aleksandrov_e

Евгений Александров, доктор физико-математических наук, академик РАН

09 августа 2012

F
Речь идёт о реакции 2H+3He => 4He(3.6 MеВ, y-излучение) + р (14.7 МэВ)

Для протекания этой реакции требуется нагреть плазму до температуры ~ 500 миллионов градусов, что раз в пять выше, чем требуется для самой низкопороговой реакции 2H + 3Н, которую вот уже 60 лет никак не удаётся запустить. (Как говорят энтузиасты, лет через 50 можно надеяться на преодоление технических препятствий на пути к термоядерной АЭС, хотя на этом пути постоянно возникают новые препятствия по мере продвижения к цели). Чтобы нагреть плазму до 500 миллионов градусов, потребуется, вероятно, ещё 100 лет работы. При том, что энергетический выход двух реакций почти одинаковый, пропагандисты использования 3Не спекулируют на чисто виртуальном преимуществе реакции с 3He, состоящем в том, что в этом случае энергия синтеза переходит в кинетическую энергию заряженных частиц, в то время как в реакции 2H+3H около 80% энергии выделяется в виде кинетической энергии нейтронов, которые труднее тормозятся. Но на фоне необходимости достижения температуры ~ 500 миллионов градусов вместо 100 миллионов это преимущество выглядит несерьёзным.

В докладе сообщается, что необходимый для этой реакции 3He можно добывать из лунного грунта, причём «по существующим оптимистическим оценкам, доля затрат на его добычу и транспортировку составляет 6% от стоимости выработанной реактором электроэнергии». Несомненно, речь идёт об очень оптимистических оценках, поскольку термоядерного реактора не существует, и перспективы его создания относят нынче на конец столетия. Тем не менее, легко видеть, что эта затея носит характер афёры вне зависимости от возможности технической реализации указанной термоядерной реакции. Затея рушится на производственных и транспортных расходах. Достаточно оценить только транспортные.

29.3×10-6 эрга или = 3×10-12Дж. Или на1 Г гелия 6×1011Дж=1.4×1011кал.1 Г нефти имеет теплотворную способность = 104 калорий,т.е. при 100% КПД термоядерной реакции 3Не приносит на единицу весав 1.4×107больше энергии, чем нефть.

Допустим, что на Луне имеется контейнер с жидким 3He. Что стоит его привезти на Землю? Американская программа «Аполлон» обошлась в 25 миллиардов долларов по ценам 1970 года. Было осуществлено 7 экспедиций, целью которых была доставка с Луны 3 человек и небольшого груза (порядка 50 кГ). Допустим, что в случае чисто грузовой задачи (без людей) каждая экспедиция могла доставить на Землю много больший груз — скажем 1 тонну. Таким образом, доставка 1 тонны обошлась бы примерно в 4 миллиарда долларов 1970 года или примерно 10 миллиардов долларов сегодня. С тех пор никакого прогресса по части удешевления ракетного транспорта не произошло — ракета Сатурн 5Б использовала самый эффективный двигатель — кислородно-водородный. Это означает, что килограмм гелия обойдётся в 10 миллионов долларов, т.е., будет стоить примерно в 107раз дороже литра бензина. В пересчёте на цену энергии гелий будет примерно эквивалентен по цене бензину, но только при двух заведомо нереальных условиях: 1) что КПД термоядерной установки будет 100%, а сама она будет стоить на уровне тепловой электростанции, и 2) что на Луне кто-то бесплатно добудет и запасёт сжиженный 3He.

По оценке, опубликованной С. Лесковым в «Известиях», для добычи 100 тонн гелия нужно вскрыть лунный реголит на площади 23 тысячи км2 на глубину 10 метров и извлечь запасённый из солнечного ветра 3He, отделив его от превалирующего 4He. Чудовищная задача! Сколько это будет стоить? И какую для этого надо притащить на Луну технику? При этом надо иметь в виду, что 1 кГ массы, доставленный на Луну, обходится сейчас примерно в 1 миллион долларов, и уж не менее $ 100 000 в обозримом будущем.

Таким образом, все разговоры о добыче гелия-3 на Луне имеют смысл только в качестве аферы по «распилу» бюджета. Афера крайне привлекательная тем, что конечная (недостижимая!) цель будет планироваться на 50-100 лет вперёд. Это ли не мечта для солидной организации (типа РКК-Энергия + Институт Курчатова)?

Если же говорить о других целях освоения Луны, то можно утверждать, что нет такого сырья, которое было бы рентабельно добывать на Луне. Есть только одна осмысленная цель — добыча новых знаний: на Луне разумно построить внеатмосферную обсерваторию, а также использовать Луну как промежуточную космическую станцию.

