Ядерный реактор – дома с нуля / Хабр

Ядерный реактор – дома с нуля

Некоторое время назад я публиковал статью о самодельных микропроцессорах, сегодня же мы затронем более сложную и щекотливую тему (особенно в свете событий на Фокусиме) – создание ядерного реактора, способного генерировать энергию в домашних условиях. И перед тем как вы начнете волноваться, вспоминая о негативных опытах в прошлом (см. Радиоактивный бойскаут – наковырявший прилично амерция-241 из детекторов дыма) заранее скажу, что все что описано в этой статье – относительно безопасно (по крайней мере не опаснее работы с фтороводородной кислотой дома), но крайне не рекомендуется к повторению. Перед любыми действиями проконсультируйтесь со своим адвокатом — законы разные в разных странах. Много кто уже сидит.

Какие у нас есть пути создания домашнего ядерного реактора?

Термоядерная реакция

Тяжелый водород (дейтрий) относительно несложно получить и в домашних условиях — всего то нужен многостадийный электролиз обычной воды. Но вот с реактором до сих проблемы даже у ученых, и не первый десяток лет (и это не учитывая, что дейтрий — далеко не самое легкое в использовании термоядерное топливо)

Ядерная реакция деления

В простейшем случае — нужен просто природный уран без обогащения и немного воды (хехе, «Просто добавь воды»: вода — и замедлитель, и отражатель нейтронов). Проблема в том, что надо этого добра сотни тонн, и за вами точно придет доктор, даже если вы 0.1 грамма попробуете найти / купить / унести. Тут в унынии нам остается обратить взоры в небо, и посмотреть на чем летают межпланетные корабли — там просто кусок радиоактивного материала, который за счет естественного распада нагревается, и элементами пельтье получают энергию. (Кстати естественный распад — собственно главная физическая причина всех бед на Фокусиме — после остановки ядерного реактора в первые минуты за счет распада выделяется 7% номинальной мощности, в первые недели — ~1%, затем падает до 0.1%. Т.е. от 700МВт реактора в первые недели надо отводить 7МВт тепла, и этот процесс не остановить)
Попробуем подумать в этом направлении: Есть 3 основных вида радиоактивного распада:

Гамма-распад

Источники гамма излучения широко используются в медицине и промышленности, в основном на основе Кобальта-60/Цезия-137 (печально известного по ядерным катастрофам). Проблема в том, что излучение их очень жесткое, крайне опасное, и от него и сантиметром свинца не защититься (см. веселое свечение Вавилова-Черенкова справа — выбитые гамма-квантами электроны, движущиеся в воде со сверхсветовой скоростью излучают энергию в видимом диапазоне). Так что обходим их стороной как можно дальше. Ну и кроме того, за нелегальную сбыт/покупку гамма-источников каждый год садится куча людей PS. Справедливости ради стоит заметить, что гамма-квант в данных случаях выделяется не непосредственно, а в результате распада одного из дочерних короткоживущих элементов.

Альфа-распад

Источники альфа-излучения активно применяются в детекторах дыма, для облегчения зажигания искры, в некоторых радиолампах. Один из наиболее известных — упомянутый в начале Америций-241. От альфа-излучения легко защититься даже листком бумаги, но с ними другая опасность: они чрезвычайно опасны если их вдохнуть/проглотить. См. миф об отравлении Кровавой Гэбней Литвиненко. Кроме того, наковырять количества больше микрограммов нереально, потому о термоэлектрических генераторах придется забыть. А жаль — ведь на основе альфа-распада работают наиболее эффективные генераторы энергии. Самый лучший — Плутоний-238 (Не путать с 239) — отдает 0.5 Ватта тепла на 1 грамм массы, полураспад 87 лет (цена — 1 мегабакс за кило).

Бета-распад

Источники мягкого бета-излучения (в сущности, электроны/позитроны) умеренно хорошо экранируются, и обладают чертовски полезным качеством: при попадании электрона в люминофор можно вызвать его свечение. Ну и как побочный эффект — в большинстве стран мира «безопасные» бета-излучатели достаточно легальны. Чем и пользуются изготовители всяких светящихся брелков, как на первой фотографии. Пожалуй, на основе бэта-распада мы и будем строить свой ядерный реактор.
Основа нашего реактора — капсула с тритием, с небезызвестного сайта DealExtreme — www.dealextreme.com/p/mini-tritium-glowring-keychain-10-year-green-glow-6830. 9.7$. Формально радиоактивные материалы так просто почтой слать нельзя, но DealExtreme про это видимо не знает.

