Как мне построить ядерный реактор на заднем дворе? [закрыто]

В моем мире наличие ядерного реактора в собственном доме является законным, фактически правительство жертвует деньги в виде субсидий (так что никаких ограничений в средствах). Это могло быть практичным из-за энергетического кризиса и нехватки опытных инженеров, а могло быть просто своего рода революцией. Остальные вещи в норме.

Я учусь в старшей школе и хочу построить ядерный реактор, достаточно эффективный для питания дома (около 8 кВт).

Какие вещи мне нужны и как я могу их получить? Какие возможные способы утилизации образующихся отходов могут быть осуществлены физическим лицом?

PS - Рассматривайте «я» как гипотетического вундеркинда (не меня).

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
В мире, где владение частным мини-ядерным реактором является законным и субсидируется государством, какая-нибудь частная корпорация уже разработала легко запускаемый ядерный комплект быстрее, чем вы когда-либо сможете (смотря на вас, ИКЕА). Просто купите набор для сборки с их полок и следуйте их 108 шагам. Не забудьте шестигранный ключ.
Этот вопрос основан на этом: worldbuilding.stackexchange.com/questions/84051/…
В чем здесь вопрос или проблема миростроительства? Кажется, это прямой вопрос из контрольного списка технологий.
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос, потому что он запрашивает общедоступную информацию из любого количества источников в Интернете, поэтому для ответа на этот вопрос не требуется построения мира.
Зная, что этому много лет... пожалуйста, поймите, что любой, кто мог бы дать вам реалистичный и подробный ответ на этот вопрос, не стал бы публиковать его здесь - они побежали бы в патентное бюро с одним из самых ценных изобретений в истории человечества. история. Есть ли причина, по которой вы не можете использовать существующие конструкции реакторов и просто «сделать их меньше», утверждая, что улучшенная технология материалов и миниатюризация управления?

Ответы (19)

В этом случае, вероятно, было бы обычной практикой использовать реактор с жидким фторидом тория (LFTR произносится как «подъемник»). Это своего рода реактор с расплавленной солью (MSR), который обогащает торий (примерно в 3 раза больше, чем уран в земной коре) в жидкой соли, а затем сжигает продукт этого обогащенного материала (теперь U-233) в жидкой соли. Или, возможно, какой-то другой (даже лучший) тип MSR, которого мы еще не придумали.

Этот тип реактора был исследован в 60-х годах - отсутствие финансирования и дальновидности (а также широко распространенная и неверная информация) не позволили ему стать реальностью здесь, в США. LFTR намного безопаснее и дешевле, чем наши нынешние водо-водяные реакторы. Он также производит меньше отходов, и эти отходы опасны в течение гораздо меньшего времени.

Хотя я не ожидаю, что подобный сценарий произойдет в реальности, поскольку существует риск распространения U-233 (поэтому все еще требуются централизованные, охраняемые реакторные установки), я ожидаю, что в предложенном вами сценарии частный сектор коммерциализировали эти реакторы до такой степени, что они стали очень дешевыми, очень простыми в установке и очень простыми в эксплуатации.

Если бы такие коммерческие продукты были недоступны по какой-либо причине, вам потребовались бы знания о химии реактора, трубах для хранения соли, замораживающем клапане и резервуаре сброса тепла, большом количестве бетона для защиты, активной зоне реактора. чертеж, соль (+Торий) и дополнительное бетонное пространство для отходов. И радиационное оборудование общего назначения, такое как детекторы, костюмы и т. д. Стоит отметить, что отходы даже на всю жизнь семьи будут мизерными, если исходить из текущего уровня энергопотребления, поэтому хранение этих отходов может быть не приоритетной задачей, кроме хранения их в герметичном контейнере. радиационно-защитный бокс под задним двориком.

Я бы посоветовал вам поискать LFTR в Интернете - вы, вероятно, найдете там много полезной (и интересной!) информации. Эти реакторы окружены своего рода культом — его сторонники заявляют, что это решение любой проблемы. Хотя эти реакторы могли бы решить сразу много Больших Проблем, есть некоторые технические вопросы, которые мы еще не решили в области НИОКР, и есть куча дерьмовой государственной политики, которую нужно преодолеть, даже если мы это сделаем. .

https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_fluoride_thorium_reactor

Ух ты! Спасибо, это действительно полезно. Интересно, смогу ли я каким-то образом заставить других заметить этот ответ. Скорее всего, я приму ваш ответ.
Было бы идеально, если бы вы могли включить часть «как их получить», но я понимаю, если вы не можете. :)
«Некоторые нерешенные технические проблемы» — вот почему они не производятся за пределами лаборатории; расплавленная соль имеет тенденцию разъедать трубопровод, а также обычные проблемы нейтронного охрупчивания реакторов. Расплавленная соль требует постоянной переработки, но она химически токсична, а также радиоактивна.
похоже, правительство Китая изучает это и надеется выпустить коммерческую версию на рынок к 2030 году businessinsider.com/… technologyreview.com/s/542526/…
Помимо токсичности соли и радиоактивности, есть еще одна потенциальная проблема, и это термин «расплавленный» в «реакторе с расплавленной солью». MSR обычно требуют чрезвычайно высоких рабочих температур, что делает эту технологию более подходящей для крупномасштабных установок, чтобы пройти точку безубыточности по потерям тепла. В целом, ядерные установки представляют собой крупные централизованные объекты, обслуживающие несколько муниципальных районов по соображениям экономии за счет масштаба, а также по соображениям безопасности.
Реакторы с галечным слоем — еще одна конструкция поколения IV, которая также более практична в небольших масштабах по сравнению с существующими реакторами. Я не думаю, что PBR или MSR можно миниатюризировать до диапазона ~ 10 кВт (можно ~ 500 кВт). Fusion кажется еще худшим вариантом. Ожидается, что конструкция Lockheed Martin (прототип) будет вырабатывать ~ 100 МВтэ IIRC, и это очень мало.
@ Alpha3031 Alpha3031 да, когда я увидел этот вопрос, я подумал о реакторах с галечным слоем. В какой-то момент они были предложены для установки в грузовиках, поездах и самолетах, поэтому я думаю, что их можно было бы сделать достаточно маленькими, чтобы поместиться в вашем садовом сарае.
Интересный момент о риске распространения U-233; обычно считается, что он представляет меньший риск, чем традиционные реакторы U-235/238. U-233 всегда будет содержать небольшое количество U-232. Это важно, потому что U-232 имеет путь гамма-распада с очень высокой энергией. В результате с ним очень опасно работать, потому что очень трудно защититься от такого высокоэнергетического гамма-излучения. Обратите внимание, что это также усложнит строительство на заднем дворе из-за необходимости большого количества бетона или свинцовой защиты для чистого топлива, поскольку его опасно транспортировать и транспортировать.
Проще, безопаснее, долговечнее и разумнее по размеру при требуемом уровне мощности (~ 16 кг Pu-238 на 8 кВт; только не кладите все это в один большой кусок!): радиоизотопные термоэлектрические генераторы .
Кажется, Индия проделала некоторую работу над LFTRS.

