पिछले लेखों में - हमें पता चला कि न तो सौर ऊर्जा मानव जाति की जरूरतों (बैटरी की तेजी से विफलता और उनकी लागत के कारण) को संतुष्ट कर सकती है, न ही थर्मोन्यूक्लियर (क्योंकि प्रयोगात्मक रिएक्टरों में एक सकारात्मक ऊर्जा उत्पादन तक पहुंचने के बाद भी - एक शानदार राशि बनी हुई है) वाणिज्यिक उपयोग के रास्ते में समस्याएं)। क्या रहता है?

पहले सौ वर्षों के लिए नहीं, मानव जाति की पूरी प्रगति के बावजूद, बिजली का थोक कोयले के जलने से आता है (जो अभी भी दुनिया में उत्पादन क्षमता के 40.7% के लिए ऊर्जा का स्रोत है), गैस (21.2%), तेल उत्पाद (5.5%) और जलविद्युत (एक और 16.2%, सभी में - 2008 डेटा के अनुसार 83.5%)।

पारंपरिक थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों (दुर्लभ और महंगी U-235 की आवश्यकता होती है) और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों (जो एक "बंद ईंधन चक्र" में प्राकृतिक U-238 और थोरियम की प्रक्रिया कर सकते हैं) के साथ, परमाणु ऊर्जा है।

यह पौराणिक "बंद ईंधन चक्र" क्या है, तेज और थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के बीच अंतर क्या हैं, क्या डिजाइन मौजूद हैं, जब हम इस सब से खुशी की उम्मीद कर सकते हैं, और निश्चित रूप से - सुरक्षा मुद्दा कटौती के तहत है।

न्यूट्रॉन और यूरेनियम के बारे में

हम सभी को स्कूल में कहा गया था कि U-235, जब एक न्यूट्रॉन इसमें प्रवेश करता है, तो ऊर्जा की रिहाई के साथ साझा करता है, और एक और 2-3 न्यूट्रॉन उड़ते हैं। वास्तव में, निश्चित रूप से, सब कुछ कुछ अधिक जटिल है, और यह प्रक्रिया इस प्रारंभिक न्यूट्रॉन की ऊर्जा पर अत्यधिक निर्भर है। आइए न्यूट्रॉन कैप्चर रिएक्शन के क्रॉस सेक्शन (= प्रायिकता) के ग्राफ (U-238 + n -> U-239 और U-235 + n -> U-236) और ऊर्जा के आधार पर U-235 और U-238 के लिए विखंडन प्रतिक्रिया देखें। (= वेग) न्यूट्रॉन:



जैसा कि आप देख सकते हैं, यू -235 के लिए विखंडन के साथ न्यूट्रॉन पर कब्जा करने की संभावना न्यूट्रॉन ऊर्जा में कमी के साथ बढ़ जाती है, क्योंकि साधारण परमाणु रिएक्टर न्यूट्रॉन ग्रेफाइट / पानी में "इस तरह से धीमा" करते हैं कि उनकी गति परमाणुओं के थर्मल कंपन की दर के समान हो जाती है क्रिस्टल जाली में (इसलिए नाम - थर्मल न्यूट्रॉन)। और थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा U-238 के विखंडन की संभावना U-235 से 10 मिलियन गुना कम है, और इसलिए U-235 को लेने के लिए टन में प्राकृतिक यूरेनियम को संसाधित करना आवश्यक है।

नीचे ग्राफ को देखकर कोई कह सकता है: ओह, महान विचार! और 10MeV न्यूट्रॉन को एक सस्ते U-238 को फ्राई करने दें - चेन रिएक्शन को चालू करना चाहिए, आखिरकार, विखंडन के लिए क्रॉस-सेक्शनल ग्राफ ऊपर जा रहा है! लेकिन एक समस्या है - प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप जारी न्यूट्रॉन में केवल 2 MeV या उससे कम (~ 1.25 का औसत) की ऊर्जा होती है, और यह U-238 में (या तो अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, या अधिक न्यूट्रॉन की आवश्यकता नहीं होती है) प्रत्येक मंडल से उड़ान भरी)। ओह, इस ब्रह्मांड में मानवता के लिए कोई भाग्य नहीं ...