О безопасности

Мягкое бета-излучение за пределы капсулы выйти не может, гелий не радиоактивен. Проблема может быть лишь в случае повреждения капсулы. Если тритий вдохнуть — то заражение будет минимальным, т.к. водород напрямую организмом не усваивается. Но если он сгорит, то вода может стать частью клеток, и тогда вы получите всё облучение, которое может только выжать этот микроскопический кусочек трития. Так что, не ломайте, не сжигайте и не вдыхайте то что получилось.
Итак, Тритий — сверхтяжелый водород, период полураспада 12.32 года. На выходе имеем гелий и очень «мягкие» электроны — 6.5кЭв (+антинейтрино, для ценителей). Энергию будем собирать солнечной батареей, подавать на вход Step-Up стабилизатора MCP1640 — работает до десятых вольта на входе, на выходе — ионистор на 1 Фарад и 5В. В нашем случае нагрузкой будет красный светодиод.

Для того, чтобы собрать как можно больше света, нашу капсулу с тритием помещаем в отражатель из фольги.

Для фокусировки используем 2 линзы по 10 диоптрий, видна солнечная батарея до приклеивания, капсула не установлена. Подключаем, выключаем свет, ждем минуту для первоначального заряда ионистора, и вот результат:

Первая электроэнергия, произведенная ядерным реактором, созданным в домашних условиях

Халява?

О нет В среднем реактор выдает мощность около 7 милливатт (а через 12.32 года будет 3.5 ), и хоть для светодиода этого достаточно, ноутбук от него не зарядить ) Но с другой стороны, десяток таких модулей вполне сможет держать сотовый телефон в режиме ожидания пару десятков лет Правда цена… Капсула стоит 9.7$, солнечная батарея 5$, линзы 13.8$*2 — уже 42$ за модуль. А за десяток придется отдать 420$… С другой стороны — на сайте есть капсулы побольше — но за 35.
Комментарии/вопросы/мнения — в студию.

UPDATE:

Товарищи, поднимаем перевод на английский на Reddit https://www.reddit.com/r/technology/comments/ggg43/guys_ive_just_built_tiny_nuclear_reactor_at_home/

Как появляется биогаз

Принцип работы биогазовой установки заключается в получении горючей субстанции из органических остатков. Газ выделяется при медленном брожении биологических продуктов: навоза, сухой листвы, ботвы, соломы. В результате образуется химическая реакция, в ходе которой получают гидролизные, кислотные и метанообразующие организмы. Они в процессе своей деятельности выделяют горючую жидкость. Согласно научным данным в её составе отмечают большой объём метана.

По эксплуатационным свойствам он ничем не уступает природному газу, который предназначается для бытового и промышленного использования. Биогаз относят к экологически чистому топливу. Способы его получения не наносят вреда для окружающей среды.

Для его производства применяют биоотходы, которые подвергаются ежедневной утилизации. Продукты для брожения помещается в специальный герметичный реактор, где происходят следующие изменения:

В течение нескольких недель биологические отходы подвергаются процессу брожения. Бактерии постепенно разрушают органическую структуру;
В процессе жизнедеятельности анаэробных бактерий образуется смесь из горючих газов. Она состоит из метана, углекислого и других видов газов. Помимо этого в минимальных количествах выделяется сероводород, который опасен для живых организмов. При вдыхании небольшого объёма опасной смеси проявляются признаки отравления и интоксикации;
После этого смесь из горючих газов подвергается очищению. Объём жидкости направляется в газгольдер. Здесь она будет храниться длительное время;
Готовый газ можно применять для бытовых и промышленных назначений. Его можно применять для отопления помещений, приготовления пищи;
Полностью разложившиеся биологические остатки важно вовремя удалять из биореактора. Поставки сырья и продукты брожения используют для удобрения полей и огородов.

Применение биогазовой установки для дома рентабельно в том случае, если рядом находится животноводческая ферма. Таким образом для пополнения герметичной емкости будет организован необходимый объём биологических материалов.

По подсчетам специалистов из 1 кубического метра органического субстрата можно образовать 90 кубических метров горючей жидкости.

Для регулярного производства биологического газа рекомендуют соорудить несколько конструкций биореакторов, в которые будут укладывать органические ферментаторы с небольшой разницей. Таким образом удаётся организовать бесперебойную подачу органического горючего к бытовым приборам и системе отопления.

В чём преимущества и недостатки такой системы

Современные модели биогазовых установок имеют достаточно преимуществ. Профессиональные эксперты выделяют несколько существенных недостатков подобных сооружений для домашнего использования. Перед началом сооружения такого оборудования необходимо взвесить все плюсы и минусы.

