Природный ядерный реактор

Аватар пользователя Partisan

Этот рассказ - об открытии, которое предсказывали давно, которого долго ждали и уже почти отчаялись дождаться. Когда же все-таки открытие свершилось, то оказалось, что цепная реакция деления урана, считавшаяся одним из высших проявлений могущества человеческого разума, когда-то давным-давно могла идти и шла без какого-либо вмешательства человека. Об этом открытии, о феномене Окло (провинция Габона Огове-Лоло по-французски – Ogooué-Lolo), лет семь назад писали много и не всегда корректно. Со временем страсти поутихли, а информации об этом феномене за последнее время прибавилось...

ПОПЫТКИ С НЕГОДНЫМИ СРЕДСТВАМИ

Рассказывают, что в один из осенних дней 1945 г. японский физик П. Курода, потрясенный увиденным в Хиросиме, впервые задумался о том, не может ли подобный процесс деления ядер идти в природе. А если да, то не этот ли процесс порождает неукротимую энергию вулканов, которые как раз в то время Курода изучал?

Вслед за ним этой заманчивой идеей увлеклись и некоторые другие физики, химики, геологи. Но техника - появившиеся в 50-е годы энергетические ядерные реакторы - работала против эффектного умозаключения. Не то чтобы теория реакторов накладывала запрет на такой процесс - она объявляла его слишком маловероятным.

И все-таки стали искать следы при родной цепной реакции деления. Американец И. Орр, например, попытался обнаружить признаки ядерного "горения" в тухолите. Название этого минерала вовсе не свидетельство его неприятного запаха, слово образовано из первых букв латинских названий элементов, имеющихся в этом минерале,- тория, урана, водорода (хидрогениум, первая буква - латинская "аш", читающаяся как "х") и кислорода (оксигениум). А концовка "лит" - от греческого "литое" - камень.

Но никаких аномалий в тухолите не обнаружилось.

Отрицательный результат был получен и при работе с одним из самых известных урановых минералов - уранинитом1. Было высказано предположение, что редкоземельные элементы, присутствующие в заирском уранините, образовались в цепной реакции деления. Но изотопный анализ показал, что эта примесь - самая обыкновенная, не радиогенная.

Зависимость коэффициента размножения нейтронов от концентрации урана и воды в месторождении

Исследователи из Арканзасского университета попытались найти в горячих источниках Йеллоустонского национального парка радиоактивные изотопы стронция. Рассуждали так: вода этих источников подогревается неким источником энергии; если где-то в недрах действует природный ядерный реактор, в воду неизбежно просочатся радиоактивные продукты цепной реакции деления, в частности стронций-90. Однако никаких признаков повышенной радиоактивности в йеллоустонских водах не оказалось...

Где же искать природный реактор? Первые попытки были предприняты почти вслепую, на основе соображений типа "это может быть потому, что...". До серьезной теории природного ядерного реактора было еще далеко.

НАЧАЛА ТЕОРИИ

В 1956 г. в журнале "Nature" была опубликована маленькая, всего на страницу, заметка. В ней коротко излагалась теория природного ядерного реактора. Ее автором был все тот же П. Курода. Смысл заметки сводится к расчету коэффициента размножения нейтронов КҐ. Величина этого коэффициента определяет, быть или не быть цепной реакции деления. И в реакторе, и в месторождении, очевидно.

Когда образуется урановое месторождение, в нем могут наличествовать три главных "действующих лица" будущей цепной реакции. Это горючее - уран-235, замедлители нейтронов - вода, окислы кремния и металлов, графит (сталкиваясь с молекулами этих веществ, нейтроны растрачивают свой запас кинетической энергии и из быстрых превращаются в медленные) и, наконец, поглотители нейтронов, среди которых - осколочные элементы (о них разговор особый) и, как это ни странно, сам уран. Преобладающий изотоп - уран-238 может делиться быстрыми нейтронами, но нейтроны средней энергии (более энергичные, чем медленные, и более медленные, чем быстрые) его ядра захватывают и при этом не распадаются, не делятся.

При каждом делении ядра урана-235, вызванном столкновением с медленным нейтроном, рождается два-три новых нейтрона. Казалось бы, число нейтронов в месторождении должно лавинообразно нарастать. Но все не так просто. "Новорожденные" нейтроны - быстрые. Чтобы вызвать новое деление урана-235, они должны стать медленными. Вот здесь-то и подстерегают их две опасности. Замедляясь, они должны как бы проскочить интервал энергий, при которых с нейтронами очень охотно реагирует уран-238. Не всем это удается - часть нейтронов выбывает из игры. Уцелевшие медленные нейтроны становятся жертвами атомных ядер редкоземельных элементов, всегда присутствующих в урановых месторождениях (и реакторах тоже).

Мало того, что они - элементы рассеянные - вездесущи. Они к тому же образуются при делении ядер урана - вынужденном и спонтанном. А некоторые осколочные элементы, например гадолиний и самарий, относятся к числу самых сильных поглотителей тепловых нейтронов. В итоге, на цепную реакцию в уране, как правило, нейтронов остается не так уж много...

Коэффициент размножения КҐ - это и есть отношение остатка нейтронов к их первоначальному числу. Если KҐ=1, в урановом месторождении устойчиво протекает цепная реакция, если KҐ > 1, месторождение должно самоуничтожиться, рассеяться, может даже взорваться. При КҐ < 1 цепная реакция не пойдет. Очень точно должны сыграть свои "роли" горючее, замедлитель и поглотитель, чтобы коэффициент размножения стал не менее 1, чтобы месторождение заработало как природный реактор. Но ведь это не актеры, им не объяснишь сверхзадачу... Значит, должны быть такие природные условия, чтобы месторождение могло стать природным же ядерным реактором.

