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

его горения, когда оптическая толщина станет меньше, чем пробег тепловых нейтронов. Температура нейтронов при разлете дейтерия также снизится. Основная доля нейтронов покинет зону горения, имея энергию 1.. .2 кэВ.

Заметим также, что в дейтерии и продуктах горения нет реакций, которые привели бы к безвозвратному захвату нейтронов. Например, есть реакция (3.17), приводящая к потере нейтрона:

2Яе + п^Т + р,

(3.18)

но этот нейтрон с большой вероятностью освободится в реакции

Вместе с тем на дейтерии идет уже упоминавшаяся реакция (п, 2п), которая в этом случае носит характер расщепления дейтрона с затратой энергии связи 2,2 МэВ:

D + n р + 2п-2,2МэВ. (3.19)

Сечение э'гой реакции достаточно большое, поэтому в среднем на 2 нейтрона, родившиеся в реакциях (3.17), появляются еще один дополнительный нейтрон и дополнительный протон. На это тратится дейтрон и 2,2 МэВ энергии. С учетом этих соображений полный баланс реакций горения дейтерия выглядит примерно так:

7D2He + 3p + 3 + 41 МэВ.

(3.20)

3.3.б. Баланс энерговыделения взрыва

Энергия инициатора. На основе рассмотренных сведений об энергозаряде будем считать, что в КВС-10 сожжено 50 г урана, или 1,28-10 дер. При делении каждого ядра -163 МэВ передается в виде кинетической энергии осколками деления несгоревшему урану. Около 7 МэВ будет передано урану и другим конструкциям энергозаряда мгновенными 7-квантами деления, около 3 МэВ - мгновенными нейтронами деления. Таким образом, при делении ядра урана в энергию взрыва будет передано -173 МэВ. При сгорании 50 г урана это составит 2,25 102%эВ, или 3,6-102дж.

Кроме того, в теплоноситель на каждое деление попадет -1 нейтрон и -2 замедлившихся осколка деления, которые привнесут в него энергию связи нейтрона (-10 МэВ на нейтрон в натрии) и около 16 МэВ в ввде у- и (З-излучений осколков. Всего в теплоноситель поступит -3,3 Ю^МэВ, или 0,5 Ю' Дж.

Таким образом, из общей энергии сгорания 50 г урана 4,1 10 Дж, -88 %, появится в виде взрывной энергии заряда и -12 % - в виде более медленного (растянутого во времени) энерговыделения в теплоносителе.

Энергия дейт дейтерия, то есп Каждая семерка -2,М02МэВ,ил

Кроме того, I

трии выделят энер Таким образ ~5,8103дж, из и -41 % - в виде:

Общий баланс редано в виде взрь

Теплоносител е,епл-2,45-1013;

Всего выделя 39 % - теплоноси

3.3.7. Горючее

Уран-233, яв из первичного тог

9oTh . Тория в = уран, период полу]

плотностью (Pjf, -

в 1960-е годы бы Таким образом, ц 2 долларов за тыся Производство горящий дейтерий.

Процесс закан последовательным



[ пробег тепловых ней-ке снизится. Основная эВ.

нет реакций, которые jp, есть реакция (3.17),

(3.18)

реакции

гакция (и, 2п), которая 1тратой энергии связи

\ (3.19)

i среднем на 2 нейтро-дополнительный ней-н и 2,2 МэВ энергии, ия дейтерия выглядит

(3.20)

;ений об энергозаряде 10 ядер. При деле-Ой энергии осколками э урану и другим копия, около 3 МэВ - делении ядра урана [ 50 г урана это соста-

гт ~1 нейтрон и ~2 за- нергию связи нейтро-и Р-излучений оскол-

5 102Дж.

[а 4,1-102 Дж, -88%,

аде более медленного е.

Энергия дейтерия. Будем считать, что в энергозаряде КВС-10 сгорает 120 г дейтерия, то есть 3,6 10 ядер, или -5-104 семерок дейтронов (3.20). Каждая семерка дает энергозаряду 41 МэВ взрывной энергии. Всего

-2,1102МэВ, или-3,410Дж.