हालांकि, यदि U-238 में आत्मनिर्भर तेजी से न्यूट्रॉन प्रतिक्रिया इतनी सरल थी, तो प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर होंगे, जैसा कि ओक्लो में U-235 के साथ हुआ था , और तदनुसार U-238 प्रकृति में बड़े जमा के रूप में सामना नहीं किया जाएगा।

अंत में, यदि आप प्रतिक्रिया की "आत्मनिर्भरता" को छोड़ देते हैं, तो ऊर्जा के साथ सीधे U-238 को साझा करना अभी भी संभव है। यह उदाहरण के लिए थर्मोन्यूक्लियर बमों में उपयोग किया जाता है - डी + टी प्रतिक्रिया से 14.1 MeV की ऊर्जा के साथ न्यूट्रॉन बम के खोल में U-238 को विभाजित करते हैं - और इस तरह आप विस्फोट शक्ति को लगभग मुफ्त में बढ़ा सकते हैं। नियंत्रित परिस्थितियों में - U-238 से थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर और एक कंबल (शेल) के संयोजन की सैद्धांतिक संभावना बनी हुई है - ताकि विखंडन प्रतिक्रिया के कारण थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की ऊर्जा ~ 10-50 गुना बढ़ जाए।

लेकिन एक आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया में U-238 और थोरियम को कैसे विभाजित किया जाए?

बंद ईंधन चक्र

विचार यह है: चलो विखंडन क्रॉस सेक्शन को नहीं देखते हैं, लेकिन कैप्चर क्रॉस सेक्शन पर: एक उपयुक्त न्यूट्रॉन ऊर्जा के साथ (बहुत छोटा नहीं है और बहुत बड़ा नहीं है), U-238 एक न्यूट्रॉन पर कब्जा कर सकता है, और 2 डेक्स के बाद यह प्लूटोनियम -239 बन सकता है:



खर्च किए गए ईंधन से, प्लूटोनियम को रासायनिक रूप से अलग किया जा सकता है, और एमओएक्स ईंधन (प्लूटोनियम और यूरेनियम ऑक्साइड का मिश्रण) बनाया जा सकता है जिसे फास्ट रिएक्टरों और पारंपरिक, थर्मल रिएक्टरों दोनों में जलाया जा सकता है। खर्च किए गए ईंधन के रासायनिक प्रसंस्करण की प्रक्रिया इसकी उच्च रेडियोधर्मिता के कारण बहुत मुश्किल हो सकती है, और अभी तक इसे पूरी तरह से हल नहीं किया गया है और व्यावहारिक रूप से काम नहीं किया गया है (लेकिन काम जारी है)।

प्राकृतिक थोरियम के लिए - एक समान प्रक्रिया, थोरियम एक न्यूट्रॉन को पकड़ती है, और सहज विखंडन के बाद - यह यूरेनियम -233 बन जाता है, जो यूरेनियम -235 के समान ही विभाजित होता है और रासायनिक रूप से खर्च किए गए ईंधन से निकाला जाता है:



बेशक, ये प्रतिक्रियाएं पारंपरिक थर्मल रिएक्टरों में भी होती हैं - लेकिन मॉडरेटर के कारण (जो न्यूट्रॉन कैप्चर की संभावना को बहुत कम कर देता है) और नियंत्रण छड़ (जो न्यूट्रॉन के हिस्से को अवशोषित करता है) के कारण उत्पन्न प्लूटोनियम की मात्रा यूरेनियम -235 से कम होती है। जलने की तुलना में अधिक फिशाइल सामग्री उत्पन्न करने के लिए, आपको नियंत्रण छड़ (उदाहरण के लिए, साधारण यूरेनियम से नियंत्रण छड़ का उपयोग करके) पर कुछ न्यूट्रॉन को खोने की जरूरत है, संरचनाएं, शीतलक (नीचे देखें) और पूरी तरह से एक न्यूट्रॉन मॉडरेटर (ग्रेफाइट या पानी) से छुटकारा पाएं )।