Что для этого необходимо? Во-первых, чтобы месторождение было древним. Сейчас в природной смеси изотопов урана концентрация урана-235 всего 0,7%. Не многим больше она была и 500 миллионов, и миллиард лет назад. Поэтому ни в одном месторождении моложе 1 млрд. лет не могла начаться цепная реакция, независимо от общей концентрации урана или воды-замедлителя. Период полураспада урана-235 около 700 млн. лет. Чем дальше в глубь веков, тем больше была концентрация изотопа уран-235. Два миллиарда лет назад она составляла 3,7%, 3 млрд. лет - 8,4%, 4 млрд. лет - целых 19,2%! Вот тогда, миллиарды лет назад, древнейшие месторождения урана были достаточно богатыми, готовыми вот-вот "вспыхнуть".

Древность месторождения - необходимое, но не достаточное условие действия природных реакторов. Другое, также необходимое условие - присутствие здесь же воды в больших количествах. Вода, особенно тяжелая,- лучший замедлитель нейтронов. Не случайно же критическая масса урана (93,5% 235U) в водном растворе - меньше одного килограмма, а в твердом состоянии, в виде шара со специальным отражателем нейтронов - от 18 до 23 кг. Не меньше 15-20% воды должно было быть в составе урановой древней руды, чтобы в ней вспыхнула цепная реакция деления урана.

Но и этого еще недостаточно. Необходимо, чтобы урана в руде было не меньше 10-20%. При иных обстоятельствах природная цепная реакция не могла бы начаться. Заметим тут же, что сейчас богатыми считаются руды, в которых от 0,5 до 1,0% урана; больше 1 % - очень богатыми...

Но и это еще не все. Нужно, чтобы месторождение было не слишком маленьким. Например, в куске руды величиною с кулак - самой древней, самой концентрированной (и по урану, и по воде) - цепная реакция начаться бы не могла. Слишком много нейтронов вылетали бы из такого куска, не успев вступить в цепную реакцию. Подсчитали, что размеры залежей, которые могли бы стать природными реакторами, должны составлять хотя бы несколько кубометров.

Итак, чтобы в месторождении сам собой заработал "нерукотворный" ядерный реактор, нужно, чтобы одновременно соблюдались все четыре обязательных условия. Это и оговорила теория, сформулированная профессором Куродой. Теперь поиски природных реакторов в урановых месторождениях могли приобрести известную целенаправленность.

Так уменьшается концентрация урана-235 со временем

Так уменьшается концентрация урана-235 со временем

НЕ ТАМ, ГДЕ ИСКАЛИ

Поиски вели в США и в СССР. Американцы проводили точнейшие изотопные анализы урана, надеясь обнаружить хоть небольшое "выгорание" урана-235. К 1963 году Комиссия по атомной энергии США уже располагала сведениями об изотопном составе нескольких сотен урановых месторождений. Были изучены глубинные и поверхностные, древние и молодые, богатые и бедные месторождения урана. В семидесятых годах эти данные опубликовали. Следов цепной реакции найдено не было...

В СССР применили другой метод поисков природного ядерного реактора. Из каждых ста делений ядер урана-235 шесть приводят к образованию изотопов ксенона. Значит, при цепной реакции в урановых месторождениях должен накапливаться ксенон. Превышение концентрации ксенона (сверх 10-15 г/г) и изменения его изотопного состава в урановой руде свидетельствовали бы о природном реакторе. Чувствительность советских масс-спектрометров позволяла обнаружить малейшие отклонения. Были исследованы многие "подозрительные" урановые месторождения - но ни в одном не обнаружилось признаков природных ядерных реакторов.

Получалось, что теоретическая возможность природной цепной реакции никогда не превратилась в действительность. К такому выводу пришли в 1970 г. А спустя всего два года французские специалисты совершенно случайно натолкнулись на природный ядерный реактор. Вот как это было.

В июне 1972 г. в одной из лабораторий Комиссариата по атомной энергии Франции готовили эталонный раствор природного урана. Измерили его изотопный состав: урана-235 оказалось 0,7171% вместо 0,7202%. Невелика разница! Но в лаборатории привыкли работать точно. Проверили результат - он повторился. Исследовали другой препарат урана - дефицит урана-235 еще больше! На протяжении следующих шести недель экстренно проанализировали еще 350 образцов и обнаружили, что из уранового месторождения Окло (Габон) во Францию доставляется урановая руда, обедненная раном-235.

Изотопный состав обычного природного урана и урана из месторождения Окло

Изотопный состав обычного природного урана и урана из месторождения Окло

Организовали расследование - оказалось, что за полтора года с рудника поступило 700 тонн обедненного урана, и общая недостача урана-235 в сырье, поступившем на атомные заводы Франции, составила 200 кг! Их, очевидно, использовала в качестве ядерного горючего сама природа...

Французские исследователи (Р. Бодю, М. Нелли и др.) срочно опубликовали сообщение, что ими обнаружен природный ядерный реактор. Затем во многих журналах были приведены результаты всестороннего изучения необычного месторождения Окло.

Феномену Окло были посвящены две международных научных конференции. Все сошлись в общем мнении: это действительно природный ядерный реактор, работавший в центре Африки сам по себе, когда и предков-то человека на Земле не было.

КАК ЖЕ ЭТО ПРОИЗОШЛО?

