Mümkün olan en küçük kontrollü zincir reaksiyon bazlı nükleer fisyon reaktörü?

3

Bence, suyla soğutulmuş ve ılımlı olarak yönetilen californium-242 (veya en azından silah sınıfı U-235) kullanan bir reaktör olabilir.

Temel olarak, bir atom bombasına benziyordu, ama - tabii ki - denge halinin etrafında kalmak için optimize edilmiş olacaktı.

Sonuç muhtemelen çok güçlü bir nötron kaynağıydı.

Özellikle uzay uygulamalarında çeşitli şeyler için kullanılabileceğini düşünüyorum.

Bununla ilgili herhangi bir maliyet / boyut tahmini yapılmış mı?

nuclear-technology

— Peterh
kaynak

İmplant nükleer batarya için google aramanın size bazı ilginç sonuçlar sağlayacağına inanıyorum . Radyoizotopların doğal çürümesine bağlı olarak altı inç boyutlu piller; Zorunlu fisyona bağlı değillerdir, ancak yine de onları nükleer reaktörler olarak sınıflandırabilirsiniz ...

— SF.

@SF. Bu soru, yönetilen, zincir-reaksiyon bazlı reaktörleri hedef aldı (çünkü sadece kontrol edilebilirler ve güç yoğunlukları da çok daha iyi). Belki de yeterince net değildim? Mutlu bir şekilde soruyu açıklığa kavuşturur / açıklardım.

— Peter

bu yüzden bir cevap olarak değil, bir yorum olarak gönderdim; Evet, bu zincirleme reaksiyona dayalı bir reaktör değil, yine de, eğer aşırı minyatürizasyon sizin hedefiniz ise, bu araştırma için daha iyi bir yol olabilir.

— SF.

Nükleer pilleri sayarsanız, en küçük olanı en küçük tipte tek bir dengesiz atom olacaktır, bu yüzden tek bir trityum atomu olacaktır. Ancak bu çok kullanışlı olmayacak.

— JanKanis

7

RM-1 Rus denizaltı reaktörü bir metreküpten daha az bir çekirdeğe sahipti. % 90 zenginleştirilmiş (yani 90 kg) Uranium 235 olan yaklaşık 100 kg yakıt yüküne sahipti. Bu, sıvı metal soğutmalı [özellikle bir "ötektik kurşun-bizmut alaşımı (ağırlıkça% 44.5 kurşun, ağırlıkça% 55.5 bizmut)" "- kaynağında olduğu gibi , s40], bir moderatöre gerek yoktu.

Denizaltı 901 sağ kurulu reaktöründe sadece 30.6 kg Uranyum 235; bu% 20 oranında zenginleşmiştir, yani toplam 153 kg yakıt yükü.

Bunlar kontrol edilebilir zincir reaksiyonlu reaktörlerdi.

Kaynak:

NKS-138 Deniz Uygulamaları için Rus Nükleer Santralleri
Ole Reistad, Norveç Radyasyon Koruma Kurumu, Norveç
Povl L. Ølgaard, Risø Ulusal Laboratuvarı, Danimarka
Nordic Nükleer Güvenlik Araştırmaları tarafından
yayımlandı , Nisan 2006 ISBN: 87-7893-200-9
http: / /www.nks.org/scripts/getdocument.php?file=111010111120029

— EnergyNumbers
kaynak

Teşekkür ederim! Biliyor musun, nasıl yönetiliyorlar? Ağır su ile?

— Peter

Peter Horvath hmm, görünüşe göre bazı Rus deniz reaktörleri su kiplendi, ancak sıvı metal soğutmalı olanların (örneğin RM-1) denetleyicilere ihtiyacı yok; Yine de kontrol edilebilir uygun yetişkin reaktörlerdir. Denetleme sizin için bir fırsat kırıcı mıdır, yoksa sıvı-metal soğutmalı olanlar da iyi mi?

— EnergyNumbers

2

Radyoizotop termoelektrik jeneratörler , uzayda aylarca hem güneş misyonlarının hem de güneş pillerinin pratik olmayacağı derin uzay problarında kullanılmıştır.

— Dave Tweed
kaynak

4

RTG'ler fisyon reaktörleri değildir; İzotopların çürümesinden ısı alırken, izotopların kendilerini fizyonize etmemelerini sağlar.

— HDE 226868,

1

@ HDE226868: Lütfen "çürümenin" nasıl "fisyon" olmadığını açıklayın. Bir bombada kullandığınız kontrolsüz zincir reaksiyonu veya büyük bir karasal jeneratörde kullandığınız dikkatlice kontrol edilen zincirleme reaksiyon değil. Ama yine de bölünme - bir kısmı kendiliğinden ve bir kısmı nötronlar tarafından tetiklendi.

— Dave Tweed

3

@DaveTweed - Kendiliğinden fisyon var, haklısın. Ancak bu radyoizotop termoelektrik jeneratörlerinde fisyon demeyeceğim (ideal olarak) esas olarak alfa bozunumu var.