Кроме того, в теплоноситель попадет -1,5 Ю^ нейтронов, которые в натрии выделят энергии -1,5 10 МэВ, или - 2,4 10- Дж.

Таким образом, полная энергия сгорания 120 г дейтерия составит -5,8 10Дж, из которых -59 % выделится в виде взрывной энергии заряда и -41 % - в виде энергии, переданной натрию.

Общий баланс. Энергозаряду от сгорания инициатора и дейтерия будет передано в виде взрывной энергии (2взр = 3,8 ю' Дж.

Теплоносителю от сгорания инициатора и дейтерия будет передано етепл=2,45 10ЗДж.

Всего выделяется 6,25 Ю' Дж, из которых 61 % передается энергозаряду, 39% - теплоносителю.

3.3.7. Горючее для инициаторов

Уран-233, являющийся источником энергии инициаторов, производится из первичного топлива - природного тория, имеющего единственный изотоп 232

9oTh. Тория в земной коре больше, чем урана. Торий имеет больший, чем уран, период полураспада (Ti/2 = 1,4 10 лет) и отличается сравнительно малой

плотностью (pxh =11,3 т1су?, Ри =18,7 т1си). Цена тория на мировом рынке в 1960-е годы была такой же, как и урана, около 40 долларов за килограмм. Таким образом, цена этого компонента первичного топлива составляет около 2 долларов за тысячу тонн нефтяного эквивалента, или 0,2 цента за ТНЭ.

Производство урана из тория начинается в ториевой оболочке, окружающей горящий дейтерий, в реакции

(3.21)

Процесс заканчивается в теплоносителе приблизительно через месяц двумя последовательными Р-распадами:

22 мин

27 дн.



939 933

Процесс (3.21) перевода Th Th происходит намного быстрее, чем

ООО

сгорает дейтерий в энергозаряде, поэтому Th , образовавшийся в (3.21), успе-

ООО

вает облучиться примерно половиной нейтронного потока, облучившего Th . При этом неизбежно возникает и другой процесс:

233Th + 234j.

24 дн.

- 234ра.

7 ч

-.234U.

(3.23)

Возникающий в реакции (3.23) уран-234 неплохо делится нейтронами спектра деления. Средние по спектру деления сечения а у изотопов урана и плуто-

232и

233и

234и

235и

238и

сечение, б

2,01

1,22

1,23

0,308

Таким образом, примеси урана-234 (по аналогичной схеме будет нарабатываться и уран-235) мало влияют на ядерно-физические характеристики горючего для инициатора. Уран-233, содержащий до четверти урана-234, будет обладать сечением деления, большим, чем плутоний, и значительно большим, чем уран-235, из которого также можно делать ядерные заряды.

Но сколько нужно заложить тория, чтобы получить 100 г урана? Вероятность

преобразования Th Th (н'23) задается сечением радиационного захвата *n,Y ~ 1 энергии нейтронов 1...2 кэВ, выходящих из дейтерия. Она пропорциональна флюенсу этих нейтронов Ф, который, в свою очередь, задается выходом нейтронов Y ~ 1,5 10 и радиусом воспроизводящей оболочки Rj , окружающей дейтерий: =.

471 i?.

1,25 Th

Th

-в см.

(3.24)

(3.25)

ООО

Сечение захвата для Th составляет около 4 б, поэтому вероятность преобразования Th Th (во вдвое меньшем потоке) окажется равной = 2н'2з Учитывая последовательность цепочки, вероятность наработки

234ТЙ из 232Th

(3.26)

Оценки по формулам (3.24)-(3.26) не претендуют на точность, но неплохо согласуются с результатами расчетов методом Монте-Карло.

Полное колич циаторов Швоспр < кой тория M-ph че

В таблице 3 разных радиусах i

нейтронов. Дейст! ной конструкцией

Rjb, см

Примечание: М

П234и/твоспр -доля урана.

§

Объемное эне

званных в § 3.1 П1 Паскалей).

В идеальном в создании давлен

Для аргона (б-Ю^Дж, У =



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