Вы не

Не без махания рукой.

Подростковая и 8 кВт

Это первая проблема. Я не знаю ни одной страны, которая позволила бы подросткам самостоятельно управлять электростанциями. Подростки средней школы обычно не могут даже стать лицензированными электриками. Было время, когда вы покупали электроприборы без вилки, а устанавливали вилку самостоятельно, дома. Но эти времена уже прошли, потому что это было слишком сложно для широкой публики. А речь идет о действительно-реально меньшей мощности и гораздо более простом управлении.

Размер ядерного реактора

Самый маленький предположительно безопасный объект, о котором я слышал, — это китайский грузовой контейнерный реактор .

Крошечная электростанция поместилась бы в транспортном контейнере и могла бы производить 10 мегаватт тепла — этого достаточно для обеспечения электроэнергией 50 000 домохозяйств.

Учитывая, что вы не можете получить дешевле или меньше и при этом иметь хорошую защиту от утечек и т. Д. Это означает, что это не будет дешевле. Если единица не будет дешевле, то ваша идея в 50 000 раз дороже. Ни одно правительство никогда не будет финансировать его, когда они могут финансировать что-то гораздо более дешевое с тем же эффектом.

Есть и другие конструкции, но проблема та же — с помощью одного устройства вы сможете обеспечить питанием целый город, а уменьшение размера не делает его дешевле и не намного безопаснее.

Получение материалов

Вам нужно махать оружием массового уничтожения и рисками терроризма с грязными бомбами из вашего мира. Это очень, очень большая ручная волна. В настоящее время любые расщепляющиеся материалы отслеживаются (предполагается) как вопросы национальной безопасности.

Утилизация отходов

Удивительно, но это лишь небольшая проблема. Если у вас может быть безопасный грузовой реактор-контейнер, вы можете просто отправить его на дозаправку, а отходы переработать так, как сейчас.

Я управлял электростанцией, когда был подростком, и я не знаю никаких законов, запрещающих это. Упомянутой электростанцией был дизельный генератор мощностью 12 кВт в доме моих родителей, но это все еще была электростанция, и я все еще эксплуатировал ее и обслуживал ее.
Конечно, существуют крошечные конструкции ядерных реакторов, которые могут питать одно домашнее хозяйство, часто предназначенные для космических путешествий или транспорта. Как этот ядерный реактор ТОПАЗ мощностью 5 кВт
@Johnny Да, ну, ты не можешь разрушить город или отравить миллионы людей дизельным генератором, не так ли?
@Джони, но это не ты построил. Он был построен компанией, которая взяла на себя ответственность за его эксплуатацию в течение года или нескольких. Что касается законов, правила варьируются от места к месту. В моей стране вам нужно получить сертификат, чтобы заниматься этим профессионально при определенных напряжениях, а за несовершеннолетних в частном порядке ответственность по-прежнему лежит на родителях, а не на детях. А строительство и использование дизельных двигателей в любом случае наказывается законами об охране окружающей среды, за небольшими, в основном образовательными, исключениями.
Во-первых, современные страны значительно различаются в том, что разрешено — строительство электростанции мощностью в десятки киловатт, работающей на дизельном топливе или чем-то еще, вряд ли потребует разрешения в моей стране (при условии, что это не будет шумно, дымно и т. д.) и там». д., без возрастных ограничений. Во-вторых, ОП очень ясно дал понять, что это гипотетическое предположение, которое вы должны принять. Будет потрачено много времени, если вы не зададите вопрос.
Проверка реальности @FrancisDavey специально позволяет оспорить предпосылку вопроса. И текущий консенсус , по-видимому, заключается в том, что это нормально даже по вопросам , не связанным с проверкой реальности, если они сделаны конструктивно. Не стесняйтесь оспаривать это в мета, но не пытайтесь заставить других пользователей следовать вашему мнению, а не тому, что кажется мнением сообщества.
Справедливо. Думаю, меня беспокоило довольно сильное предположение, что мир без специальных лицензий на строительство малых электростанций или работу с электрическими устройствами невозможен или неправдоподобен. Это казалось большим предположением. Но я принимаю вашу точку зрения о вызове мета.
Между ядерным материалом, используемым в бомбах, и тем, который используется в электростанциях, есть большая разница: для изготовления бомбы требуется гораздо больше усовершенствований. То, что вы можете купить ядерное топливо в местном магазине, не означает, что вы можете использовать его в качестве оружия; в этом мире, по-видимому, центрифуги были бы незаконными, но расщепляющийся материал не был бы. (Однако управление отходами все еще остается проблемой.)
@IndigoFenix ​​буквально нет никакой разницы, если мы говорим о грязных бомбах. А АЭС иногда используют и для приготовления делящегося материала для бомб тоже - это можно решить, но 1) надо решить и 2) все равно, грязная бомба.
-1 Есть много ситуаций, когда на подростков возлагалась большая ответственность, а размер реактора просто неверный. Опасность оружия является самой большой проблемой, но обычное ядерное оружие очень трудно изготовить, и анализ показывает, что грязные бомбы не будут очень эффективным оружием. Не исключено, что эта проблема может быть решена. Я согласен с тем, что вы можете оспаривать предпосылки вопроса, но я не нахожу эти вызовы очень убедительными.
@dan1111 угроза грязной бомбы — инструмент террористов . Они не должны быть эффективными в качестве оружия, просто достаточно страшными. К тому же единичные случаи, когда подросткам возлагается большая ответственность, - это далеко и далеко не "каждая дворовая" ситуация.
@Молот, но грязные бомбы на самом деле немногим опаснее обычных бомб. Не нужно много махать рукой, чтобы представить себе мир, в котором люди их особо не боятся.
Исторически сложилось много культур, в которых люди моложе 18 лет во всех отношениях были такими же, как взрослые. Идея о том, что для «взросления» требуется 18 лет (или больше), возникла относительно недавно. Даже сейчас есть несколько вещей, которые подросткам явно запрещено делать в свободное время (большинство правил относится к рабочему месту).
Небольшой момент: в США, когда вы покупаете электрическую сушилку или плиту, они не поставляются с вилкой. Вы должны купить правильный и установить его самостоятельно. В меньшей степени посудомоечные машины и мусоропроводы также иногда не поставляются с вилкой.
Этот ответ кажется почти «взмахом рук», поскольку причины, по которым это не сработает, не вдаются в подробности. Тем не менее, вы охватываете 4 неправдоподобности, а не только одну неправдоподобность, что делает это хорошим ответом на проверку реальности. Даже если бы вы могли разобраться в деталях 1 или 2 неправдоподобностей с множеством деталей и объяснений, у вас все равно было бы больше совершенно отдельных неправдоподобностей, которые нужно преодолеть. Недостатком этого стиля ответа является то, что он приводит к большому количеству дискуссионных комментариев, сосредоточенных на том, как детализировать одну из неправдоподобностей, которые они могут решить.
«Я не знаю ни одной страны, которая позволила бы подросткам самостоятельно управлять электростанциями». Не спрашивай, не рассказывай.
Я согласен с «вы этого не сделаете», однако последующая часть должна быть « вместо этого вы строите радиоизотопный термоэлектрический генератор ». Это даст вам 8 кВт, и это будет гораздо проще и безопаснее, чем настоящий ядерный реактор.