2 миллиарда 600 миллионов лет назад на территории нынешнего Габона и сопредельных с ним африканских государств образовалась огромная гранитная плита протяженностью во много десятков километров. (Эту дату, так же как и другие, о которых пойдет речь, определили с помощью радиоактивных часов - по накоплению аргона из калия, стронция - из рубидия, свинца - из урана.)

В течение последующих 500 миллионов лет эта глыба разрушалась, превращаясь в песок и глину. Они смывались реками и в виде осадков, насыщенных органическим веществом, слоями оседали в дельте древней громадной реки. За десятки миллионов лет толщи осадков настолько увеличились, что нижние слои оказались на глубине в несколько километров. Сквозь них просачивались подземные воды, в которых были растворены соли, в том числе немного солей уранила (ион UO22+). В слоях, насыщенных органическим веществом, были условия для восстановления шестивалентного урана в четырехвалентный, который и выпадал в осадок. Постепенно много тысяч тонн урана осело в виде рудных "линз" размером в десятки метров. Содержание урана в руде достигло 30, 40, 50% и продолжало расти.

Расположение уранового месторождения на месте некогда действовавшего природного ядерного реактора

Расположение уранового месторождения на месте некогда действовавшего природного ядерного реактора

Изотопная концентрация урана-235 была тогда 4,1%. И в какой-то момент оказались соблюденными все четыре условия, необходимых для начала цепной реакции, о которых рассказано выше. И - природный реактор заработал. В сотни миллионов раз вырос поток нейтронов. Это привело не только к выгоранию урана-235, месторождение Окло оказалось скопищем многих изотопных аномалий.

Заодно с ураном-235 "выгорели" все легко взаимодействующие с нейтронами изотопы. Оказался в зоне реакции самарии - и лишился своего изотопа 149Sm. Если в природной смеси изотопов самария его 14%, то на месте работы природного реактора - всего 0,2%. Такая же судьба постигла 151Еu, 157Gd и некоторые другие изотопы редкоземельных элементов.

Но и в природном ядерном реакторе действуют законы сохранения энергии и материи. Ничто не превращается в ничто. "Погибшие" атомы породили новые. Деление урана-235 - мы знаем это из физики - не что иное, как образование осколков разнообразных атомных ядер с массовыми числами от 70 до 170. Добрая треть таблицы элементов - от цинка до лютеция получается в результате деления ядер урана. В зоне цепной реакции обитают химические элементы с фантастически искаженным изотопным составом. У рутения из Окло, например, втрое больше, чем в природном рутении, ядер с массовым числом 99. В цирконии в пять раз вырастает содержание изотопа 96Zr. "Сгоревший" 149Sm превратился в 150Sm, и последнего в итоге в одной из проб оказалось в 1300 раз больше, чем должно было быть. Таким же путем в 100 раз возросла концентрация изотопов 152Gd и 154Gd.

Все эти изотопные аномалии интересны сами по себе, но они позволили многое узнать и о природном реакторе. Например, сколько времени он работал. Некоторые образовывавшиеся при работе природного реактора изотопы, естественно, были радиоактивными. Они не дожили до наших дней, распались. Но за то время, что радиоактивные изотопы находились в зоне реакции, часть из них вступила в реакцию с нейтронами. По количеству продуктов таких реакций и продуктов распада радиоактивных изотопов, зная дозу нейтронов, рассчитали длительность работы природного реактора. Оказалось, что он работал примерно 500 тысяч лет.

А дозу нейтронов узнали тоже по изотопам, по их выгоранию или накоплению; вероятность взаимодействия осколочных элементов с нейтронами известна достаточно точно. Дозы нейтронов в природном реакторе были весьма внушительными - около 1021 нейтронов на квадратный сантиметр, то есть в тысячи раз больше, чем использующиеся в лабораториях при нейтронно-активационном химическом анализе. Каждый кубический сантиметр руды ежесекундно бомбардировали сто миллионов нейтронов!

По выгоранию изотопов подсчитали и энергию, выделенную в природном реакторе - 1011 кВт·ч. Этой энергии хватило, чтобы температура месторождения Окло достигла 400-600°С. До ядерного взрыва, очевидно, было далеко, вразнос реактор не шел. Это, вероятно, объясняется тем, что природный реактор Окло был саморегулирующимся. Когда коэффициент размножения нейтронов приближался к единице, температура повышалась, и вода - замедлитель нейтронов - уходила из зоны реакции. Реактор останавливался, остывал, и вода снова насыщала руду - опять возобновлялась цепная реакция.

Все это продолжалось до тех пор, пока в руду свободно поступала вода. Но однажды водный режим изменился, и реактор остановился навсегда. За два миллиарда лет силы земных недр сдвинули, смяли, вздыбили под углом 45° пласты руды и вынесли их к поверхности. Природный реактор, словно замороженный в слое вечной мерзлоты мамонт, в своем первозданном виде предстал перед современными исследователями.

Впрочем, не совсем в первозданном. Некоторые изотопы, образованные при работе реактора, исчезли из зоны реакции. Например, барий, стронций и рубидий, найденные в месторождении Окло, оказались почти нормальными по изотопному составу. А ведь цепная реакция должна была вызвать громадные аномалии в составе этих элементов. Аномалии были, но и барий, и стронций, и тем более рубидий - химически активные и потому геохимически подвижные элементы. "Аномальные" изотопы вымывались из зоны реакции, а из окружающих пород на их место приходили нормальные.

Мигрировали также, хотя и не столь значительно, теллур, рутений, цирконий. Два миллиарда лет - срок большой даже для неодушевленной природы. А вот редкоземельные элементы - продукты деления урана-235 и особенно сам уран - оказались прочно законсервированными в зоне реакции.

