Ядерные технологии

1.

Ведущий научный сотрудник
Курчатовского комплекса
ядерных транспортных
энергетических технологий
[email protected]

2.

Что такое мир будущего? ))
…сохранение органических ресурсов планеты для их
неэнергетического использования…
«Саммит тысячелетия» 6 - 8 сентября 2000 года, (В.В.Путин)
…природоподобные технологии, которые не наносят урон
окружающему миру, а существуют с ним в гармонии…
Юбилейная сессия ОНН в сентябре 2015 года, (В.В.Путин)
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
1/37
Электроэнергия
Утилизация отходов АЭ
Обеспечение АЭ топливом
а также…безопасность!
9 февраля 2022г.

3.

Сценарии развития, потребления и производства
60
100
7875,3
3 1,4
0
147,7
1510,2
49
24,6
Число
реакторов
40
Ресурсы природного урана
Баланс первичных энергоисточников в мире
Басня И.А. Крылова
«Стрекоза и муравей»
30000
20
4 5,3
1 0,5
1 0,2
4 2,5
0
Количество и мощность
работающих и строящихся в
мире реакторов различного типа
ЭНЕРГЕТИКА В ЭКОНОМИКЕ 21 ВЕКА.
Велихов Е.П., Субботин С.А., Цибульский В.Ф.
20000
15000
10000
5000
0
1930
1950
1970
1990
Нефть
Уголь
Биомасса и Отходы
Атомная Энергия
2010
2030
2050
Попрыгунья Стрекоза
Лето красное пропела;
Оглянуться не успела,
Прогноз на изменения цен
Прогноззима
изменения цен
на природный
катит
глаза.
наКак
природный
уранвуран
2500
…
Газ
Гидроэнергия
Дорожная
карта из стратегии технологического развития горнорудного дивизиона
Другие Возобновляемые
Неудовлетворенный спрос
Установленные мощности
100
2000
90
80
70
60
ГВт
«Мир приближается к
состоянию, когда
дефицит ресурсов
(в первую очередь
энергетических) будет
оказывать доминантное воздействие
на все сферы жизни людей...»
25000
$/Кг
200
Баланс первичных
энергоисточников в мире
5051,7
млн.тонн нефт.эквивалента
Число реакторов
300
290
272,9
Число реакторов /
Мощность реакторов, ГВт(э)
Число реакторов / Мощность
реакторов, ГВт(э)
400
2/37
50
40
30
1500
1000
500
20
10
0
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
год
ВВЭР-440
РБМК
ВВЭР-1000
БН-600
ВВЭР-ТОИ
ВВЭР-ТОИ (МОКС)
БН-800
БН-1200
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
0
1985
1995
2005
2015
2025
2035
2045
Цены долговременных контрактов
Модельный расчет цен долговременных контрактов, min
Модельный 2022г.
расчет цен долговременных контрактов, ref
9 февраля
Модельный расчет цен долговременных контрактов, max

4.

Сценарии развития, потребления и производства
3/37
Баланс первичных энергоисточников в мире
млн.тонн нефт.эквивалента
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
1930
1950
1970
Нефть
Уголь
Биомасса и Отходы
Атомная Энергия
1990
2010
2030
2050
Газ
Гидроэнергия
Другие Возобновляемые
Неудовлетворенный
спрос
Дорожная
карта из стратегии
технологического развития горнорудного дивизиона
Ресурсы природного урана
Прогноз изменения цен на природный уран
Баланс первичных энергоисточников в мире
ЭНЕРГЕТИКА В ЭКОНОМИКЕ 21 ВЕКА.
Велихов Е.П., Субботин С.А., Цибульский В.Ф.
2500
2000
100
Важно!
90
$/Кг
80
70
60
ГВт
«Мир приближается к
состоянию, когда
дефицит ресурсов
(в первую очередь
энергетических) будет
оказывать доминантное воздействие
на все сферы жизни людей...»
50
1500
потребности растут
1000
40
ресурсы ограничены
500
30
20
10
0
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
год
ВВЭР-440
РБМК
ВВЭР-1000
БН-600
ВВЭР-ТОИ
ВВЭР-ТОИ (МОКС)
БН-800
БН-1200
Установленные мощности
2050
0
1985
1995
2005
2015
2025
2035
2045
Цены долговременных контрактов
Прогноз
на изменения цен
Модельный расчет цен долговременных контрактов, min
на
природный
уран контрактов, ref
Модельный
расчет цен долговременных
Модельный расчет цен долговременных контрактов, max
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
экология важна
идеального решения пока нет!
если оно будет – то не одно ))
9 февраля 2022г.

