Как скоро можно будет построить ядерные реакторы?

Природные ядерные реакторы существовали на Земле чуть менее 2 миллиардов лет назад ( источник )

Окло - единственное известное место для этого в мире, состоящее из 16 участков, на которых примерно 1,7 миллиарда лет назад происходили самоподдерживающиеся реакции ядерного деления, которые продолжались в течение нескольких сотен тысяч лет, со средней тепловой мощностью, вероятно, менее 100 кВт. в течение этого времени

Сделайте так, чтобы ваша раса жила в то время, и они смогут это понять. Мы обнаружили огонь, глядя на деревья, подожженные зажиганием...

Важным вопросом здесь является «какой уран?». Это не ложный вопрос — тип и богатство месторождения определяют, насколько легко это может быть достигнуто, а также соотношение его изотопов.

Когда-то в Африке был природный ядерный реактор . Реакции деления (по общему признанию, очень ограниченные) происходили на месте в урановой руде с использованием воды в качестве замедлителя нейтронов. Этому способствовало то, что соотношение изотопов U235 и U238 было выше миллиарды лет назад, чем сегодня на Земле. Так что, если по какой-то случайности ваша планета имеет более высокое естественное соотношение U235 (вероятно, потому что это молодая планета), это упрощает задачу. (В противном случае вам придется подождать, пока ваши люди не разберутся, что такое изотопы и как они работают, и в этом случае вы увидите временную шкалу, аналогичную той, что была у нас на Земле).

Другой вопрос - добыча. Природная урановая руда не особенно радиоактивна — вы или я могли бы спокойно держать это вещество в руках без какого-либо существенного риска, и это бесполезно с точки зрения деления. Извлечение полезных концентраций урана из уранинита не так просто, как выплавка неблагородных металлов - в основном требуется нетривиальная химическая обработка (серная кислота, специальные смолы для экстракции растворителем и т.п.).

Я не знаю, есть ли разумная научная причина, по которой можно получить природную урановую руду, достаточно богатую, чтобы не требовать обработки, но в основном это то, что вам нужно, радиационно-стойкая или нет, чтобы получить ядерные реакторы. раньше, чем они были созданы здесь, на земле. (Это не отсутствие у нас устойчивости к радиации заставило это занять какое-то время здесь.)

Если бы у вас была природная сверхбогатая урановая руда с высоким содержанием U235, все, что вам нужно, это чтобы кто-нибудь заметил, что добавление достаточного количества вещества в воду или добавление в нее углерода приводит к тому, что вся эта каша нагревается. . В этот момент у вас есть тепловыделение, а человечество (или гипотетический инопланетянин) хорошо использует тепло. Мы (они) давно этим занимаемся. Однако добраться до этой точки научно обоснованным способом сложно.

TL;DR

Радиационная стойкость не способствует ускорению разработки реакторов, если только «достаточный» доступ к урану не является уже очищенным ураном из более продвинутых с научной точки зрения видов.

Предполагая, что у вас есть доступ к естественно обогащенной руде U-235, на самом деле можно создать очень простой ядерный реактор из очень примитивных материалов.

В романе Стивена Бакстера « Многообразие: Космос » герой отправляется в прошлое (или в альтернативную вселенную), где у первобытного племени на самом деле есть небольшой ядерный реактор, вырабатывающий тепловую энергию для кипячения воды для нагрева. Описание реактора по сути представляет собой подземную пещеру с протекающим через нее ручьем. Обогащенные урановые камни складываются вместе, чтобы достичь критичности, и реакция замедляется с помощью рабов, толкающих камни обугленными деревянными шестами (древесный уголь является аналогом графитовых замедлителей в некоторых типах реакторов). Хотя это и не упоминалось, можно предположить, что в куче есть еще обугленные куски дерева, чтобы замедлить работу реакторов, и неудивительно, что рабы, работающие в активной зоне реактора, имеют тенденцию умирать очень быстро....

Можно предположить, что эффективность такого реактора действительно очень низкая, и даже если бы у вас было достаточно рабов, чтобы делать такие вещи, как складывание камней между слоями обугленного дерева, все равно не было бы огромного количества тепловой энергии для нагрева протекающей через него воды. пещера. Если пещера погружена в воду, а каменная «куча» находится под ней, то можно предположить, что активная зона реактора имеет довольно высокий уровень эффективности, поскольку большое количество воды может служить замедлителем нейтронов, но большая масса воду будет соответственно труднее нагревать.

Чтобы продвинуться дальше, нужно было бы махать руками, как сумасшедшему, поскольку настоящий ядерный реактор требовал бы очень большого понимания физики, химии, теплопередачи и многих других наук и технологий, чтобы создать что-то даже столь примитивное, как « котел » под Чикагский университет впервые продемонстрировал ядерную энергию.

Ядерный реактор Stagg Field (Котел № 1)

Если вы примете что-то вроде взмаха руки, я бы сказал примерно 1850.

Абсолютный жесткий предел составляет около 1800, поскольку вы не строите реактор без урана, и поэтому вам нужно знать, что такое уран.

Новый уран содержит около 60% U235. Это достаточно высоко, чтобы вы могли получить критическую аварию, если накопите слишком много этого, даже если он находится в естественной форме урановой смолы. Так вот, были выжившие в авариях с критичностью - кто-то на другом конце лаборатории мог стать свидетелем этого, не погибнув в процессе.

На данный момент научное сообщество понимает, что действительно происходит что-то очень странное, когда вы накапливаете слишком много урановой смолы. Поскольку исследователи не хотят умирать, очевидным ответом является дистанционное управление. Для этого вам не нужна современная робототехника — поместите свою кучу за толстыми противовзрывными стенами и используйте зеркала, чтобы заглянуть внутрь. Используйте веревки, чтобы манипулировать контейнерами с обманкой.

Теперь они узнают, что есть сфера, в которой они разогреваются, не впадая в ступор. Теперь у вас есть ядерные реакторы.

Однако пройдет некоторое время, прежде чем они решат проблему рака.

Взмах руки: не может быть, чтобы раса жила на планете, на которой есть новый уран. Требуется время, чтобы перейти от сверхновой к новой планете, и требуется время, чтобы на этой планете развилась жизнь.

Я не вижу случайного открытия котла на основе земного урана.

Вам нужна продвинутая металлургия для очистки урана. Базовые химические вещества для этого не очень сложно сделать, если вы знаете, как это сделать.

Об обогащении U-235 не может быть и речи, это действительно высокие технологии.

Чтобы запустить реактор с современным соотношением изотопов, нужна тяжелая вода. Это намного проще, чем обогащение тяжелыми элементами, хотя и очень громоздко.

https://en.wikipedia.org/wiki/Chicago_Pile-3