Главная  Взрывная дейтериевая энергетика 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

О О О

о о о о ю ю

вдень

шрованной на зимние й на 35° с. ш.:

гвие. По вертикальной оси: к 1 отражающей по-1ла и поглощательная спо-

Таблица 2.1

10 МВт

1ая характеристика

5 (3,25 кмЪ

!9 300

6,1 м

330 м

10 °С

(16 °С

§ 2.3. Энергоснабжение из космоса?

Идея солнечной космической электростанции (СКЭС), предложенная в 1968 году И.Е. Глазером [25], состоит в следующем. Крупные панели солнечных батарей размещаются на геостационарной орбите, расположенной в экваториальной плоскости на расстоянии примерно 36 ООО км от поверхности Земли. Угловая скорость вращения спутника на этой орбите равна угловой скорости вращения Земли. Такой спутник будет неподвижен на небосводе. Поток солнечной радиации на геостационарной орбите довольно интенсивен

(1,4 кВт/м ). За счет естественного наклона экваториальной плоскости к плоскости эклиптики (23,5°) спутник будет практически непрерывно освещен потоком солнечной радиации, за исключением довольно коротких промежутков времени вблизи дней весеннего и осеннего равноденствия. В эти промежутки времени спутник попадает в тень Земли; они занимают в сумме не более 1 % общей продолжительности года и могут точно предсказываться.

Энергия, вырабатываемая солнечными батареями, преобразуется далее в микроволновую энергию и передается на Землю хорошо сфокусированным электромагнитным пучком на частоте 2,45 ГГц. На этой частоте малы потери в атмосфере (менее 1 %) даже при довольно интенсивных осадках (более 150 мм/ч). На поверхности Земли микроволновая энергия преобразуется специальной приемной системой в энергию постоянного или переменного тока технической частоты и раздается потребителям.

В 1977-1980 годах в США была осуществлена специальная научно-исследовательская программа, направленная на определение перспектив СКЭС. В рамках этой программы анализировалась возможность создания 60 СКЭС, мощностью 5 ГВт каждая, с темпом создания двух СКЭС в год, начиная с 2000 года (табл. 2.2). Программа курировалась Министерством энергетики США (DOE) и Национальным управлением по аэронавтике и исследованиям в области космического пространства (NASA). , , ...

Предполагалась транспортировка элементов СКЭС сначала на низкую орбиту с помощью специально созданных ракетно-транспортных средств с грузоподъемностью 400...500 т. Затем с помощью электрореактивных двигателей накопленные на низкой орбите заготовки буксируются на геостационарную орбиту. Специальные автоматы производят сборку СКЭС с минимальным уровнем ручного труда космонавтов.

Эта программа была всесторонне обсуждена и подвергнута разносторонней критике, в том числе Экспертным советом Национальной академии наук США, специально созданным для этой цели. В частности отмечалось, что экономические оценки DOE/NASA занижены в 2...2,5 раза. Вскоре после этого государственное финансирование работ по линии СКЭС в США было прекращено. Это привело практически к свертыванию работ и в ряде других стран. В настоящее время интерес к этой проблеме проявляют более чем в 20 странах мира. В частности, Япония в середине 1990-х годов проектировала создание системы СКЭС-2000 - прототипа базового варианта СКЭС [26].



Таблица 2.2

Параметры СКЭС

Общее число СКЭС

Мощность каждой СКЭС

5 ГВт

Размер панели солнечных батарей

5x10 км

Диаметр передающей антенны

Масса каждой СКЭС

30-50 тыс. тонн

Размеры наземной приемной системы

10 X 13 км

Плотность излучения в центре передающей антенны

30 кВт/м 2

Плотность излучения в центре приемной антенны

230 Вт/м 2

Стоимость первой СКЭС

-25 млрд долларов

Стоимость транспортных средств

-10 млрд долларов

Срок разработкой

-20 лет

Ресурс работы каждой СКЭС

>30 лет

Время окупаемости каждой СКЭС

<6 лет

Представим на время, что проект создания системы СКЭС технически осуществим, и отметим три пункта концепции энергоснабжения из космоса.

Вес станции на Земле вместе со средствами доставки составил бы около 2 млн тонн или 400 кг/кВт. Таким образом, совокупная удельная материалоемкость станции на порядок выше, чем у АЭС и тем более КВС.