По многим техническим причинам использование атомной энергии для индивидуальных домов не лучшая идея. С ядерной энергией вы либо получаете слишком мало энергии для питания дома (РТГ), либо слишком много, и это невероятно расточительно (деление, синтез). И хотя эксплуатировать уже построенный ядерный реактор не так уж и сложно — моряки работают на атомных кораблях и подводных лодках, а для работы на флоте им не нужен диплом по физике — строить его своими руками добром не кончится.

Начнем с того, что добыча расщепляющегося материала — это заноза в заднице. На каждый килограмм урана требуется несколько тонн породы, и большая его часть — это U-238 . Вам нужно будет очистить его, чтобы увеличить количество U-235 в смеси, иначе цепная реакция не будет устойчивой (насколько высок процент U-235, зависит от типа реактора; он выше для BWR, чем для PWR). , Например). А центрифугировать уран в стиральной машине не получится.

Изготовление урановых стержней, необходимых для работы вашего реактора, — очень долгий и сложный процесс, а затем вы должны поместить их в реактор, тщательно спроектированный так, чтобы они соответствовали их точному положению и геометрии. Короче говоря, вы могли бы купить реактор и топливо и управлять собственной атомной электростанцией, махая рукой тут и там — в конце концов, в наши дни всем управляют компьютеры — но для постройки такой с запасными частями я бы сказал «нет». .

Сотрудникам ВМС США, которые работают непосредственно с ядерными энергетическими установками, действительно требуются обширные физические знания для их работы. Веб-сайт набора военно-морского флота для рядового состава
Вы бы даже не заморачивались с U. Вы бы загружали заготовки Th232 в большие реакторы и облучали их, чтобы получить U233, смешивали это с большим количеством Th232 для топлива для реактора-потребителя, который сам по себе был бы воспроизводителем. Это было бы намного безопаснее по причинам нераспространения.
Проголосовали против того, чтобы сказать, что ядерные реакторы несложно эксплуатировать неправильно, приведя в качестве примера моряков, которые специально обучены тому, как управлять одним из них, аналогично поступлению в колледж, до такой степени, что университеты считают это кредитными часами.
@Anketam Понизьте голосование, как вам нравится, но есть причина, по которой колледжи считают это кредитными часами, а не подтверждают это обучение как докторскую степень в области ядерной физики. Чему они обучены, так это продвинутому слесарному делу. Конечно, им рассказывают о радиационной опасности и о том, как обращаться с ядерным топливом, но это только техническое образование.
@ dan1111 Далеко не предположение, мой ответ идет по тому же пути, что и Антуан Хейлик: вы могли бы сделать это, если есть какая-то компания, поставляющая и топливо, и реактор. Самостоятельное получение чего-либо полностью исключается.
Как бывший «ядерщик» ВМС США, я могу подтвердить уровень образования, необходимый для эксплуатации атомной электростанции на борту корабля. Мы изучили много-много разных тем, связанных с работой завода, теплопередачей и потоком жидкости, ядерной химией, ядерной физикой, прикладным расчетом, электротехникой и электронной инженерией, машиностроением, радиологической теорией и контролем. Я провел много-много очень долгих ночей за домашним заданием.
Вам НЕ НУЖНО обогащать уран, вы можете использовать тяжелую воду в качестве замедлителя с необогащенным ураном, это называется реактор CANDU . Имейте в виду, что небольшой из них имеет мощность около 800 МВт, что, вероятно, многовато для домашнего реактора. :)

Вы можете черпать вдохновение из того, что сделала команда Энрико Ферми в лаборатории Via Panisperna. Предполагая, что у вас есть фиксирующий материал, вам также понадобятся:

  • нейтронный генератор
  • замедлитель нейтронов (Ферми использовал парафин, но могла подойти и вода)

если вы поместите фиксированный материал в воду и облучите его потоком нейтронов, вы в конечном итоге разрушите какое-то атомное ядро ​​и выработаете энергию. Эта энергия будет нагревать воду.