Но что необъяснимо пока, так это причины уникальности месторождения Окло. В далеком прошлом природные ядерные реакторы в древних породах должны были возникать достаточно часто. Но их не находят. Может быть, они и возникали, но в силу каких-то причин самоуничтожались, взрывались, а месторождение Окло - единственное, чудом уцелевшее? Нет пока ответа на этот вопрос. Может быть, природные реакторы есть и еще где-то, и их стоит как следует поискать...

А. Ю. Шуколюков
Химия и Жизнь №6, 1980 г., с. 20-24 http://www.nts-lib.ru/Online/chem/uran.html

Авторство: 
Копия чужих материалов
Комментарий автора: 

Тема ранее была затронута АЙ, но тут чуть более разобрано.

В данный момент Окло - действующее урановое месторождение. Те рудные тела, которые располагаются у поверхности, добывают карьерным методом, а те, что на глубине, горными выработками.

Из семнадцати известных ныне ископаемых реакторов девять полностью засыпаны (недоступны).
Реакторная зона 15 - единственный реактор, который доступен через тоннель в шахте реактора. Остатки ископаемого реактора 15 ясно различимы как легкая серо-желтая цветастая скала, которая сложена, главным образом, из окиси урана.

Комментарии

Аватар пользователя krazist
krazist(3 года 10 месяцев)

Спасибо, интересно.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом флуде и сраче, рекомендуется банить при рецидивах ***
Скрытый комментарий Partisan (c обсуждением)
Аватар пользователя Partisan
Partisan(9 лет 1 неделя)

Я тут столкнулся с тем, что потенциально интересные вещи тонут под наносами полит. информации. И решил собирать их в отдельную кучку. Жаль, что не раньше - многое и не вспомнится.

Аватар пользователя ДимаШи
ДимаШи(8 лет 3 недели)

Капец. И всё это на фоне непрекращающегося пенсионного скулежа.

Аватар пользователя Шприц
Шприц(2 года 8 месяцев)

Когда коэффициент размножения нейтронов приближался к единице, температура повышалась, и вода - замедлитель нейтронов - уходила из зоны реакции. Реактор останавливался, остывал, и вода снова насыщала руду - опять возобновлялась цепная реакция.

Какая-то нелогичность. Вода, замедлитель нейтронов, уходила, и реактор останавливался. Может быть "вода, НАСЫЩАТЕЛЬ нейтронов(радиоактивных элементов)"?

Комментарий администрации:  
*** отключен (конченый ублюдок) ***
Скрытый комментарий юрчён (c обсуждением)
Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 5 месяцев)

Самая что ни наесть логичность.

Дело в том, что есть относительно узкий диапазон энергии нейтронов (окно захвата) при котором атом урана способен поглотить нейтрон, что бы из за этого распасться и выделить этим энергию и ещё выдать на гора ещё дополнительные нейтроны.

Если энергии у нейтрона больше чем надо, то он отразится от атома, если недостаточно, то он не поглотится атомом.

Так вот вода замедляет нейтроны до диапазона энергии, при котором возможен его захват атомом урана, а нейтроны изначально при распаде имеют большую энергию чем необходимо.

Аватар пользователя botanica666
botanica666(7 лет 1 месяц)

Как раз самая что ни на есть нелогичность.

Вы описали фактическое положение дел. Но логичного объяснения этому нет. Нейтрон с большой энергией по идее должен гораздо надежнее разваливать атом. Но по факту есть это самое окно захвата.

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 5 месяцев)

Архи логично.

В том то и дело, что разваливает атом вовсе не удар его нейтроном.

А отскочив от атома проку от него не будет.

Аватар пользователя elfwired
elfwired(8 лет 7 месяцев)

К сожалению квантовая механика не всегда логична с точки зрения бытовой логики. На пальцах можно объяснить, что высокоэнергетичный нейтрон "быстрее" пролетает через ядро урана и не успевает прореагировать, но это будет откровенная ложь.
Более правильное объяснение будет с точки зрения резонанса: Есть некая оптимальная частота, с которой захват идёт с наибольшей интенсивностью. Чем дальше энергия нейтрона (а значит его частота) от оптимальной, тем меньше вероятность реакции.

Аватар пользователя botanica666
botanica666(7 лет 1 месяц)

К сожалению квантовая механика не всегда логична с точки зрения бытовой логики.

КФ это просто набор костылей, для хоть какого то объяснения наблюдаемых явлений. Там не то что логикой не пахнет, там многие вещи сами себе противоречат.

В том числе и этот самый развал ядра медленными нейтронами.

Аватар пользователя elfwired
elfwired(8 лет 7 месяцев)

Понимаете, в чём дело, зависимость сечения захвата от энергии нейтронов - величина измеримая, и уж поверьте, измеряли её множество лабораторий и средств на точное измерение не жалели. И то, что с ростом энергии сечение убывает - установлено давно и надёжно.

А то, что вам это кажется нелогичным... понятие твёрдого тела имеет смысл только для групп из множества атомов, а для электронных облаков уже смысла не имеет. мы же с вами говорим о ещё меньших масштабах. Так что наш бытовой опыт по пинанию твёрдых тел с разной интенсивностью не следует сюда применять. А вот применимость понятия о волнах доказана (опять же экспериментами) уже давно. Да и дискретный (квантовый) характер взаимодействий на микроуровне взялся не из чьей-то головы а из эксперимента.