— John HK,

RTG tamam değil, kontrol edilemez ve güç yoğunlukları kötü. Neyse, cevabınız bilgilendirici oldu.

— Peter

1

Bu kısmen bir terminoloji meselesidir ancak "fisyon reaktörü" genel olarak kritik fisyon reaktörü anlamına gelir , yani reaktörün kritikliğe ulaşması gerekir .

— Fizz

2

Büyük ölçüde yakıtın kritik kütlesine - yani kontrollü ve sürekli bir reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli olan en az yakıt miktarına - bağlıdır . Bu, genellikle on kilo kadardır, ancak tasarımın diğer yönlerine göre değişebilir (örneğin, bu makaleye bakın ). Wikipedia sayfası ayrıca, birkaç farklı izotopun kritik kütlesini (ve kritik kütlenin kendisini) içeren bir kürenin büyüklüğünün çeşitli kaynaklarından güzel bir özete sahiptir. Çaplar 6,9 santimetre ile 30-35 santimetre arasındadır. $^{238}\text{Pu}$

DOE, füzyon reaktörlerinin büyüklüğü hakkında bir sayfaya sahiptir ; Uzman yanıtlarından biri fisyon reaktörlerinden bahseder ve kritik kütlenin çok düşük olabileceğini kabul ederken,

Bir fisyon reaksiyonu için tipik bir kritik kütle birkaç kilogram olacaktır. Etraftaki herkesi kızartmamak için gereken koruma olmasaydı, bu çok taşınabilir olurdu. Ayrıca, üretilen ısıyı kullanmak için soğutma ve ısı eşanjörlerine ihtiyacınız vardır. Hem füzyon hem de fisyon reaktörleri, birincil enerji üretim metodu olarak ısı ortaya koydu.

Tükenmiş Kafatası günlüğü ilk nükleer reaktör, belirtiyor CP-1 , şimdiye kadar gerçekten küçük oldu. Nükleer moderatör olarak kullanılmak üzere 40 ton uranyum ve 400 ton grafit kullanıldı. Bu grafit, bu çizim gibi bir yapı oluşturan 45.000 bloktan oluşmuştur : CP-1

Moderatör olarak grafit gibi bir malzemeye ihtiyacınız var ve önemli miktarlarda olması gerekir. CP-1 mümkün olan en küçük miktarı kullandı ve sadece az miktarda enerji üretti. Yani, aslında önemli miktarda enerji üretmek istiyorsanız, 450 tonun altına düşmeyeceksiniz.

— HDE 226868
kaynak

"Kritik kütle" kavramı sadece kendi kendine devam eden zincirleme reaksiyonlarla ilgilidir. Bu, bölünebilir malzemelerin kullanılabileceği tek yol değildir.

— Dave Tweed

2

CP-1 hakkında tam olarak neyi gösterdiğinizden emin değilim, ama bunun şimdiye kadarki en küçük olduğundan şüpheliyim. Bir denizaltı motorunun çekirdek tasarımına dayanan küçük bir 10kW araştırma reaktörü kullandım. Tüm bunlar resimde gösterilenden daha büyük değildi. Ayrıca, büyüklüklerin çoğu, güvenlik nedeniyle nötron sızıntısını azaltmak için, fazladan bir suya ayrılmıştı;

— Dan

0

Neredeyse kritik bir bölünebilir malzeme küresi yapacaktı. Nötron yansımasını arttırmak veya azaltmak için döndürülebilen bazı nötron yansıtıcı maddeler ekleyin. Veya reaktiviteyi kontrol etmek için birbirine yakın veya daha uzak bir yere taşınan kritik bir kürenin iki yarısına sahip olabilirsiniz.

Eğer reaktör hızlı nötronlar üzerinde çalışıyorsa bir moderatör gerekli değildir , termal (yavaş) nötron reaktörleri kullanımı daha kolay / daha ucuz ve daha fazla proliferasyona dirençlidir.

Sadece düşük güç seviyesinde çalıştırıyorsanız, çok fazla soğutmaya ihtiyacınız olmaz (reaktör muhtemelen çok faydalı olmaz).

En büyük kütle koruması ekranlama olacaktır. Bunu umursamadığınız sürece, iyisinizdir (ve sorunuzda sizden bahsetmiyorsunuz). Nükleer motorlu araçlar , uçaklar ve trenler hakkında araştırmalar yapıldı, ancak bu tür uygulamalar için ekranın boyutu ve ağırlığı temel teknik sorun oldu.

Nükleer reaksiyonların çıktısı ısıdır, eğer onu elektriğe veya daha faydalı bir enerji türüne dönüştürmek istiyorsanız, (sıcaklığa bağlı olarak) ısı girişinin% 75'ini boşaltması gereken bir tür ısı motoruna ihtiyacınız olacaktır. düşük sıcaklıkta atık ısı. Yani bunun için bir çeşit soğutucuya ihtiyacınız olacak. Fakat yine de bu sorunun bir parçası değil.

— JanKanis
kaynak