5.

Какие способы получения энергии мы используем
Вспомним:
…сохранение органических ресурсов планеты для их
неэнергетического использования…
…природоподобные технологии, которые не наносят урон
окружающему миру, а существуют с ним в гармонии…
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
4/37

6.

Атомная энергия и откуда она берется
Атомы состоят из электронной
оболочки и ядра, которое состоит
их протонов и нейтронов.
Высвобождение
энергии
5/37
Падающий
нейтрон
Делящееся
ядро
Цепная
реакция
Падающий
нейтрон
Разрыв ядра
Я́дерная эне́ргия (а́томная эне́ргия) —
энергия, содержащаяся в атомных ядрах
и выделяемая при ядерных реакциях и
радиоактивном распаде.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
Продукты
деления
Важно!
продукты деления
нейтроны
реакция цепная
(самоподдерживающаяся)
9 февраля 2022г.

7.

Страничка истории
6/37
В Евразии первым ядерным
реактором стала установка
Ф-1, заработавшая 25 декабря
1946 года под руководством
И. В. Курчатова
Первый
реактор
Музеи ядерный
Курчатовского
института:
построен
и запущен в декабре
• Дом-музей
академика
1942
года в США
под
И.В. Курчатова,
руководством
Э. Ферми.
• Музей Курчатовского
института,
• Музей первого на
континенте Евразия
уран-графитового
реактора Ф-1.
6
Задача создания реактора
возникла в связи с
созданием ядерного оружия.
Для него было необходимо
подходящее делящееся
вещество (был выбран
плутоний-239). В природе
плутоний не встречается, его
нужно получать искусственно.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

8.

Страничка истории
6/37
Выставка будет открыта до 15 марта 2022 года.
График работы: вторник–воскресенье с 11:00 до 22:00.
Вход бесплатный.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

9.

Проблемы современной энергетики
7/37
Реа́ктор на тепловы́х нейтро́нах — ядерный реактор, использующий для поддержания
цепной ядерной реакции нейтроны тепловой части спектра энергии — «теплового
спектра».
Использование нейтронов теплового спектра выгодно потому, что сечение взаимодействия
ядер 235U с нейтронами, участвующими в цепной реакции, растёт по мере снижения
энергии нейтронов, а ядер 238U остаётся при низких энергиях постоянным.
В результате, самоподдерживающаяся реакция при использовании природного урана, в
котором делящегося изотопа 235U всего 0,7%, невозможна на быстрых нейтронах (спектра
деления) и возможна на медленных (тепловых).
Реактор на быстрых нейтронах — ядерный реактор, в активной
зоне которого нет замедлителей нейтронов и спектр нейтронов
близок к энергии нейтронов деления (~105 эВ). Нейтроны этих
энергий называют быстрыми, отсюда и название этого типа реакторов.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

10.

Проблемы современной энергетики
8/37
MOX-топливо
В замкнутом ЯТЦ
(англ.наMixed-Oxide
радиохимических
fuel) —предприятиях
ядерное топливо,
осуществляется переработка
содержащее
отработанного
несколько
ядерного
видов
топлива
оксидов
(ОЯТ)
делящихся
с целью возврата
материалов.
в цикл невыгоревшего уранаЭволюция
развития
направления
быстрых
реакторов
показала,
что расширенного
В235,
основном
почти всей
термин
массы
применяется
урана-238,для
а также
смесиизотопов
плутония
плутония,
и
образовавшихся
при
воспроизводства
топлива
в быстрых
реакторах
недостаточно,
удовлетворить
природного
работе ядерного
урана.
реактора.
Может применяться
Из
ядерного как
топлива
дополнительное
выделяют
ценные чтобы
компоненты,
которые
потребности
тепловых
реакторов.
топливо
используют
для реакторов
для изготовления
на тепловых
нового
нейтронах.
ядерного горючего.
Однако более
При этом активность
эффективное
отходов, подлежащих
использование
окончательному
в реакторах на
захоронению,
быстрых нейтронах.
минимизируется.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

11.