इस तथ्य के कारण कि तेजी से न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के लिए क्रॉस सेक्शन - थर्मल वालों की तुलना में कम - आपको रिएक्टर कोर में फिसल सामग्री (U-235, U-233, Pu-239) की एकाग्रता को 2-4 से बढ़ाकर 20% और अधिक करना होगा। और इस कोर के आसपास स्थित थोरियम / प्राकृतिक यूरेनियम कैसेट में नए ईंधन का उत्पादन किया जाता है।

एक भाग्यशाली संयोग से, यदि विखंडन थर्मल के बजाय एक तेज न्यूट्रॉन के कारण होता है - प्रतिक्रिया में ~ ~ ~ थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन के मामले में 1.5 गुना अधिक न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं - जो प्रतिक्रिया को अधिक यथार्थवादी बनाता है:



यह उत्पन्न न्यूट्रॉन की संख्या में यह वृद्धि है जो मूल रूप से अधिक ईंधन का उत्पादन करना संभव बनाता है। बेशक, नया ईंधन हवा से नहीं लिया जाता है, लेकिन "बेकार" U-238 और थोरियम से उत्पन्न होता है।

शीतलक के बारे में

जैसा कि हमने ऊपर पाया - पानी का उपयोग एक तेज रिएक्टर में नहीं किया जा सकता है - यह बहुत प्रभावी ढंग से न्यूट्रॉन को धीमा कर देता है। इसे कैसे बदला जा सकता है?

गैसों: रिएक्टर को हीलियम से ठंडा करना संभव है। लेकिन छोटे ताप क्षमता के कारण, इस तरह शक्तिशाली रिएक्टरों को ठंडा करना मुश्किल है।

तरल धातुएं: दुनिया भर में तेजी से रिएक्टरों में सोडियम, पोटेशियम - का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। फायदे की - कम गलनांक और निकट वायुमंडलीय दबाव पर काम करते हैं, लेकिन ये धातु बहुत अच्छी तरह से जलते हैं और पानी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। दुनिया में केवल ऑपरेटिंग बीएन -600 ऊर्जा रिएक्टर - यह एक सोडियम कूलेंट पर काम करता है।

लीड, बिस्मथ - रूस में अब विकसित हो रहे BREST और SVBR रिएक्टरों में उपयोग किए जाते हैं। स्पष्ट minuses की - यदि रिएक्टर सीसा / विस्मुट के ठंड तापमान से नीचे ठंडा हो गया है - तो इसे गर्म करने के लिए बहुत मुश्किल और लंबा है (लगभग स्पष्ट नहीं - आप विकी पर लिंक पढ़ सकते हैं)। सामान्य तौर पर, कार्यान्वयन के मार्ग पर कई तकनीकी मुद्दे हैं।

पारा - बीआर -2 रिएक्टर पारा शीतलक के साथ था, लेकिन जैसा कि यह निकला, पारा रिएक्टर के संरचनात्मक सामग्रियों को अपेक्षाकृत जल्दी से घुल जाता है - इसलिए पारा रिएक्टरों का निर्माण नहीं किया गया था।

एक्सोटिक: एक अलग श्रेणी - पिघला हुआ नमक रिएक्टर - LFTR - फ़िसाइल सामग्री (यूरेनियम, थोरियम, प्लूटोनियम) के फ्लोराइड्स के विभिन्न संस्करणों पर काम करता है। अमेरिका में 60 के दशक में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में 2 "प्रयोगशाला" रिएक्टर बनाए गए थे और तब से कोई अन्य रिएक्टर लागू नहीं किया गया है, हालांकि कई परियोजनाएं हैं।