Если вы хотите увеличить масштаб и построить атомный котел, как это сделал Ферми в США с CP-1 , размер вырастет, и вы не сможете разместить его у себя на заднем дворе.

введите описание изображения здесь

Он содержал 45 000 графитовых блоков весом 400 коротких тонн (360 тонн), используемых в качестве замедлителей нейтронов, и работал на 6 коротких тоннах (5,4 тонны) металлического урана и 50 коротких тоннах (45 тонн) оксида урана.

а также

Свая работала около 4,5 минут при мощности около 0,5 Вт. 12 декабря 1942 года выходная мощность CP-1 была увеличена до 200 Вт, что достаточно для питания лампочки. Из-за отсутствия какой-либо защиты это представляло радиационную опасность для всех, кто находился поблизости, и дальнейшие испытания продолжались при мощности 0,5 Вт.

Могут, но им не разрешат

Физически, в вашем мире, ваша средняя школа могла бы построить его. Пока у них есть доступ к материалу, они смогут собрать его воедино — в буквальном смысле; первый в истории реактор на самом деле назывался Чикагский котел-1 — и запустил цепную реакцию.

И даже сегодня старшеклассники проводят эксперименты с ядерными реакторами , строят так называемые фузоры .

введите описание изображения здесь

Это термоядерный реактор, сделанный старшеклассником.

Основная проблема в том, что эти фузоры не имеют Вопрос > 1 , то есть потребляют больше энергии, чем производят. Тем не менее: старшеклассники создают ядерный синтез.

Ваш бесстрашный старшеклассник споткнется не о том, что он физически не сможет, а о том, что ему не позволят .

Как намекнули в «Бойцовском клубе» , из предметов домашнего обихода можно делать весьма разрушительные вещи. Шведская версия Радиоактивного бойскаута не только привлекла внимание Управления радиационной безопасности Швеции к попытке сделать реактор из выброшенных детекторов дыма, но и сделала другие вещи, например, изготовила рицин .

Это - конечно - не разрешено. Что касается обращения с веществами, которые могут быть опасны для жизни и окружающей среды, то это обычно регулируется. Вам нужно будет получить разрешение, чтобы заниматься любым таким предприятием. Это особенно актуально, если ваше предприятие будет оставлять какие-либо опасные отходы.

Вы говорите: «Но я просто заставлю его разобраться с отходами». Ну нет, это неприемлемо. Он мог это сделать, просто закопав его на 10 метров в землю. С физической точки зрения это было бы совершенно безопасно. Но контролирующие органы закатят истерику по этому поводу, потому что это не разрешено. Когда речь идет об отходах такого рода, с ними необходимо обращаться профессионально, контролировать и разрешать их.

Кроме того, расщепляющиеся материалы, такие как уран, очень строго регулируются , и их нельзя получить волей-неволей в ближайших ядерных центрах. Даже если вы никогда не собираетесь помещать уран в реактор, это токсичный тяжелый металл, и вы не можете играть с ним, по крайней мере, на законных основаниях.

Стоит отметить, что получить топливо для термоядерного реактора можно из воды. Если вам нужен запас трития, он используется для самосветящихся указателей выхода.
@Davislor О, это становится еще лучше: постройте реактор Polywell, и вы сможете запустить его на боре . Бор очень легко доступен, среди прочего, в изоляции из стекловолокна и других продуктах из боросиликатного стекла, а также в кремах для кожи . Самая большая проблема с созданием Polywell - это инженерные проблемы и (в реальной жизни) то, что принцип работы еще не был окончательно продемонстрирован. Кстати, это решило бы проблему отходов: конечным продуктом является гелий , а не нейтронная активация.
Хотя термоядерный реактор, который безубыточен, на самом деле находится за пределами возможностей даже самых передовых лабораторий на Земле прямо сейчас. Но, конечно, было бы здорово, если бы это сработало. Другая анейтронная реакция происходит между водородом, который можно получить из воды, и азотом, который можно получить из воздуха.

Кен Сильверстайн: Радиоактивный бойскаут: пугающая правдивая история вундеркинда и его самодельного ядерного реактора.

Эта книга — исчерпывающий ответ на ваш вопрос. В 1993 году Дэвид Хан сделал именно это. Книга — это его история.

Книга была опубликована впервые в 2004 году (и позже 11 января 2005 года как 33673-е издание издательства) Виллардом с ISBN-10: 0812966600.

«Радиоактивный бойскаут» был моей первой мыслью, когда я прочитал этот вопрос. Вот ссылка на Википедию и статья о нем. То, что предлагает ОП, технически возможно, как доказал Дэвид Хан, но, боже, это плохая идея.
Это не подробный ответ. Это просто сбор радиоактивных материалов и заражение окружающей среды. Никакой реалистичной силовой установки вообще, ничего полезного для чего-либо.
Ему удалось выдержать ядерную реакцию в своем гараже. Все, что нужно, это увеличить размер, чтобы получить полезную выходную мощность. Итак, это полный список всего, что необходимо, и как это получить в реальном мире Америки 1990-х годов.
@PCSgtL Просмотр статьи в Википедии подтверждает, что на самом деле это не ответ на заданный вопрос. У Хана не было средств для улавливания тепла и выработки электроэнергии, чего требует ОП (8 кВт). Кроме того, его реактор не был самоподдерживающимся, то есть критическим. (Хотя, возможно, вы просто имели в виду, что у него был источник, вызывающий реакцию.)

1,7 миллиарда лет назад природа построила естественный ядерный реактор в месте, которое сейчас называется Окло. В то время в природном уране было больше урана-235, чем сегодня, поэтому все, что было необходимо, — это создание достаточно высокой концентрации природного урана. https://en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor

Это миростроительство, поэтому вы можете быть разумным гуманоидным инопланетянином, живущим на планете, где прогресс от пыли сверхновой звезды к Солнечной системе и жизни к людям шел быстрее, чем здесь, на Земле. В этом случае у вашего общества появятся интересные возможности и проблемы. Также возможно, что эволюция сделала вас несколько более устойчивыми к радиации, чем мы, земляне, если повсюду разбросаны естественные ядерно-геотермальные источники тепла, а также короткоживущие фрагменты деления в ваших грунтовых водах. (Примечание: небольшая часть земной коры сегодня имеет возраст 1,7 миллиарда лет или старше, поэтому событие Окло, вероятно, было не единственным таким случаем, просто единственным, для которого у нас есть доказательства).