Говорили в детстве дяди … о каком-то термояде ))
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
9/37

12.

Синтез и деление
10/37
Удельная энергия связи ядер
∆E
∆E
Синтез
Деление
∆ E = ∆m c2
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

13.

Термоядерный синтез
11/37
Синтез (термоядерная реа́кция) — разновидность ядерной реакции,
при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счёт
кинетической энергии их теплового движения.
Водоро́д — первый элемент периодической системы элементов;
обозначается символом H. Название представляет собой
кальку с латинского: лат. Hydrogenium (от др.-греч. ὕδωρ —
«вода» и γεννάω — «рождаю») — «порождающий воду»!
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

14.

Термоядерный синтез – где он есть/и может быть?
15/37
Естественным термоядерным реактором является звезда.
В ней плазма удерживается под действием гравитации, а
излучение поглощается — таким образом, ядро не остывает.
…термоядерный синтез возможен при
одновременном выполнении условий:
• Скорость соударения ядер (соответствует температуре) T > 108 K
• Соблюдение критерия Лоусона: nτ > 1014 см−3·с (для реакции D-T),
где n — плотность высокотемпературной плазмы,
τ — время удержания плазмы в системе.
…этот критерий позволяет оценить баланс тепла в плазме во время
реакции: Если количество энергии, выделившейся в результате
термоядерной реакции, превысит количество затраченной энергии на
ее поджиг и удержание — баланс тепла будет положительным.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

15.

Чем интересен термояд?
16/37
• Неограниченные запасы топлива
• Невозможность «разгона»
(НЕ цепная реакция)
• Наукоемкость
• Экологичность
235U
1г
Стакан воды
Бочка бензина
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
5 литров

16.

Квазистационарные системы - магнитные
Предложение об использовании управляемого термоядерного
синтеза и конкретная схема с использованием термоизоляции
плазмы электрическим полем были впервые сформулированы
советским физиком О.А. Лаврентьевым в середине 1950 года.
1951 год – первая попытка зажигания тороидального разряда
без магнитного поля (с кварцевым тором)
А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм в 1951 году предложили
модифицировать схему, предложив теоретическую основу
термоядерного реактора, где плазма имела бы форму тора и
удерживалась магнитным полем.
Термин «токамак» был придуман позже Игорем
Николаевичем Головиным, учеником академика Курчатова.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
17/37

17.

ТОКАМАК
18/37
Токама́к
(тороидальная
камера с
магнитными
катушками)
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

18.

Термоядерные исследования: немного истории
19/37
Научный и технологический базис следующего шага
Начиная с начала 1970-х годов, когда токамаки, после головокружительных успехов,
стали доминирующим направлением в достижении условий зажигания термоядерной
реакции синтеза, исследования на более чем 100 токамаках в различных странах мира
подготовили необходимый научный и технологический задел для перехода к
сооружению первого экспериментального термоядерного реактора.
Достигнутые значения
по плотности и
температуре плазмы
Энергетическое
время жизни
плазмы
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

19.

ТОКАМАК-реактор ИТЭР
20/37
Дорожная карта ИТЭР (DT-кампания)
Температура,
эквивалентная
100 кэВ,
приблизительно
равна 109 К или
миллиард
1 000 000 000 0С !!!
Температура ионов, кэВ
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

20.

Токамак-реактор…что дальше?
21/37
Миссия проекта:
получение D-T термоядерной реакции в
реакции
синтеза
установкеБезнейтронные
со сверхпроводящей
магнитной
системой, Q > 5 (самоподдерживающаяся
реакция), отработка технологии реакторного
типа, демонстрация получения электрической энергии.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

21.

Токамак-реактор…что дальше?
ИТЭР
22/37
ТЯЭС
ИТЭР – ДЕМО – ТЯЭС
Национальные проекты
РФ-DEMO-С
EU-DEMO
K-DEMO
Slim CS
DEMO-JA
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
CFETR
9 февраля 2022г.
USA ARIES-AT
FNST, ARC

22.