ऑपरेटिंग रिएक्टर और दिलचस्प परियोजनाएं

रूसी बीओआर -60 एक प्रायोगिक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर है, जो 1969 से चल रहा है। विशेष रूप से, नए तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टरों के संरचनात्मक तत्वों का इस पर परीक्षण किया जाता है।

रूसी बीएन -600, बीएन -800 : जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, बीएन -600 दुनिया में एकमात्र फास्ट-न्यूट्रॉन पावर रिएक्टर है। यह 1980 से काम कर रहा है, जबकि यूरेनियम -235 पर।

2014 में, अधिक शक्तिशाली बीएन -800 को लॉन्च करने की योजना है। यह पहले से ही एमओएक्स ईंधन (प्लूटोनियम के साथ) का उपयोग शुरू करने की योजना बना रहा है, और एक बंद ईंधन चक्र (उत्पादित प्लूटोनियम के प्रसंस्करण और जलने के साथ) का काम शुरू करना है। फिर एक धारावाहिक BN-1200 हो सकता है, लेकिन इसके निर्माण पर निर्णय अभी तक नहीं किया गया है। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों के निर्माण और औद्योगिक संचालन के अनुभव के अनुसार, रूस सभी की तुलना में बहुत आगे बढ़ा है, और सक्रिय रूप से विकसित करना जारी रखता है।

छोटे परिचालन अनुसंधान फास्ट रिएक्टर - अभी भी जापान ( Jōy ,), भारत ( FBTR ) और चीन ( चीन प्रायोगिक फास्ट रिएक्टर ) में हैं।

जापानी मोंजू रिएक्टर दुनिया का सबसे बदकिस्मत रिएक्टर है। 1995 में, इसे बनाया गया था, और उसी वर्ष, कई सौ किलोग्राम सोडियम लीक हो गया, कंपनी ने घटना के पैमाने को छिपाने की कोशिश की (हाय फुकुशिमा), रिएक्टर को 15 साल के लिए बंद कर दिया गया था। मई 2010 में, रिएक्टर को अंततः कम क्षमता पर लॉन्च किया गया था, लेकिन अगस्त में ईंधन के ईंधन भरने के दौरान, 3.3 टन क्रेन गिरा दिया गया था, जो तुरंत तरल सोडियम में डूब गया था। जून 2011 में ही क्रेन मिल पाना संभव था। 29 मई 2013 को, रिएक्टर को स्थायी रूप से बंद करने का निर्णय लिया जाएगा।

ट्रैवलिंग वेव रिएक्टर : जाने-माने अनारक्षित प्रोजेक्ट्स - "ट्रैवलिंग वेव रिएक्टर" - ट्रैवल वेव रिएक्टर, टेरापावर। इस परियोजना को बिल गेट्स ने बढ़ावा दिया था - इसलिए उन्होंने इसके बारे में दो बार हैबे: 1 , 2 में लिखा। यह विचार था कि रिएक्टर के "कोर" में समृद्ध यूरेनियम शामिल था, और इसके चारों ओर यू -238 / थोरियम के साथ कैसेट थे, जिसमें भविष्य का ईंधन उत्पन्न होगा। फिर, रोबोट इन कैसेट्स को केंद्र के करीब ले जाएगा - और प्रतिक्रिया जारी रहेगी। लेकिन वास्तव में - रासायनिक प्रसंस्करण के बिना, यह सब काम करना आसान नहीं है, और परियोजना ने कभी भी बंद नहीं किया।

परमाणु ऊर्जा की सुरक्षा पर

मैं कैसे कह सकता हूं कि मानवता परमाणु ऊर्जा पर भरोसा कर सकती है - और यह फुकुशिमा के बाद है।