Более того, мир, вращающийся вокруг звезды 4-го поколения с высокой металличностью, легко упростит ваш сценарий — инопланетяне не нужны. Но это сложнее объяснить в вымышленной обстановке, чем «Мы нашли эту молодую планету и колонизируем ее». Хороший мыслительный процесс. Группа колонизаторов легко идентифицировала лежащие вокруг них горячие камни как хороший источник энергии, содержала их в защитной одежде, пока их домашняя база не достигла нормального уровня, а затем использовала камни для получения энергии. Старшеклассник хватает немного и бросает в самодельную турбину. Однозначно +1!

Ваша самая большая проблема с постройкой реактора будет заключаться в том, что у них есть минимальная мощность, намного превышающая то, что вы могли бы использовать.

Вместо этого вы можете построить РИТЭГ ( https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator ), хотя он, вероятно, будет намного ниже того, что вы могли бы использовать.

Вам просто нужно:

  • что-то для преобразования тепла в электричество, например
    • пелитер тепловой насос
    • турбины, которые можно было купить в собранном виде
    • паровой двигатель, соединенный с генератором
  • большой кусок радиоактивного материала; Я не уверен, насколько критично то, что вы выбрали, если оно нагрелось и не стало критическим. Может сработать большая куча образцов детекторов дыма. Предполагая, что в вашем мире это было законно, вы, вероятно, могли бы купить подходящий источник.

И тогда вам, вероятно, понадобится химиотерапия, если вы не будете предельно осторожны...

РИТЭГ БЭС-5 с 30 кг урана с обогащением 90% имеет мощность 3 кВт. Ядерные реакторы ТОПАЗ имеют мощность более 6 кВт .
Химиотерапия может быть организована очень легко.

Проблема с вашей основной предпосылкой: продвижение бытовых реакторов имеет двоякий смысл.

  1. Реакторы выигрывают от эффекта масштаба. Сделать реактор на один дом стоит почти столько же, сколько на десять домов. Это была бы очень неэффективная политика.
  2. В мире недостаточно урана, чтобы обеспечить его широкое использование в течение разумного периода времени. Вы можете использовать торий, который встречается гораздо чаще, но у него есть другие проблемы (которые вы можете помахать рукой).

При этом торий очень легко получить. В США и Китае его груды лежат без дела как остатки от добычи редкоземельных элементов (их, как правило, находят вместе).

Самодельные реакторы, вероятно, будут реакторами «малой мощности». Чем больше вы концентрируете нейтроны, тем быстрее реакция. Если радиоактивные источники разбросаны более широко, они будут распадаться медленнее. Они будут больше для любого заданного результата, но не должны быть такими сложными. Современные реакторы работают на балансе игольного острия. Поскольку реакторы с низким КПД не будут сжигать свое топливо так быстро, радиоактивных отходов будет меньше, и с отходами будет легче обращаться. Нынешние «отработанные» стержни еще довольно горячие. Их часто нужно держать в водяной бане с проточной водой, чтобы вода не выкипела (почему из этого не делают парогенератор, я задавался вопросом с 10 лет).

Если самодельные реакторы законны, вероятно, существует какая-то инфраструктура для захоронения радиоактивных отходов. Вам нужно будет только забрать каждые 10 или около того лет. Просто позвоните по номеру 1-800-GLOW-GON.

Использование свежего отработавшего топлива для выработки большего количества энергии просто не стоит того, чтобы его вырабатывать в скором времени.

Запуск ядерного реактора требует, чтобы у вас было достаточно делящегося материала для критической реакции. Это количество известно как критическая масса .

Многие люди предлагают использовать обычный топливный цикл урана-235, но критическая масса для низкосортной урановой руды (то есть процент урана, который составляет 235 по сравнению с 238 или другими изотопами) очень высока, при 15% это более 600 фунтов, и что требует большого обогащения, натуральный 235 составляет всего около 0,75%. Вот почему ядерные реакторы обычно не строят с малой выходной мощностью: существуют фундаментальные ограничения на то, насколько маленькими вы можете их сделать.

Что касается части вопроса о захоронении отходов, то стандартный метод захоронения ядерных отходов состоит в том, чтобы содержать материал и помещать его в какое-то изолированное место до тех пор, пока он не перестанет быть радиоактивным. Для более долгоживущих отходов это все еще нерешенная проблема, требующая десятков тысячи лет изоляции, это вряд ли сработает и на вашем заднем дворе.

А актиний?
Вам не нужна критическая реакция, чтобы запустить ядерный реактор. Он нужен для создания атомной бомбы...
@user2707001 user2707001 Стабильная ядерная реакция требует либо (с задержкой) критичности (k = 1, потеря нейтронов = производство), либо внешнего источника нейтронов. Атомные бомбы, как правило, сверхкритические (или , как минимум, критические ).
@ Alpha3031 Кажется, я неправильно понял слово «критическая масса», вы правы. Я не думал, что в понятие критической массы входят внешние по отношению к материалу объекты — бериллиевый куб значительно снизит критическую массу всего, что находится внутри него, как я только что узнал. Тем не менее, я бы сказал, что вы можете оставаться несколько ниже критической массы и при этом иметь значительную выходную мощность тепла = мощности - разве это больше не называется «ядерным реактором»?
@ user2707001 Это тепло распада, вы можете получить его, не будучи реактором, например, марсоход Curiosity использует тепло от распада Pu238.

Есть несколько простых (в общих чертах) способов добиться этого без громоздкой реакторной установки. Используйте тепло радиоактивного распада для создания энергии. Это устраняет необходимость в корпусе реактора и охлаждающей конструкции. Я понимаю, что это не ядерный реактор, но это способ, с помощью которого домашний потребитель может получить доступ к ядерной энергии.

Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга

Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга (ASRG) — это радиоизотопная система питания, разработанная в Исследовательском центре Гленна НАСА. Он основан на идее создания энергии из тепла радиоактивного распада плутония.