Токамак-реактор…что дальше?
23/37
Нейтронные повреждения
конструкционных
материалов и активация…
Кинетика спада мощности
дозы для ряда основных
химических элементов
металлических
конструкционных
материалов, облученных
нейтронном спектре
ДЕМО-RF,
(флюенс 1·1023 нейтр./см2)
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

23.

…но где же:
24/37
• Электроэнергия
• Утилизация отходов АЭ
• Обеспечение АЭ топливом
а также…их безопасность!
=
!!!
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

24.

Системы Синтез-Деление. Новое или старое?
25/37
Гибридые системы очень быстро (менее чем за 10 лет) вышли на лидирующие позиции
и эффективно решили проблемы в области ядерного оружия.
«Кузькина мать»
Задачи мирного использования (в энергетическом секторе), которые также искали
создатели ядерного оружия, оказались гораздо сложнее!
(65 лет с момента первых испытаний водородной бомбы - оказалось недостаточно)...
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

25.

Системы Синтез-Деление. Какими им быть?
Выход нейтронов:
1018 n/s - позволяет проводить испытания
материалов и компонентов
1019 n/s - контроль подкритических активных сборок
промышленной мощности и трансмутация
1020 n/s – наработка ядерного топлива для тепловых и
быстрых реакторов
26/37
термоядерный
источник
нейтронов
(ТИН)
Основные этапы развития:
уровни мощности синтеза DT
3 МВт (СT),
40 МВт (ДЕМО-ТИН),
500 МВт (ИТЭР)
источник термоядерных
нейтронов
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

26.

Модель замкнутого топливного цикла (для РФ)
Драйверы для разработки мирных систем:
1
Электроэнергия
EE0
2
3
4
5
6
7
8
9
Природный U (гф)
Отвальный U
Работа раздел.
Обог. U ВВЭР
Обог. U РБМК
Выс.обог. U БР
Св.топливо ВВЭР
Св.топливо РБМК
UNA
N04
E02
NE4
NE2
NE6
N22
N23
27/33
Высокая эффективность образования нейтронов в реакциях синтеза
Эффективное деление любого тяжелого металла нейтронами с энергией 14 МэВ
(даже при достигнутых в настоящее время параметрах токамака)
10 МОХ-топл. ВВЭР
MO1
Снижение требований к материалам и мощности синтеза по сравнению с чистым
термоядерным реактором
11
12
13
14
15
16
17
18
Св.топл.БР (U+Np)
Св./рег.MOX-топл. БР
Св.MOX БН с MOX-Pu
Св.топл.БР СНУП
Св.СНУП БР с MOX-Pu
Реген СНУП БР
ОЯТ ВВЭР
ОЯТ РБМК
N29
MO5
OO2
MN7
ON7
MN8
SF1
SF2
Эффективный производитель трития для запуска реакторов синтеза
Замыкание ядерного
топливного цикла
19 ОЯТ МОХ ВВЭР
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
SO1
ОЯТ МОХ БР
ОЯТ БР
Pu энерг.без МА
МА
Рег. U-Pu для MOX ВВЭР
Рег.U-Pu для MXN БР
U-Pu для MXN БР c MOX-Pu
Рег. U-Pu для MOX БН
SO5
SF5
Y10
A10
RO1
RN5
RN7
RO3
U-Pu для MOX БН c MOX-Pu
Частич.перераб.ОЯТ РБМК
Реген. U ТР
Np
U Бланкет ТИН
Бланкет ТИН с МА
Облуч.бланкет ТИН
ВАО
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
RO4
SF7
X10
Np7
BU1
BA1
UF1
W00
9 февраля 2022г.

27.

Термоядерный Источник Нейтронов (ТИН)
28/37
как это работает?
тороидальная
магнитная ловушка
D2
+
T2
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
удержание плазмы
нагрев
заправка
бридинг топлива
9 февраля 2022г.

28.

В чём «гибридность» установки ТИН
29/37
- производство
электроэнергии
- замыкание
топливного цикла
- производство топлива
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
Не
9 февраля 2022г.