तथ्य यह है कि कोई भी ऊर्जा खतरनाक है। आइए हम याद करते हैं कि चीन में बनकियाओ डैम में दुर्घटना, जो बिजली पैदा करने के लिए अन्य चीजों के अलावा बनी थी - तब 26 हजार का नुकसान हुआ था। 171 हजार तक व्यक्ति। स्यानो-शुशेंसाया पनबिजली स्टेशन पर दुर्घटना - 75 लोग मारे गए। अकेले चीन में, कोयला खनन के दौरान हर साल 6,000 खनिकों की मृत्यु हो जाती है, और यह सीएचपी उत्सर्जन में सांस लेने के स्वास्थ्य परिणामों की गिनती नहीं कर रहा है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में दुर्घटनाओं की संख्या बिजली इकाइयों की संख्या पर निर्भर नहीं करती है, क्योंकि प्रत्येक दुर्घटना एक श्रृंखला में केवल एक बार हो सकती है। प्रत्येक घटना के बाद, कारणों का विश्लेषण किया जाता है और सभी ब्लॉकों पर समाप्त कर दिया जाता है। इसलिए, चेरनोबिल दुर्घटना के बाद - सभी ब्लॉकों को अंतिम रूप दिया गया, और फुकुशिमा के बाद - जापानी ने परमाणु ऊर्जा को सामान्य रूप से दूर कर लिया (हालांकि, यहां साजिश के सिद्धांत हैं - यू.एस. और सहयोगियों को अगले 5-10 वर्षों में यूरेनियम -235 की कमी होने की उम्मीद है)।

खर्च किए गए ईंधन के साथ समस्या सीधे न्यूट्रॉन रिएक्टरों द्वारा हल की जाती है, जैसे प्रसंस्करण अपशिष्ट के लिए प्रौद्योगिकी में सुधार के अलावा, कम अपशिष्ट का गठन किया जाता है: भारी (एक्टिनाइड्स), लंबे समय तक रहने वाले प्रतिक्रिया उत्पाद भी तेज न्यूट्रॉन द्वारा "बर्न आउट" होते हैं।

निष्कर्ष

फास्ट रिएक्टरों - का मुख्य लाभ है कि हर कोई फ्यूजन से उम्मीद करता है - मानवता के पास हजारों और दसियों हजारों वर्षों तक उनके लिए पर्याप्त ईंधन होगा। इसे खनन करने की भी आवश्यकता नहीं है - यह पहले से ही खनन किया गया है, और गोदामों और डंप में निहित है। तकनीकी समस्याएं - हालांकि वे बनी हुई हैं, वे हल लगती हैं, महाकाव्य नहीं - जैसे कि थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के मामले में।

"बंद ईंधन चक्र" में ईंधन हवा से नहीं दिखता है, लेकिन पहले से बेकार यूरेनियम -238 और एक तेजी से रिएक्टर में विकिरण के बाद थोरियम, और आगे रासायनिक प्रसंस्करण के लिए उपयोगी प्लूटोनियम -239 और यूरेनियम -233 खर्च किए गए ईंधन को निकालने के लिए। थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों की तुलना में, फास्ट रिएक्टर प्रति विखंडन में 1.5 गुना अधिक न्यूट्रॉन का उत्पादन करते हैं, और वे एक चेन रिएक्शन और नए ईंधन के उत्पादन के लिए पर्याप्त हैं।

आर्थिक दृष्टिकोण से - बड़े पैमाने पर निर्माण के साथ, तेजी से रिएक्टर, हालांकि पारंपरिक थर्मल परमाणु रिएक्टरों की तुलना में अधिक महंगा, परिमाण के आदेश नहीं हैं। तेजी से रिएक्टरों का विशाल निर्माण सिर्फ समय से पहले शुरू नहीं होता है, क्योंकि अब तक, अधिकांश देशों के पास निकट भविष्य (15-30 वर्ष) में पर्याप्त यूरेनियम -235 और पारंपरिक ईंधन है, और तकनीक पर काम करने का समय है।

इसलिए जब सस्ता तेल और यूरेनियम -235 आखिरकार खत्म हो गया, तो हमारे पोते-पोतियों को बिना रोशनी के नहीं बैठना होगा, मंगल के साथ कुछ उपनिवेश करना होगा, और अगले 10,000 वर्षों में धीरे-धीरे फ्यूजन खत्म करना होगा।