Он использует технологию преобразования энергии Стирлинга для преобразования тепла радиоактивного распада в электричество для использования на космических кораблях.

Двигатель Стирлинга представляет собой регенеративную тепловую машину замкнутого цикла с постоянно газообразным рабочим телом. Замкнутый цикл в этом контексте означает термодинамическую систему, в которой рабочая жидкость постоянно находится внутри системы, а регенеративный описывает использование определенного типа внутреннего теплообменника и теплового накопителя, известного как регенератор. Включение регенератора отличает двигатель Стирлинга от других двигателей с горячим воздухом замкнутого цикла.

Пример двигателя Стирлинга

Положительным является то, что это довольно простая механическая система. Недостатком является то, что эта установка будет производить 130 Вт мощности из 1,2 кг диоксида плутония-238. Чтобы достичь ваших целей по мощности, вам нужно было бы запустить несколько последовательно, или, возможно, в вашем мире технические ограничения были преодолены, и один блок будет производить требуемую мощность.

Для получения дополнительной информации посетите: https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Stirling_radioisotope_generator

Радиоизотопный генератор Стирлинга

Радиоизотопный термоэлектрический генератор

Другим существующим источником энергии является радиоизотопный термоэлектрический генератор. Положительным моментом является то, что это может быть создано без движущихся частей. Недостатком является низкая мощность.

https://en.wikipedia.org/wiki/Радиоизотопный_термоэлектрический_генератор

Термоэлектрический

Термоэлектрический генератор улавливает свет, испускаемый тепловым источником, и преобразует его в энергию. Положительным моментом является то, что термогальваника обеспечивает стабильную и надежную мощность без большого количества топлива. Недостатком является то, что они не очень эффективны. Если бы ваш источник энергии был в виде сферы из термогальванических элементов, вы могли бы включить их последовательно для получения необходимой вам энергии. Возможно, в вашем мире есть более эффективный источник термогальванических элементов, который мог бы производить желаемую мощность в 8000 ватт.

https://en.wikipedia.org/wiki/Термофотоэлектрические

РИТЭГи не ядерные реакторы . Не существует устойчивой и контролируемой цепной ядерной реакции.
Я понимаю, что то, что я обсуждал, не было аппаратом или конструкцией, в которой можно заставить расщепляющийся материал подвергаться контролируемой самоподдерживающейся ядерной реакции с последующим высвобождением энергии. Я интерпретирую дух вопроса, что люди строят свои собственные энергетические устройства в своем доме. Проблема в том, что нет конструкций реакторов, ориентированных на источник питания мощностью 8 кВт или что-то, что было бы мыслимо для домашнего использования. Даже что-то вроде натриевого микрореактора Toshiba 4S производит 10 МВт, и стоимость его строительства превысит любой домашний бюджет.

Во-первых, что вы подразумеваете под «достаточно эффективным»? Значение эффективности заключается в получении высокой производительности при меньшем количестве топлива. Для этого потребуется очень совершенная система, которая... вряд ли может быть достигнута кем-либо ниже специализированной компании.

Что касается строительства реактора: вам нужно четыре основных компонента. Собственно реактор - то есть контейнер с делящимся материалом - первый. Во-вторых, это система охлаждения, помогающая отводить энергию для преобразования в электричество, а также для того, чтобы ваш реактор не расплавился в течение нескольких минут или секунд после того, как он собрал достаточно делящейся массы для достижения критичности. В-третьих, генератор энергии. Это легко — подойдет любая паровая турбина. Четвертый — экранирующий.

Для подростка будет понятен только генераторный компонент, и его можно сконструировать. Наиболее проблематичными являются те, которые наиболее важны - сам реактор (хотя бы из-за, действительно, требуемого безумного уровня металлургии. Просто стальная труба не поможет. Правильные материалы также необходимы, потому что радиационно-материальные взаимодействие может быть очень разрушительным как для реактора, так и для всех вокруг него, особенно в долгосрочной перспективе). Радиационная защита еще более сложна, не говоря уже о работе и знаниях, необходимых для запуска системы в стабильной конфигурации (для справки, если вы получаете нестабильную конфигурацию, Чернобыль происходит... быстро).

Это может быть выполнимо на уровне колледжа, ВОЗМОЖНО. И это растягивание.

Если вы можете решить проблему с топливом, особенно с топливной проблемой для относительно высокообогащенного топлива (подойдет U235, Pu239 или их смесь), то реальная машина не будет особенно сложной, но вы захотите иметь возможность залить значительное количество бетона для биологический щит.

Одиночный топливный элемент, (тяжелый) охлаждаемый водой с окружающим нейтронным отражателем достаточно близко, чтобы вещь немного не замедлилась (важно иметь отрицательный коэффициент пустотности), в герметичной трубе из нержавеющей стали, возможно, 10 м в длину с уровнем воды, простирающимся, возможно, до Я подозреваю, что на 5 м выше топлива можно заставить работать в равновесии между паром (за вычетом реактивности из-за отрицательного коэффициента пустот) и чуть выше замедленной критичности системы. Парогенератор для вторичного контура будет оборачиваться вокруг нескольких верхних метров этой штуки (выполняет функцию биологической защиты от гамма-излучения из цепи распада азота). Добавить немного соединения бора в тяжелую воду, чтобы позволить дросселировать эту штуку, настроив химический состав воды, и продлить срок службы топлива, уменьшив отравление по мере увеличения выгорания?

Также могут быть некоторые трюки, которые вы можете использовать с доплеровским расширением, чтобы сделать его более надежным саморегулирующимся.

@ 10 кВт тепловой, вам придется ДЕЙСТВИТЕЛЬНО работать, чтобы вызвать расплавление, и, вероятно, вы могли бы спроектировать достаточную тепловую массу, чтобы справиться с краткосрочным остаточным теплом, достаточно долго для того, чтобы остаточное тепло упало до такой степени, что конвекция и теплопроводность будут удерживать топливо от плавление.

IIRC произошла (советская?) авария с критичностью, которая оставила их с активной зоной бомбы из ПУ, работающей в качестве реактора в течение некоторого времени, с контролем, являющимся равновесием между расширением активной зоны по мере его нагрева и увеличением потерь нейтронов с площади поверхности, я подозреваю в конце концов они послали кого-то, чтобы разбить эту штуку палкой!

Если вы можете вручную создать экономичный мюонный источник с низким энергопотреблением, тогда вполне возможна термоядерная машина с мюонным катализом, не уверен, что Хирч/Фарнсворт сделает это даже тогда, но Бассард Полиуэлл вполне может.

Не уверен, что у большинства 14-летних есть сочетание математических, физических и механических навыков, чтобы собрать реактор (я, конечно, не смог бы сделать это тогда).

Есть две серьезные проблемы, которые делают это совершенно нежизнеспособным, и третья, которая будет вас ограничивать.

1) Для работы реакторов на основе урана требуется критическая масса урана. Это устанавливает минимальный размер реактора и с практической точки зрения минимальную мощность. Пытаться запитать дом от уранового реактора — все равно, что пытаться привести в движение игрушечный кораблик с мотором от яхты.

Этого можно избежать с помощью реакции тория, индуцированной нейтронами. Критическая масса не требуется, поэтому он может работать на более низких уровнях мощности.

2) Экранирование. Неважно, производите ли вы 8 кВт или 8 ГВт, толщина вашего экрана почти одинакова. Ваше сдерживание такое же. Если вы хотите, чтобы рядом было что-то безопасное, оно просто будет слишком большим для домашнего использования.

3) Охлаждающие бассейны. Опять же, проблема с экранированием. Они большие, чтобы поставить достаточно воды между вами и горячей штукой. Опять же, то, что не поместится в доме.

Ключевая проблема при строительстве атомной электростанции на заднем дворе состоит в том, чтобы получить достаточное количество делящегося материала достаточной чистоты, чтобы легко достичь критичности с реактором грубой конструкции. Природные залежи расщепляющихся материалов сгорают довольно рано в течение жизни планеты, поэтому к тому времени, когда пройдет 4 с лишним миллиарда лет, все, что останется, — это вещество, для сжигания которого требуется совсем немного обработки, и можно с уверенностью сказать, что переработка природных руд в их нынешнем состоянии в ядерное топливо находится далеко за пределами возможностей даже самого трудолюбивого и не по годам развитого подростка.

Но ОП не уточнил, что этой планетой была Земля. Если мы предположим, что его мир является геологически гораздо более молодой планетой (возраст около 2 миллиардов лет, плюс-минус несколько сотен миллионов), то можно предположить, что природные залежи делящихся веществ все еще находятся поблизости, и их можно очистить с помощью простых химических процессов, которые может выполнить любой ребенок. Например, она могла дробить руду молотком или каким-либо другим способом, промывать измельченную руду в кислоте, чтобы поместить расщепляющиеся вещества в раствор, отфильтровывать руду из своего раствора, а затем повышать pH раствора с помощью щелочи, чтобы получить раствор. делящиеся вещества выпадают в осадок. Если она начинает с руды достаточно высокого качества, то это должно быть все, что нужно для получения ядерного топлива, которое может достичь критичности.

Тогда нашему молодому инженеру-атомщику нужен атомный котел, а это может быть просто котел... как куча грязи. Проложите трубопровод через кучу, чтобы отводить тепло для привода любой тепловой машины, которую она выберет, и еще несколько водопроводов, через которые она может маневрировать замедлителями / нейтронными поглотителями, чтобы регулировать выходную мощность, проталкивая их через кучу туда, где зарыто ее топливо. Она также может захотеть закопать несколько термопар и, возможно, другие детекторы рядом с топливом, чтобы получить представление о том, что происходит, пока она перетасовывает свои импровизированные контрольные стержни.

Получившаяся в результате атомная электростанция была бы грубой, и шансы на мгновенную аварию с критичностью, стерилизовавшую бы всю округу, были бы смехотворно высоки, но это молодая планета, а это означает, что ее обитатели — колонисты откуда-то еще, поскольку единственные вещи, которые могли бы иметь Шанс эволюционировать там еще будут такие вещи, как водоросли и бактерии. Это оставляет открытой возможность довольно низкой плотности населения (очень, ОЧЕНЬ большие задние дворы) и, следовательно, относительно ограниченного беспокойства по поводу того, что сосед делает на своей стороне изгороди. Если ваш ближайший сосед находится в нескольких милях от вас и не с подветренной стороны, то какое им дело до того, что вы облажаетесь и сделаете светящийся кратер за своим домом?

Мне это нравится на первый взгляд, но с такой концентрацией, не будет ли подход в стиле RTG (главным известным недостатком которого является то, что требуется много материала) был бы более подходящим? Возможно, случайное критическое событие в истории подтолкнуло бы главного героя в этом направлении. Тем не менее, +1!
@Mark Согласен, но ОП указал реактор, а не только остаточное тепло. Пытаюсь сделать его простым и работоспособным, даже если это смехотворно опасно. Я не упомянул конструкцию активной зоны, но на самом деле она может быть такой же простой, как полость в куче грязи, облицованная плитками из карбида бора, с водопроводом по бокам, куда оператор атомной станции может вставлять нейтронные отражатели из карбида вольфрама, чтобы нагреть вещи. Она выливает свое топливо в выложенную плиткой полость, покрывает все это большим количеством грязи, а затем постепенно вставляет нейтронные отражатели, пока термопары не начнут нагреваться. Легкий.
Логично, и согласен. Вы должны пощекотать хвост дракона в хорошей истории, чтобы она в любом случае была хорошей историей, поэтому я думаю, что это может быть достойным сюжетным ходом.

Купите старый корабельный дизельный двигатель (двухтактный) с присоединенным к нему генератором. Просверлите дно цилиндров с уменьшенным диаметром. Проденьте лишние сантиметры. Купите связку тонких винтов из чистого плутония весом по 100 г каждый и одинакового диаметра. Некоторые из них ввинтить в каждый цилиндр снизу - друг на друга с помощью длинного инструмента и турника; Я предполагаю, что их потребуется около 40 штук на цилиндр. 12 баллонов по 4 кг плутония. Когда ваша «отвертка» выходит из цилиндра раскаленной, вы помещаете в этот цилиндр достаточно плутония. К следующему. Используйте воду в качестве топлива (используйте топливный насос, чтобы выкачать ее из колодца или озера) и запустите «двигатель» с помощью его оригинального стартера. Если он работает недостаточно быстро, вставьте еще несколько плутониевых «винтов».