29.

Одни во вселенной?
RF FNS roadmap
30/37
"Мысль, переставшая быть спорной,
становится уже неинтересной..."
Program activity on FNS &FFHs
И.Н. Головин
FFHs
FNS
CHINA + more ADS and OS
EAST, CFETR
USA
+ reasonable
FNSF, Kulchinski-FNS
RF
+ high DEMO-FNS
FNS-ST
EU
+ high ENEA
JET, DTT, ST-40
JP
- interests in transmutation
LHD (DD)
IN
- low
interest in FNS-ST
KOREA - interest
KSTAR, DEMO
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

30.

31/37
Из чего состоит? Вакуумная камера, бланкет,
магнитная система
Шахты
перезагрузки
активной зоны
(деления/
трансмутации)
Зона деления/
трансмутации
Зона
воспроизводства
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

31.

Из чего состоит? Первая стенка и дивертор
Super-X
3MA
X-Divertor
5MA
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
32/37

32.

Необходимое условие работы - топливная инжекция
Температура ионов, кэВ
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
33/37

33.

Сердце ТЯР/ГССД – топливный цикл (ТЦ)
Vacuum Vessel
Tritium Plant
T-breeding
~1 hour
PEG
<5%
0.1%
Stack
0.001%
+
D:T
cleanup
D:T
PEG
GIS
pumping
plasma
fueling
PIS
NBI
D:T
T2
processing
D2
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.
34/37

34.

Моделирование потоков изотопов водорода
35/37
Потеря частиц из плазмы:
SNBT+D + Spel T+D + SsepT+D – SfusT+D = SoutT+D
fueling
Важно контролировать изменение изотопного
состава основной плазмы (fcoreT)!
SoutT+D
fcoreT
SsepT+D
fdivT
pump
neutral flux fusion
from divertor
T+D
pncp = Spuff
– SsepT+D + SoutT+D
puff
Spuff T+D = SGIS T+D + Spuff(NB/pel) T+D
Поскольку профили источников
изотопов водорода из-за разных
источников не совпадают, частицы
из этих источников имеют разное
время удерживания.
Баланс частиц в основной плазме
Ncore= Nsep+ SNB·τNB + Spel ·τpel + Ssep τsep – Sfus·τtot
τNB, τpel, τsep, τtot – диффузионные времена удержания
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

35.

Согласованное моделирование потоков в плазме
0,7
·1019
DEMO-FNS
D/ e
0,6
0,5
D/ e
Потоки в системы
топливной инжекции!
0,4
см
0,3
35/37
Зависимости потоков
компонентов топлива в
плазму от состава
газа/плазмы в диверторе
0,2
0,1
0,0
1,5
2,0
2,5
p/ E
3,0
3,5
4,0
Spel ·1019
Spel T
Spel D
8.0
7.0
см
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
6.0
fdiv
Т
9 февраля 2022г.
<ne>

36.

Накопление Трития на установке
1,5
2,0
2,5
3,0
35/37
8,0
T inventory, g
no ELMs
1000
760
пучок
900
800
700
<ne>,
600
ne
D0+T0
7,5
780
7,0
500
1019
m-3
400
300
800
6,5
200
100
0,00
6,0
1,5
2,0
1,5
2,0
τp/τE
2,5
3,0
2,5
3,0
8,0
T inventory, g
no ELMs
D0 пучок
1000
7,5
460
900
800
700
<ne>,
ne
600
480
7,0
500
1019400m-3
300
500
6,5
200
100
0,00
6,0
1,5
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
2,0
τp/τE
2,5
9 февраля 2022г.
3,0

37.