Аватар пользователя Скиталец
Скиталец(5 лет 5 месяцев)

Вы, рассуждаете верно, но в рамках НЫНЕШНЕГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ о законах квантовой механики. ОДНАКО, если учесть сколько там субъективного (те же принципы), то приходится признать, что нынешний этап её развития (КМ) соответствует этапу в астрономических воззрениях Клавдия Птолемея с его эпициклами и деферентами. То бишь КМ ещё ждёт своего Николая Коперника. У меня по этому вопросу, в своё время, возник диспут (диспут, это спор, в котором НЕ родилась истина) с Симургом. Но из-за специфики моей работы (частые и длительные разъезды) тема заглохла. Я это к чему? Просто есть ряд экспериментальных эффектов, которые не попадают в рамки существующих теорий. В своё время такие эффекты, как фотоэффект (миль пардон за каламбур), несохранение чётности, двойной бета-распад (привет Паули с его нейтрино) и ряд других угробили не одну теорию. Сейчас доминирует "Стандартная модель". Ну и чЁ? Проблем стало меньше? Ага, ЩаЗ! На очереди теория "Суперсимметрии". Запасаемся семками...

Аватар пользователя Yevd
Yevd(6 лет 4 месяца)

квантовая механика не всегда логична с точки зрения бытовой логики.

Бытовая логика тоже годится. Наглядный образец - стекло и камень. Камушек малой энергии отскакивает от стекла - отражается. Высокоэнергетичная пуля пробивает в стекле маленькую дырочку и улетает прочь. А камень средних энергий разбивает стекло вдребезги

Аватар пользователя elfwired
elfwired(8 лет 7 месяцев)

Да, но у такой логики нет предсказательной силы. Например она предскажет вам, что ультрахолодные (сверхзамедленные) нейтроны никогда не будут взаимодействовать с ураном, что не соответствует действительности.
 

Аватар пользователя iAndrey
iAndrey(4 года 10 месяцев)

Да это просто французам нужно было "спрятать" 200 кило урана, и для этого придумали теорию природного реактора.. вот и вся нелогичность)

Аватар пользователя Simurg
Simurg(4 года 2 месяца)

:) В ядерной физике всё очень логично. Но гораздо сложнее устройства табуретки.

Полное объяснение очень сложное, но в двух словах так: дело в том, что уран состоит (в основном) из двух изотопов. Уран-238 с большой вероятностью захватывает быстрые и плохо (если они не очень быстрые) ими делится, а медленными не делится совсем (но и захватывает их хуже). Уран-235 хорошо делится и быстрыми, и медленными. Поэтому, если уран очень обогащённый по 235, реакция может быть и на быстрых, и на медленных, а если там смесь - нужно быстро замедлить нейтроны, чтобы их захватил уран-235 (с делением), а не уран-238 (без деления).

Причина, по которой уран-238 плохо захватывает медленные нейтроны - в структуре его ядерных уровней энергии (не путать с атомными), но это уже очень сложный и долгий разговор.

Аватар пользователя elfwired
elfwired(8 лет 7 месяцев)

Замедленные нейтроны, то есть обладающие низкой энергией более активно реагируют. А вылетают из ядер урана нейтроны с высокой энергией. Так что без замедлителя цепная реакция не начнётся.

Аватар пользователя UBAH
UBAH(2 года 9 месяцев)

Так что без замедлителя цепная реакция не начнётся.

Ну не во всех случаях, все-таки. При низком обогащении - не начнется, а при высоком - вполне, есть же реакторы на быстрых нейтронах, и в бомбах замедлитель тоже не используют

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 5 месяцев)

А потом найдут природные реакторы на металлических планетоидах и в гигантских астероидах.

Аватар пользователя warden
warden(6 лет 6 месяцев)

Спасибо. Давно про это читал, уж и не думал вспомнитьsmiley

Аватар пользователя alexsword
alexsword(9 лет 6 месяцев)

Хорошая наглядная иллюстрация для тезисов из заметки

Философия энергетики: Энтропия, Энергопоток и Порядок

Кто-то посчитает, что развитие атомной энергетики очень сложно, а солнечной очень просто?

Нет. Антиматерия превращается в энергию сама - все что ей нужно, это войти в контакт с с материей.

Термояд?  Да, сложно сделать на планете, но посмотрите на триллионы звезд.  Это триллионы термоядерных реакторов.  Для запуска нужно лишь собрать достаточно много атомов, легче чем свинец.

Атомная? Все что нужно - собрать правильный набор атомов вместе.  Иногда это случается даже естественным путем.

Почему атомная энергия такая дорогая?  Чтобы защитить нас от гигантских потоков освобождаемой энергии. Основная задача атомного реактора - контролировать скорость производства атомов урана. Иначе они дадут слишком много энергии сразу и разрушат реактор. Сам по себе запуск реакции прост, сложность состоит в том, чтобы она не разогналась.  

В этом смысле химические реакции для запуска требуют больше усилий - нужно собрать вместе правильные атомы и создать правильные условия. Уголь или дрова не будут гореть без кислорода и источника зажигания. То есть вместо одного урана для запуска атомной реакции, тут потребуется как минимум три разных типа атомов.  Но система для сбора химической энергии остается еще относительно простой.

Гидроэнергия? Требуется еще более комплексная структура для сбора этой энергии. Простейшая форма сбора энергии от угля - это собрать кучу и поджечь. Водная энергия требует уже создания механизма - например, водное колесо. Уровень сложности системы для сбора энергии резко повысился, потому что источник энергии стал более беспорядочен.

Для сбора энергии от ветра потребуется еще более сложный механизм - просто потому, что газ более беспорядочен, чем вода.