Положительные качества заключается в следующем:

Быстрая утилизация органических отходов. Устройство биогазовой установки позволяет извлечь качественный продукт от ненужного мусора, который необходимо вовремя утилизировать. Органическая ферментация в биореакторе не опасна для природных ресурсов;
Безотходное производство. Органические элементы не истощают запасы окружающей среды. Остатки перебродившей биомассы можно использовать в качестве хорошего удобрения;
При брожении выделяется небольшое количество углекислого газа. Он никак не влияет на состояние окружающей среды. Производные CO2 не изменяют экологию;
Минимальное количество серы при использовании. В процессе горения биогаз выделяет малое количество производных серы в отличие от природного газа, при горении которого выделяется 40% токсических соединений;
Бесперебойная подача топлива. Учёные утверждают, что по эксплуатационным качествам солнечные батареи уступают в работоспособности данной конструкции. На самом деле управлять солнечной и ветряной энергией практически невозможно. Объёмы биогаза напрямую зависят от жизнедеятельности человека;
Возможность использования нескольких конструкций одновременно. При правильном проектировании и сборке удаётся создать уникальное оборудование по добыче бесплатного газа;
Хорошая финансовая выгода. Регулярная выработка энергетического сырья не потребует больших затрат. Источником ферментации может стать абсолютно любой мусор на основе органического сырья.

К тому же регулярное употребление биологического газа позволяет существенно сэкономить финансовые затраты на отопление жилища в холодное время года.

Джетпак

Согласно легенде о «Железном человеке», герой может летать благодаря мощным струям энергии, бьющим из стоп его обуви. Они перемещают его по воздуху, без опасности самовозгорания ног и без необходимости носить высокие каблуки, которые сделали бы героя похожим на представителя глэм-рока. Однако в нашем мире нет никаких струйных сапог, которые помогут вам взлететь, зато есть кое-что другое: личный джетпак. Реактивный ранец.
Персональные джетпаки появились уже давно. Первый образец появился в 1919 году в России, его создателем стал изобретатель Александр Федорович Андреев, но только в 1960 году первый джетпак был представлен публике. К сожалению, высокая стоимость и небольшое время в полете означало, что ажиотаж вокруг изобретения быстро исчезнет.

Но мечта живет. Новозеландская компания Martin Aircraft разработала Martin Jetpack, персональный реактивный ранец с бензиновым двигателем, который может находиться в воздухе до 30 минут за 1 раз. Он предназначен для потребительского рынка. По некоторым оценкам, цена его составляет около 1 миллиона долларов, и это минимум. Но никто не спорит с тем, что все инициативы дорого обходятся настоящему Тони Старку.

magSpace.ru

Открытая регистрация

Очумелые ручки

Прямой эфир

Лучшие по рейтингу

Блоги

Приколы и юмор179367.98
Интересное143442.27
Неизвестное98305.46
И снова НОВОСТИ93635.13
proИгры69492.58

J.A.R.V.I.S.

Умные дома всегда были заманчивой идеей для любителей фантастики. Однако с достижениями в области беспроводных сетей, а также анализа данных и искусственного интеллекта, системы вроде J.A.R.V.I.S. скорым ходом приближаются к научной реальности.
По словам Даяны Кук из Вашингтонской университетской школы компьютерных наук и электротехники, ключом к разумному жилищу будет вездесущий интеллект, способный искать и интерпретировать информацию, а также автономно действовать согласно алгоритмам. Некоторые из подобных систем уже работают в вашем доме. Кондиционеры могут автоматически настраивать температуру, холодильники — автоматически размораживаться. И так далее.

Хотя «Джарвис» является ассистентом в лаборатории Старка, исследования Кук в области разумных домов сосредоточены на другом: она изучает, как подвижный интеллект сможет помочь пенсионерам жить дольше, не привлекая к этому сторонних людей.

Компьютеры, управляемые силой мысли

Если факт того, что Тони Старк контролирует весь костюм высокотехнологичной брони силой мысли, кажется вам совершенно невозможным, как же вас удивит то, что уже сейчас существуют технологии, с помощью которых можно контролировать компьютерную систему одной лишь силой мысли.
В лаборатории по разработке перспективных технологий совместно с Рузбехом Джафари, доцентом кафедры электротехники в Техасском университете, разработана экспериментальная система, которая позволяет управлять, к примеру, планшетом Samsung Galaxy без сенсорных или голосовых команд. Все построено на том, куда вы смотрите и на чем сосредоточились.

Следует признать, что технология еще не достигла той стадии, когда можно написать элементарное сообщение подобным методом, не говоря уж о контроле над сложной военной машиной. Пока выбор пользователя ограничен скудным меню. Но это только начало.

Можно ли создать атомный реактор в домашних условиях?