При замене современной энергетики (10 Вт) появятся 2000 станций, которые на 2000 участках общей площадью 260 ООО км создадут мощность микроволновой радиации в 230 Вт/м^. Даже тепловое воздействие от нее способно поднять локальную температуру поверхности Земли на -60 °С. Гораздо меньшие мощности от радаров, измеряющих скорость автомобилей, вызывали у полицейских в США раковые заболевания.

Наконец,; при предлагаемых темпах ввода энергомощностей (10 ГВт/год) на замену современной энергетики на СКЭС потребуется тысячелетие, а нефть кончится раз в 20...50 быстрее (см. § 2.1).

§ 2.4. Урановая энергетика

Рассмотренные выше энергоисточники обязаны своим происхождением термоядерным реакциям, идущим на Солнце, - реакциям слияния легких элементов. В земных условиях первым бьш освоен дрзтой принципиально возможный вариант высвобождения ядерной энергии - деление ядер тяжелых элементов:

урана и плутония, го реактора в 1942 Напомним, чт тронах сжигается i риком с площадьи

вызовет деление, энергии, двух оскс нейтронов. В сред Реакция делег

Нейтроны соз

числом нейтронов сечение деления hi

о

и находящееся в п времени

Если ядро

то есть около 15%

10н/(см2с), ра: необходимо увели ния и калорийност оценить тепловую урана-235 (М^),(

и характерное вре?

В достоверно го урана, из кото{



Таблица 2.2

5 ГВт

5x10 км

30-50 тыс. тонн

10 X 13 км

30 кВт/м

230 Вт/м

25 млрд долларов

10 млрд долларов

-20 лет

>30 лет

<6 лет

;КЭС технически осу-

1Я из космоса.

:и составил бы около

цельная материалоем-

;я 2000 станций, кото-щут мощность микро-твие от нее способно 60 °С. Гораздо мень-)илей, вызывали у по-

[дностей (10 ГВт/год) тысячелетие, а нефть

происхождением тер-[ния легких элементов. 1ально возможный ва-) тяжелых элементов:

Т

урана и плутония. Технически возможность была осуществлена с пуском первого реактора в 1942 году (Чикаго).

Напомним, что в реакторе с открытым топливным циклом на тепловых нейтронах сжигается изотоп урана-235. Условно ядро урана можно представить шариком с площадью сечения о f (сечение деления), попав в которое, нейтрон

вызовет деление, сопровождаемое выделением: около 200 МэВ (3,2-10 Дж) энергии, двух осколков деления (Х^ и Х2, обычно радиоактивных) и двух-трех нейтронов. В среднем этих нейтронов v = 2,5 нейтрона на деление (н/дел.). Реакция деления записывается так:

235,

и+ п X+X2+Vf, п + 200 МэВ.

(2.4)

Нейтроны создают в активной зоне поток, плотность потока ф измеряется

числом нейтронов, проходящих через 1 см в секунду. Ядро урана, имеющее сечение деления на тепловых нейтронах

Of =500-10~2см2 = 500 6(1 барн= Ю'-см)

и находящееся в потоке нейтронов ф, имеет вероятность разделиться в единицу времени

, coj =о^ф. (2.5)

Если ядро и находится в потоке ф = 10н/(см с) , то эта вероятность

со =oф = 500 10 10 = 5 10~ с~ =0,15 год , 235

(2.6)

то есть около 15 % ядер U, находящихся в активной зоне с плотностью потока 13 2

10 н/(см с), разделится за 1 год. Для ускорения выгорания поток нейтронов необходимо увеличить, для замедления - уменьшить. Зная вероятность выгорания и калорийность урана при делении (qj = 8 10 Дж/кг = 2,5 ГВт год/т), легко оценить тепловую мощность всех энергоустановок, в которых находится масса урана-235 (М^ ), облучаемого средним потоком нейтронов ф [н/(см с)]:

. ,- /=М^н'?/Ю/=М^н'?/0/Ф, ... (2.7)

и характерное время сжигания урана-235, находящегося в потоке ф:

Ггор=1/со=1/о/ф. (2.8)

В достоверно известных рудах планеты находится 2,6 млн тонн природного урана, из которого 0,7 % приходится на уран-235 [23]. Добыв его из недр



1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов