 будет стоить порядка 30-40 юаней, что позволит реакторам конкурировать с газовыми станциями. Но как обычно, у бумажных прогнозов неопределённость велика, и реальные экономические показатели DHR-400 можно будет попробовать спрогнозировать только после пуска головного блока.===Отопление - это второй после генерации электроэнергии потребитель первичной энергии, если смотреть на общемировую статистику, на это уходит до 20% всей первичной энергии. В России, скажем, промышленное производство низкопотенциального тепла - порядка 1,3 миллиарда гигакалорий (5 эксаджоулей) в год, это рынок объемом ~1,7 триллиона рублей.Разумеется, мысль энергетиков  не могла пройти мимо такого значительного применения атомной энергетики, как отопление. Для обеспечения этих 5 петаджоулей понадобилось бы ~58 тонн U235 или ~10000 тонн природного урана в год, примерно в три раза больше всего объема атомной энергетики в России сегодня. Однако эти 10000 тонн заменяют ~120 миллионов тонн газа или мазута - в общем какого-то довольно высококалорийного ископаемого топлива.Первый опыт отопления ядерным реактором относится к первым реакторам - наработчикам оружейного плутония на "Маяке" (где, впрочем, обогревали здания самого комбината) и "Горно-химическом комбинате" в Железногорске, где от этих реакторов грелся целый город работников ГХК. Затем этот опыт был повторен на некоторых экспериментальных установках (например исследовательский быстрый реактор БОР-60 является источником отопительного тепла) и в городах-спутниках больших АЭС (Курчатов, Сосновый Бор, Балаково и др.). Однако все это были примеры очень небольшого по масштабам использования тепла. Для масштаба нужны были специально спроектированные атомные теплоцентрали. Реакторный зал заброшенной и недостроенной атомной станции теплоснабжения в Нижнем Новгороде.И вот в середине 70х годов в СССР появляется программа разработки и строительства в крупных городах атомных станций теплоснабжения (АСТ) с 500-мегаваттными (по теплу, это 1/6 от ВВЭР-1000) реакторами. Реакторы были довольно красиво спроектированы:Интегральная схема, когда тепло во второый контур забирается прямо из корпуса реактора, при это планировалась естественная циркуляция первого контура, без насосов. Давление первого контура 16 атмосфер, максимальная температура теплоносителя 200 С.Идея дожигания отработанного топлива ВВЭР-1000 - относительно короткая кампания и низкая температура (=высокая плотность) воды позволяла проворачивать такой трюкТри контура, из которых первый - это сам реактор, второй, промежуточный, с высоким давлением воды, и третий - отопительный. В случае течей наличие промежуточного контура с высоким давлением обеспечивало изоляцию сетей отопления от радиоактивного первого контура.Отдачу горячей воды с температурой 150 С, что позволяло передавать тепло на расстояние до 30 км.Некоторые из этих пунктов мне кажутся настолько очевидно правильными решениями, что странно, что они не скопированы в китайском DHR-400. Из минусов АСТ-500 можно назвать разве что проблемы с маневрированием мощностью, которая характерна и для тепловой генерации, хотя и не с такой скоростью, как для электроэнергетики. В частности, в Нижнем предполагалось строительство еще и пиковых котельных на газе для маневрирования выдаваемой мощностью.Было начато строительство АСТ-500 как минимум в трех городах (Нижний Новгород, Воронеж, Минск), и даже доведено до монтажа оборудования, однако чернобыльская авария и последовавший всплеск радиофобии прервали эту программу.Крышка реактора АСТ-500. Вообще весь репортаж здесьТеперь вот эту тему двигают китайцы.Что бы закончить эту тему, подниму еще один дискуссионный вопрос. Раз уж мир идет к безкарбоновому будущему, то необходимо обратить внимание и на отопление. Если сегодня фокус борьбы с выбросами СО2 направлен на производство электроэнергии с помощью ВИЭ, где в целом они постепенно приближаются по выравненной стоимости электроэнергии к разумным цифрам, то в случае тепла все гораздо запутаннее. С одной стороны сжигание ископаемых топлив и ядерная энергия первично - это именно тепло, и стоимость этого тепла за джоуль получается сильно ниже, чем стоимость джоуля электроэнергии от солнечных батарей и ветряков, т.е. впрямую ВИЭ смотрятся очень бледно, когда речь идет о снижении эмиссии СО2 в отоплении. С другой стороны, теплосети могут быть аккумулятором приличного масштаба для избыточной генерации ВИЭ - совершенно необходимый элемент для машстабного внедрения последних. Мысль исследователей уже рисует подобные модели, однако мне кажется, что бюрократические государства с трудом смогут обеспечить баланс интересов в системах подобной сложности, ну я расписывал уже эту мысль.Как не удивительно, ядерное тепло в перспективе десятков лет может стать неожиданным фаворитом для применения ядерной энергии, особенно в сочетании с некоторыми новыми вариантами ядерных реакторов - вполне себе полноценный "новый облик", избавленный от образов аварий прошлого.