Плутония хватит надолго, так что вам не придется беспокоиться о его утилизации.

Это не ядерный реактор. Кроме того, он также не будет работать как эффективный двигатель.
я не согласен. во-первых, это ядерный реактор. почему не должно быть? Это не очень эффективно, но опять же, вам будет трудно построить эффективный ядерный реактор мощностью 8 кВт ... на самом деле есть причина, по которой атомные электростанции имеют гигаваттную выходную мощность ...
Вам нужно подключить систему водяного охлаждения двигателя, чтобы весь двигатель не расплавился.
@sphennings На самом деле это так. Он использует воду вместо топлива. Когда он впрыскивает воду, это замедляет плутоний и вызывает критичность, пока она не закипит. Если это будет происходить медленно, то увеличится мощность реактора или наоборот. Это автоматически останавливает реактор. Кипящая вода толкает поршни вверх. Недостаток - нужен хладагент, который не является замедлителем.
Ух ты. 48 кг чистого плутония. Пожалуйста, подождите, пока я покину город... Это в несколько раз превышает критическую массу, необходимую для бомбы.
Правда, это много. Вы можете уменьшить количество необходимого плутония, добавив слой бериллия (щекотка хвоста дракона...) вокруг плутониевых «винтов» или используя корабельный двигатель с меньшим количеством цилиндров, например Detroit Diesel Series 92 с 6 цилиндрами. Половина плутония. Но на самом деле у тебя нет причин покидать город. Бьюсь об заклад, вы получите больше радиации от угольной электростанции, чем в нескольких милях от этого реактора.

Ты можешь это сделать

Сначала раздобудьте какой-нибудь расщепляющийся материал. Уран-235 можно выкопать.

Убедитесь, что он достаточно чистый, и в идеале покупайте его в стержнях.

Теперь воткните эти стержни в котел, прикрепленный к паровой машине.

Используйте двигатель, чтобы управлять генератором электроэнергии.

Дополнительные метки за повторное использование воды путем ее конденсации из выхода пара. Вы можете использовать отработанное тепло для обогрева дома или для обогрева бассейна, как вам нравится.

Я думаю, что Уран недостаточно активен, чтобы в одиночку ощутимо нагревать воду. Полоний может.
@ L.Dutch, уран-235 делящийся и определенно нагревает воду. Поэтому, когда вы выкапываете свой уран, вам нужно очистить 0,75% от него, что составляет уран-235. Вот почему востребованы центрифуги...
Итак, как только вы создадите это, как долго вы сможете поддерживать его работу, прежде чем огромное количество опухолей, разрастающихся по всему вашему телу, не остановит вас от дозаправки.
Просто выкопайте немного урана и очистите его! Это настолько просто, что государственные деятели (например, Иран) пытались это делать десятилетиями с переменным успехом. Подросток должен легко это сделать, верно?
@snowman, чистота, необходимая для источника тепла, совсем не похожа на чистоту, необходимую для ОМУ. Тем не менее, нашему другу-подростку понадобится готовый источник серы, флюорита и аммиака, а также газовая центрифуга, способная управлять гексафторидом урана. И хороший химический набор, и готовность умереть от возни с некоторыми из самых противных химикатов, но это само собой разумеется.
@snowman подросток первого мира против военных страны третьего мира.
Да, оружейные радиоактивные металлы очень сложно сделать. Тем не менее, руды, которые вы можете выкопать из-под земли, по-прежнему далеки от достаточной чистоты, чтобы помещать их в реактор для выработки тепла. У подростка нет ни образования, ни денег, по крайней мере, ничего близкого к тому, что требует ядерная химия. Даже у страны третьего мира есть деньги (военная, политическая элита, даже если люди бедны), образование (самых умных посылают в другие страны за научными степенями - даже НК делает это) и случайный черный рынок ядерных технологий.
@snowman вы можете получить критичность из природного необогащенного урана. Чикагский реактор сделал это, реакторы Хэнфорда сделали это, CanDU может это сделать, реакторы РБМК спроектированы так, чтобы быть в состоянии это сделать, но у них есть неприятная проблема положительного коэффициента пустотности, когда вы это делаете. В более безопасном B / PWR вы также можете, но ядро ​​​​и, следовательно, судно должны быть больше, и это будет проблемой для производства и транспортировки.

Безусловно, проще всего было бы купить энергетическую компанию, которая уже планирует построить атомную электростанцию. Когда защитный забор поднимется, постройте для себя настоящий жилой дом на въезде вместо обычной сборной сторожки. Откройте заднюю дверь внутри забора.

Теперь вы можете построить ядерный реактор у себя на заднем дворе.

Добро пожаловать в миростроительство! А вот на ваш ответ: человек, который строит реактор на заднем дворе, — старшеклассник, поэтому я не совсем уверен, что ваш ответ будет жизнеспособным. Как вы планируете, чтобы у 17-летнего человека были ресурсы, необходимые для покупки дома, не говоря уже о полной электростанции?
Я думаю, ответ на вопрос "Что мне нужно?" тогда: папа-миллиардер с политическими связями.
Когда вы Тони Старк, купить ядерный реактор для своего двора довольно просто. Суть в том, что у нас была научная фантастика, которая стала намного безумнее и очень хорошо попала на рынок. +1 за творческий ответ, но комментарий, который я не думаю, что это то, что хотел пользователь.

Построить и запустить ядерный реактор несложно. У меня нет ответа, как его построить, потому что он засекречен. Проблема в том, что после того, как вы запустили его некоторое время. Нейтроны распространяются, и все начинает становиться радиоактивным. Вода, которую вы используете для охлаждения, становится радиоактивной. Экранирование, чтобы остановить излучение, становится радиоактивным. Радиация разрушает электронику подобно тому, как человеческие клетки умирают от радиационного облучения. См. Проблемы с чернобыльской очисткой