Е.Б.Александров, 2007— 2012.

(Площадь Луны равна ~ 38 миллионов квадратных километров, которые содержат ~ 1 млн тонн 3Не — по данным статьи Велихова и Смирнова).

А вот и возражение на этот выпад: при оценке транспортировки использованы расходы на программу «Аполлон», которые включали как затраты на прилёт людей на Луну, так и на их возвращение. Между тем, если строить ракету прямо на Луне, то тогда понадобится много меньше затрат на транспортировку груза на Землю. Так что надо развивать ракетостроение на Луне, там же строить скреперы и бульдозеры для грунтовых работ. Так победим!
Уж очень много глупостей пишут СМИ про японские реакторы.
Например, о том, что взрывом снесло «потолок реактора» – нет у реактора никакого потолка: корпусной реактор – это толстостенная кастрюля (типа скороварки), в которой кипит перегретая вода, выполняющая две функции – замедление нейтронов и охлаждение ТВЭЛов. Потолок снесло в реакторном зале (или у внешнего бетонного колпака реактора).

Про водород, пар и цирконий.
Цирконий — обычный конструкционный материал для реакторных внутренностей – он обладает аномально низким поглощением нейтронов. Очень хорошо горит, между прочим, как и титан. Из-за высокого сродства к кислороду, видимо, способен при высокой температуре вытеснять из воды водород – не знал раньше, но очень правдоподобно.

«Комсомольская Правда» обличает японцев: они, дескать, врут, что заглушили реактор – чего же он тогда кипятится?
Дескать, них ещё будет Чернобыль! Это от неграмотности. Реакторы они все заглушили, разумеется (скорее всего, это сделала сейсмо-автоматика).

Но дело в том, что полностью заглушенный реактор напичкан ядерными осколками, которые почти все сильно радиоактивны.
Процесс спонтанного ядерного распада заглушить невозможно, поэтому заглушенный реактор продолжает выделять тепло в количестве около 10% от рабочей мощности реактора (если перед этим реактор долго работал). Это очень большая мощность, и её необходимо отводить от реактора. Поэтому все реакторы снабжаются аварийными системами охлаждения – когда, например, нет электричества для прокачки воды, её пускают самотёком из резервного бассейна, расположенного выше реактора. Через месяц мощность спадает примерно в 10 раз, но потом скорость спада замедляется, поскольку короткоживущие изотопы распадаются раньше. Через год остаётся около 0.1% номинального тепловыделения, и это уже на годы.

Если мощность не отводить, то рабочая зона расплавится, и реактор будет необратимо погублен.
Но Чернобыля всё же не будет, потому что всё останется внутри «кастрюли» — она едва ли расплавится, так как сделана из жаропрочной нержавеющей стали – просто раскалится и будет, может быть, даже светиться, отдавая тепло через излучение и конвекцию (если во-время стравливать внутреннее давление – это будет сопровождаться радиоактивным фоном, но умеренным). Ну, а если её всё же поливать водой, то всё может и обойтись.

В Чернобыле всё было совершенно иначе, начиная с того, что реактор был не корпусной, а канальный.
Но главное, авария состояла в том, что реактор пошёл «вразнос», неограниченно наращивая выделяемую мощность в ходе цепной реакции, так что никакое охлаждение с этим не могло справиться. По существу это был замедленный ядерный взрыв, развитие которого прекратилось из-за разбрасывания элементов конструкции. Это и было самое ужасное: радиоактивные потроха реактора были выброшены в атмосферу и разбросаны по окрестностям.

Энергетически взрыв был относительно слабый – ничтожные доли потенциальной энергии урана перешли в тепло, но этого оказалось достаточно для образования вулкана.
До сих пор идут споры, какая доля начинки была выброшена, а какая стекла в жидком виде лавою в бетонный поддон реактора. Туда до сих пор соваться нельзя.

Что касается перспектив завершения аварии с японскими реакторами, то они в целом благоприятные – время работает на японцев, так как с каждым днём тепловыделение падает.
Однако возможны сюрпризы: при расплавлении топлива оно может сливаться, образуя критические очаги, в которых может вспыхивать цепная реакция с резким увеличением тепловыделения. Это грозит разрушением оболочки и выбросом радиоактивной грязи. Но при этом цепная реакция сейчас же прекратится, так что полномасштабной катастрофы уже наверняка не будет.

Самое обсуждаемое

Популярное за неделю

Сегодня в эфире