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

постепенно сближаются с теми, при которых в ядерных взрывных устройствах горение наблюдалось.

Схема энёргозаряда: масса mjj [г] разделившегося урана-235 создает энергию Qu [кт т. э.], определяемую по формуле

еи= и/65; (3.7)

часть этой энергии тратится на сжатие и разогрев некоторого количества дейтерия [г], выделяющего энергию Qy [кт т. э.], равную

0=то/\2. (3.8)

Отношение выделившейся термоядерной энергии Q к энергии деления ядер Qu, затраченной на зажигание .дейтерия, называется коэффициентом тер-моядерности:

(3.9)

Коэффициент термоядерности в наиболее экономичных зарядах может достигать нескольких сотен (ту шр).

Для обеспечения КВС-энергетики нет необходимости добиваться предельных значений К.. На первой стадии можно ограничиться значениями: ~ 50 г; Кхя=10...50.

Такой подход позволит использовать запас энергии на снижение требований к точности изготовления узлов энергозарядов. О том, что такой запас при массовом изготовлении энергозарядов может потребоваться, сввдетельствуют экспериментальные данные о режимах горения термоядерного горючего.

Итак, для дальнейших рассз^ений примем следующую схему энергозаряда:

в инициаторе с помощью взрывчатки массой Mqq сжимается масса урана

Ми, из которой гпи -50 г делится;

энергия деления сжимает массу дейтерия , из которой ~ 120 г для б = 10 кт т. э. или = 300 г для (2 = 25 кт т. э. сгорает;

вокруг дейтерия располагается торий-232 массой Mj , часть которой mjj, переводится в торий-233, который затем превращается в уран-233.

Ниже остановимся на некоторых особенностях работы инициатора, горения дейтерия и воспроизводства урана. Поскольку сферическая форма как для цепной реакции деления, так и для термоядерного горения наиболее благоприятна, будем считать, что реализуется именно она. Возможные отклонения от сферической симметрии будут скомпенсированы запасами ту и K.j.g, о которых сказано выше.

3.3.2. Инициа) Уран-233 -I

По удельной i ния-239, химичес! не обладает летуч1

Важнейшей х

ния, усредненное

составляет[49] (о Эта величина ния (1,8 б). Усред

V 233 и =2,7 опреда радргус сферы), npi Для урана-23:

теле может быть

(рг) -100 г/см

Таким образо] ния, зависит от пл

для сферы М ~ 4г

Так, при достиж1

р = 40 г/см

Если для onps на-233 в инициатс

циент выгорания

То есть при К1 сгорать, а 98 % бу; Такой Kg -

можно повышать i стоимость инициа!



взрывных устройствах

) би [кт т. э.], опреде-(3.7)

рого количества дейте-(3.8)

К энергии деления ;я коэффициентом тер-

(3.9)

1ых зарядах может до-

:и добиваться предель-шачениями: ту = 50 г;

на снижение требова-1, что такой запас при гься, свидетельствуют яого горючего, ю схему энергозаряда-. ;жимается масса урана

орой = 120 г для

Mj], часть которой я в уран-233. J инициатора, горения гская форма как для ения наиболее благо-)зможные отклонения ми ту и , о кото-

3.3.2. Инициатор

Уран-233 - искусственный изотоп, имеющий период полураспада

Г1/2 ==16-10 лет.

По удельной активности (-10 Ки/кг) он примерно в 7 раз безопаснее плутония-239, химически менее вреден, чем плутоний, механически более устойчив, не обладает летучестью, свойственной плутонию.

Важнейшей характеристикой делящегося материала является сечение деления, усредненное по спектру его нейтронов деления {pf\ Для урана-233 она

[49] (а^),

составляет

и

= 2б = 2-10-24см2.

Эта величина несколько больше, чем для урана-235 (1,23 б) и даже плутония (1,8 б). Усредненное сечение (оу) наряду с числом вторичных нейтронов V233j = 2,7 определяет величину оптической толщины рг (р - плотность, г - радиус сферы), при которой достигается переход через критсостояние.

Для урана-233 без отражателя {рг) =110 г/см, а при хорошем отражателе может быть снижена до (рг) = 80 г/см [50]. Примем для оценок

(рг) =100г/см крит

Таким образом, масса ДМ, необходимая для создания критического состояния, зависит от плотности, до которой будет сжат материал инициатора. Так как

для сферы М = 4г^р , для рг = 100 г/см получим

4-10° 3 б М^р=- г^-см

(3.10)

Так, при достижении р = 20 г/см критмасса составит М^р = 10 кг; при

р = 40 г/см - Мкр = 2,5 кг; при р = 80 г/см

М,р = 625 г.

Если для определенности выбрать из этих данных среднюю закладку урана-233 в инициатор М^р = 2,5 кг, тогда в нем должен быть реализован коэффициент выгорания 1

Мкр 2500

= 0,02.

(3.11)

То есть при каждом взрыве 2 % заложенного в инициатор урана-233 будет сгорать, а 98 % будет испаряться и попадать в теплоноситель.

Такой Kg - своеобразный КПД инициатора - далек от предельного; его

можно повышать или снижать. По предварительным оценкам, в любом варианте стоимость инициатора будет мало влиять на стоимость электроэнергии.



3.3.3. Уран-232

Проблема загрязнения урана-233 ураном-232 давно известна специалистам. В нашем случае наряду с делением урана в инициаторе будет происходить реакция (п,2п):

Сечение этой реакции, усредненное по спектру деления, невелико [48]:

(3.12)

233=1,8-10-3 6.

Число наработанных ядер урана-232 будет меньше, чем сгоревших ядер урана-233, пропорционально отношению сечений деления и ( ,2л)-реакции. То есть при каждом срабатывании инициатора будет нарабатываться

<32 = МКв \ / = 0,9 10-3, и

(3.13)

и

Поскольку мы считаем, что в инициаторе делится 50 г урана-233, то одновременно нарабатывается примерно 45 мг урана-232.

Вместе с тем уран-232 делится нейтронами со спектром деления не хуже урана-233 [49]:

232-2,016.

Если имеется равновесная концентрация урана-232 в уране-233, которую обозначим Срази' то одновременно с делением урана-233 должно делиться

и некоторое количество урана-232, что приведет к некоторому его уменьшению:

232 = Срази Л/ Кв

K)232u (б/)232

(3.14)

и

Приравняв 232 у и 232 у , получаем равновесную концентрацию урана-232 вуране-233 . :

((п,2п)232и

(/)232

= 0,9 10

(3.15)

и

То есть в каждом килограмме урана-233 будет содержаться около грамма урана-232. Величина эта зависит только от ядерно-физических констант и получена в предположении, что весь нарабатываемый в энергозаряде уран-233

идет на создание если значительну рах вторичной яд батывать в КВС. уран-233 в КВС 6

3.3.4. Радиац

Уран-232 ил Ti/2 = 72 года, со

-20 Ки/г, а вмест -120 Ки/г {uamcv содержащего 1 г; проблем с радиа! чения невысоких кается фотон с эн1 Ситуация рез1 пада появляются

В цепочке (3.16) Р-распад с вероят 86 % у-квант с эне

На рис. 3.3 П01

с энергией 2,6 МэЕ ядра урана-232 все

ность жесткого у-

растание интенсив наибольшим в это! ной. Далее, лет ч уменьшится колич риодом его полурас Деталь энергс

после выделения;



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