И вот, напоследок, солнечная энергия. Панели для ее сбора организованы на атомном уровне.  Это очень упорядоченные объекты, только так и можно собрать "крошки" энергии, которые имеются в излучении. Даже простейшая форма сбора солнечной энергии - лупа - требует сбор очень специфичных материалов и их последующую обработку для создания линзы.

Аватар пользователя evm11
evm11(8 лет 6 месяцев)

Для запуска нужно лишь собрать достаточно много атомов, легче чем свинец.

Здесь ошибка принципиальная синтез может идти с выделением энергии только до медь/железо, распад с выделением энергии только до медь/железо.

Аватар пользователя alexsword
alexsword(9 лет 6 месяцев)

Уточнение справедливое, но оно не носит принципиальный характер - статья имеет целью формулировку и иллюстрацию принципа, и тут не поспоришь - чем более "правильный" источник, тем более простой характер носит и конструкция реактора. и природа его сама начинает сооружать.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(4 года 2 месяца)

Очень распространённое (популяризаторами) заблуждение.

См. энергии связи для разных изотопов. Её огибающая действительно имеет максимум на железе. Но график - очень ломаный. Это во-первых. Во-вторых, присоединение, например, протона к тяжёлым ядрам выгодно вплоть до очень тяжёлых ядер.

Скрытый комментарий GVR (c обсуждением)
Аватар пользователя GVR
GVR(4 года 10 месяцев)

Неизвестно, что там в центре Земли происходит...

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 5 месяцев)

Земная ось трётся об центр масс.

Аватар пользователя GVR
GVR(4 года 10 месяцев)

Это ты так о прецессии?

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 5 месяцев)

С Прецессиями тоже бывает терёмся осью с центрами масс.

Аватар пользователя olegNb12
olegNb12(4 года 11 месяцев)

))

Скрытый комментарий DeimonAx (без обсуждения)
Аватар пользователя DeimonAx
DeimonAx(4 года 11 месяцев)

Да. Читал эту статью в ХЖ. Долго был подписчиков. Пока выходил регулярно. 

Скрытый комментарий irvin (без обсуждения)
Аватар пользователя irvin
irvin(4 года 8 месяцев)

жиды скрыли следы предыдущей цивилизации-спросите с раввинов и попов , с паяльником и пристрастием

Комментарий администрации:  
*** отключен (межрелигиозный розжиг) ***
Аватар пользователя user3120
user3120(5 лет 7 месяцев)

Новый тип реактора на основе "природного".

Если тему ("природных реакторов") развивать и прорабатывать, то желательно было бы прикинуть технико-экономическое обоснование для маломощного низкотемпературного ядерного реактора который можно использовать под отопление по сравнению с традиционными АЭС. Китайцы кстати подобные предложили.

Представьте что есть емкость(условно железобетонная много.оболочная на случай возможного перегрева) которая заполнена окисью урана(порошок или гранулы с пониженной плотностью близкой к плотности свинца, хотя безоболочные гранулы в такой среде вероятно разрушатся до порошка) и свинцом для получения "эмульсии" окиси урана(или любого другого подходящего топлива) в расплаве свинца (хотя это уже несколько завышенная температура). В этот расплав опущен толстостенный двухконтурный теплообменник высокого давления которым можно нагревать любую воду(зимой отопление плюс горячая вода, летом только горячая вода), не боясь облучения солей в воде. Элементы управления замедления, мешалка, электронагреватель (для поддержания температуры при запуске реактора на чистом свинце), газовывод для улавливания радиоактивных газов, водорода, иодидов, резервная охлаждающая система. Если без "расплавления" топлива и мешалки - то выгорание урана в топливае будет неравномерным(и в центре реактора будет перегрев ИМХО (там надо больше теплообменников)). По мере выгорания, (перед новым сезоном) можно отбирать 25% выработанного урана и добавлять 25% свежеобогащенного урана.

Реактор такого типа не будет бояться регулирования мощности по сравнению с напряженными традиционными реакторами. Вероятность утечек радиации из множества стержней в воду (при объемном росте урановых элементов) - отсутствует т. к. нет урановых стержней.

Вообще в таких реакторах можно жечь любые типы топлива. И т.к. там свинец то вполне возможно что даже можно по такой технологии получить бридерные реакторы на быстрых нейтронах - любой масштабируемой мощности. Но здесь надо дополнительные расчеты и эксперименты.

Если использовать низкотемпературные двигатели стерлинга, то можно спокойно и электричество вырабатывать (зимний КПД еще выше вроде). https://domolov.ru/tablica-kpd-dvigatelya-stirlinga.html

Допускаю что подход несколько дилетантский (хотя в любой идее можно что-то найти, и даже у природы чему-то выучиться) и без ссылок на авторитетных ученых(или на существующие патенты). Но обычно дареному коню в зубы не смотрят.

Близкий конкурент - "безопасный" гелиевый реактор тоже с оболочными гранулами(которые не факт что перемешиваются и это менее технологично чем тупо порошок окиси урана).

Если мешалка(или несколько) остановится, то самое большое ЧП если вся окись урана соберется компактно на дне емкости (если дно не утыкано замедлителями в "шахматном порядке"), то реакция может стать близкой к неконтролируемой, а свинец фактически начнет кипеть. В гелиевом реакторе такой проблемы нет. Идея с пассивными замедлителями на дне реактора. Если свинца в расплаве мало, то мешалка в таком "бетоне" может быстро стереться(вращать качать реактор вряд ли хорошая идея), также механическое перемешивание может несколько снизить КПД реактора. Интересно как вопрос неравномерности выгорания решается в газовых реакторах. wiki_Графито-газовый_ядерный_реактор

Типы перспективных реакторов включая реакторы на расплавах солей: http://conir.ru/news/reaktor-4-pokoleniya-revolyutsiya-v-energetike/

Главный недостаток(солевых и расплавных реакторов). В случае отсутствия в реакторе компенсаторов давления(сжимаемых пустотелых гранул к примеру(аналог деревянной доски в бочке "водосборнике")). Эффект "ледового" расширения сжатия смеси, в случае застывания реактора разорвет все уплотнения и погнет все трубы(использование шаров в газовых реакторах удорожает и ухудшает реактор, но косвенно решает данную проблему).

Конвекционное перемешивание. Если сделать по центру и краям небольшую разницу в температурах то будет естественное конвекционное медленное перемешивание даже при отсутствии мешалки, но очень медленное чтобы не образовывались осадки отдельных солей(хотя их улавливание и удаление/слив "отработки" - лишь на пользу реактору ИМХО).

Аватар пользователя user3120
user3120(5 лет 7 месяцев)

По сравнению с бридерами/реакторами 4-го 5-го поколения(по ссылке выше) - российские бридеры возможно уже устарели ИМХО. Не уверен насчет отдельных научных реакторов, но возможно Росатом слишком консервативен в плане освоения новых реакторов(хотя там патент на патенте должен быть - типа загибайтесь).

Аватар пользователя polo
polo(5 лет 2 недели)

Вообще то ооочень давно был предложен такой тип реакторов - активная зона - примерно 30 см диаметром. защита - примерно 1 метр бетона с добавками. в обычной воде растворены соли урана. Они циркулируют по полу замкнутому контуру. Попадая в активную зону - уран делится,нагревает теплоноситель, и насосами уводится из зоны. теплоноситель - сам по себе.  Урановые соли - сами по себе. Их очищают, добавляют уранчика, и отправляют работать дальше.По идее - реактор саморегулирумый. Ядрёного взрыва там не может быть даже в принципе. Но почему то не взлетело.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(4 года 2 месяца)

Нет такого "главного недостатка". Почти все вещества расширяются при нагревании (и при плавлении - тоже).

Это вода такая уникальная, и конкретно лёд-1.

Аватар пользователя user3120
user3120(5 лет 7 месяцев)

Возможно.

Здесь http://electricalschool.info/main/electrotehnolog/1008-soljanye-vanny.html указана коррозионная агрессивность типовых солей, большие теплопотери на стенки ванны, малая теплоемкость теплопроводность рабочая температура свинца. Проблемы нагрева охлаждения как отдельный фактор не указаны(а указаны методы их разогрева). Но реактор и "арматура" в нем естественно в разы сложнее чем солевая ванна. В дейтериевых реакторах/ториевых бридерах?(индусов) теплоноситель гоняется по трубам. Есть фото таких реакторов(тот еще гемор ИМХО).

Аватар пользователя Скиталец
Скиталец(5 лет 5 месяцев)

Это вода такая уникальная

Ага. Изучайте матчасть. https://www.chipmaker.ru/topic/5099/

Истинный ТКЛР при охлаждении имеет отрицательные значения, но по абсолютной величине практически совпадает с ТКЛР высокопрочного чугуна при нагреве. Так, при охлаждении ТКЛР чугуна в интервале температур 1000 …Аr3 составляет –22,0·10–6 1/град. В межкритическом интервале температур Аr3 … Аr1 он минимальный и составляет всего – 3,1·10–6 1/град. ТКЛР продуктов распада аустенита в интервале температур Аг1 …600С составляет –13,0·10–6 1/град. С пониженим температуры ТКЛР снижается и в интервале температур 300 … 200С он составляет – 11,2·10–6 1/град.

Средний температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) высокохромистого чугуна, состоящего из эвтектического цементита, мартенсита и остаточного аустенита ( рис. 1, б ), в интервале температур 50 …100С составляет 10·10–6 1/град. В интервале температур 500 …900С за счет фазового превращения исходной структуры в аустенит понижается до 11,1·10–6 1/град. При нагреве до максимальной температуры 1000С он повышается за счет увеличения доли аустенита и равен 12,0·10–6 1/град. Истинный коэффициент линейного расширения этого чугуна при нагреве в интервале температур 50 …100С равен 10·10–6 1/град. С повышением температуры нагрева до 5000С он увеличивается до 13,6·10–6 1/град. В интервале температур 500 …600С за счет процессов отпуска мартенситной структуры он понижается до 12,5·10–61/град. Распад остаточного аустенита на феррито – карбидную смесь в интервале температур 600 – 700С приводит к повышению ТКЛР до 17,2·10–6 1/град. При дальнейшем нагреве до Ас1 (770С) за счет уменьшения скорости распада остаточного аустенита ТКЛР понижается до 10,9·10–6 1/град. В интервале температур Ас1… 805С за счет фазового превращения исходной структуры в аустенит ТКЛР резко падает и равен 3,7·10–6 1/град. За счет увеличения скорости превращения на аустенит в интервале температур 805… Ас3 температурный коэффициент линейного расширения принимает отрицательное значение и равен –2,2·10–6 1/град.

Истинный коэффициент линейного расширения этого чугуна в процессе охлаждения имеет отрицательные значения и понижается вплоть до температуры начала мартенситного превращения, равной 250С. Так, в интервале температур 100 – 900С он равен –21,5·10–6 1/град. При дальнейшем охлаждении он понижается и в интервале температур 300 – 250С он составляет всего –13,6·10–6 1/град. Распад переохлажденного аустенита на мартенсит в интервале температур 200 –100С приводит к расширению образца и ТКЛР в этом случае составляет + 3,7·10–6 1/град. Дальнейшее увеличение скорости распада аустенита на мартенсит приводит к дальнейшему увеличению ТКЛР чугуна до +5,3·10–6 1/град. 

Аватар пользователя Simurg
Simurg(4 года 2 месяца)

Можно ещё металлургию плутония, например, привести, с его не-помню-скольки-там фазами и нетривиальными упаковками. И что? как это относится к предмету разговора?

Увеличение объёма при охлаждении - нетипичный, очень редкий случай, в общем случае ничего подобного не наболюдается, и никаких особых проблем такое поведение для жидкотопливных реакторов не представляет.

Там масса других проблем.

Но не эти.

Скрытый комментарий Повелитель Ботов (без обсуждения)
Аватар пользователя Повелитель Ботов

Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.

Комментарий администрации:  
*** Это легальный, годный бот ***
Аватар пользователя mastak
mastak(8 лет 4 месяца)

в один из осен­них дней 1945 г. япон­ский физик П. Курода, по­тря­сен­ный уви­ден­ным в Хи­ро­си­ме, впер­вые за­ду­мал­ся о том

Как работать над задачей так СССР  и США, а как "думать" - так япошки ...

Скрытый комментарий PaladinUSSR (c обсуждением)
Аватар пользователя PaladinUSSR
PaladinUSSR(4 года 9 месяцев)

Преобладающий изотоп - уран-238 может делиться быстрыми нейтронами, но нейтроны средней энергии (более энергичные, чем медленные, и более медленные, чем быстрые) его ядра захватывают и при этом не распадаются, не делятся.

То есть уран-238 превращается в уран-239?

Который, как известно через несколько дней распадается на нептуний а потом плутоний.

 

Тогда б плутоний напрямую из шахт добывали. На Земле были бы его месторождения.

 

Околонаучная любительская фантастика статья. Народ зря потратит на неё время.

 

Жаль, заголовок вначале замнтриговал.

Аватар пользователя просто пользователь

Плутоний слишком быстро распадается чтоб дожить до наших дней. К тому же он тоже выгорал в ходе реакции.

Аватар пользователя Partisan
Partisan(9 лет 1 неделя)

24 тыс. лет полураспада - это пол мгновения для геологического времени.

Аватар пользователя MCC
MCC(7 лет 7 месяцев)

Все природные ядерные реакторы остановились миллиарды лет назад. Весь наработанный там плутоний давно распался. В обычных же урановых рудах плутония слишком мало, чтобы его добывать. Тем не менее, он там есть.

Аватар пользователя Сергейл
Сергейл(3 года 5 месяцев)

Всегда поражали люди, умничающие и типа понимающие тему... я вот вообще ни разу не спец в теме, но и то могу связать 2 миллиарда лет и срок распада плутония.

Аватар пользователя PaladinUSSR
PaladinUSSR(4 года 9 месяцев)

Дорогой понимающий!

Уран-239 на 2 миллиарда лет остается лежать?

Аватар пользователя Сергейл
Сергейл(3 года 5 месяцев)

Ты читай уже все тогда... я пишу, что плутоний и 2 миллиарда это полная хрень, а так же указываю, что не спец с теме. Все... то есть конкретно указываю, что ты несешь полную херню про "плутониевые шахты". В остальном я не готов на уровне общаться... но я не верю, что ты можешь быть грамотным в теме, если ошибаешься на уровне 2+2... сорри.

Аватар пользователя PaladinUSSR
PaladinUSSR(4 года 9 месяцев)

Херню несёт статья, указывая что 2 + 2 = 3 Уран-238, захватив нейтрон не распадается. Распадается за 24 минуты, потому что баланс в ядре нарушается.

Тут достаточно полное школьное (11 классов) образование иметь, если тебе его не хватает, значит не надо ввязываться в комментарии, темы в которой ты "не в теме".

 

Аватар пользователя Сергейл
Сергейл(3 года 5 месяцев)

Где я написал, что статья правильная и я это подтверждаю? Где я вообще что то про уран 238 написал? Ты тупорылое, упертое недоразумение, которому указали, что он умничает, не учитывая факторы известные даже вообще людям не связанным с темой. Иди в жопу "умник".

Аватар пользователя PaladinUSSR
PaladinUSSR(4 года 9 месяцев)

"Ядро принимает протон и не распадается"

Эта ложь написана в статье и проглочена читающими. И, к сожалению, это в разы обесценивает эту важную тему, потому что если она манипулирует такими простыми истинами, где гарантия, что остальные изложенные факты верны.

Тупорылое, упертое недоразумение, как ты себя охарактеризовал в упор не видит эту грубую ошибку. Съел с пирожком муху и сидит довольный, переваривает, ругается на тех кто указал что повар-то не чистоплотный, и пирожки-то у него с мухами.

Аватар пользователя Jack Sparrow
Jack Sparrow(8 лет 2 месяца)

Период полураспада плутония 24 тысячи лет, в Габоне он давно распался. Учитесь науке, а не бегайте около.

Обычные реакторы ВВЭР нарабатывают плутоний, большая часть там же, в реакторе распадается, добавляя к полезной мощности реактора 3/4 общей энергии распада, а часть остается в отработанныхТВЭЛах. Именно на утилизации этого плутония и основана наработка оружейного плутония и МОХ-технологии.

Страницы