Исследование свойств материалов
35/37
10MeV electrons W
1E-3
Damage level (dpa)
"front"
7e22e/m2
2e22e/m2
7e21e/m2
"back"
1E-4
Ed=90eV
1E-5
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Thickness (mm)
W samples (Goodfellow) exposed to low-flux D plasma at
ion energies 400 eV and temperature of ~350 K
23
D concentration (at.%)
2
undamaged Wg17 ( = 2.2 10 D/m )
23
2
undamaged Wg18 ( = 2.0 10 D/m )
21
2
23
2
10 MeV e-irradiated (7 10 e/m ) Wg5 front ( = 2.2 10 D/m )
21
2
23
2
10 MeV e-irradiated (7 10 e/m ) Wg6 back ( = 2.2 10 D/m )
22
2
23
2
10 MeV e-irradiated (7 10 e/m ) Wg9 front ( = 2.0 10 D/m )
22
2
23
2
10 MeV e-irradiated (7 10 e/m ) Wg10 back ( = 2.0 10 D/m )
0
10
-1
10
-2
10
-3
10
0.0
0.2
1
2
3
4
5
6
7
Depth ( m)
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

38.

35/37
W10-2
W10
W5Re10
W3Re10
W1Re10
Исследование свойств материалов
Retention, D/m
2
1E20
1E19
(M4) Retention
(M3) Retention
(M3+M4+M19+M20) Retention
# Sample
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

39.

Безопасность и системы дистанционного обслуживания 36/37
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

40.

Резюме
37/37
Системы Синтез-Деление могут считаться важным игроком в глобальном развитии
ядерной энергетики
Выполняется Федеральная программа по развитию гибридных систем в РФ
В рамках программы будут разрабатываться технологии, в том числе стационарные,
удержания, воспроизводства трития… а также правовая база ядерного регулирования,
проводиться обучение и подготовка квалифицированного персонала
Развитие гибридных систем Fusion и Fusion-Fission потребует проектирования и
строительства новых объектов (установок), разработки технологий и материалов
нового поколения.
Ядерно-физические требования к системам Fusion-Fission соответствуют
промежуточному диапазону между реакторами чистого синтеза и быстрыми
реакторами деления
Успешное развитие гибридов и технологий Fusion-Fission способно ускорить развитие
современной энергии Fusion и Fission.
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

41.

Прикладные исследования…как побочный продукт
38/37
• Мощные генераторы э/м излучения
Микроэлектроника
Плазмохимические технологии
• Плазмотроны
Конструкционные материалы
• Плазменные ракетные двигатели
Лазерные технологии
• Ионная имплантация
Источники излучений
• Новые материалы
Плазменные дисплеи
• Импульсная магнитная сварка
Компьютерные технологии
• Плазмохимия и водородная энергетика
Медицинские технологии
• и др…
Экологические технологии
Переработка отходов, очистка воды и продуктов
Мировое годовое производство > 300 млрд USD
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

42.

«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.

43.

Мифы и реальность…
39/37

44.

Мюонный катализ
40/37
В настоящее время не
Мюо
c ́ лиз - процесс
́ нный-6 ката
µ 1,2·10
После образования мезомолекул
может быть
облегчающий
слияниеDDμ,
ядер,DTμ и TTμ чрезвычайно быстро,
использована в
происходящий при участии
−9 — 10−12 с,
за
время
τ
порядка
10
d
термоядерном синтезе так
t
отрицательно
заряжённых
мюонов.
происходит слияние их ядер за
как невыгодна из-за
счет сильного взаимодействия.
высоких энергетических
Реакция синтеза
проходит
при относительно низкой
mµ 207m
e
затрат на получение
температуре в отличие от классического синтеза.
Экспериментально удалось получить
мюонов.
Сущность
процесса
состоит
в
следующем:
значения Xc ~100, то есть один мюон
отрицательно
заряженный
мюон (нестабильная частица), попадая в смесь изотопов
способен высвободить
энергию
водорода,
там
мезоатомы — атомы, в которых электрон заменён мюоном.
~ 100 × 14образует
МэВ = 1,4
ГэВ.
Поскольку
примерно
207 раз тяжелее электрона, то размеры мезомолекул во
Однако эта мюон
величина
все жевменьше,
столько
же раз меньше
размеров
чем энергетические
затраты
на молекулярных ионов (при обычных температурах).
производство
самого мюона
на
На такое же расстояние
сближаются
ядра изотопов водорода при кинетической энергии
ускорителе
ГэВ). ~30 миллионам градусов.
~3 кэВ, что (5—10
соответствует
«Ядерные технологии - наука для школы» Ананьев С.С. Реакторы синтеза-деления»
9 февраля 2022г.