Управляемый термоядерный синтез

[pkl]

Скажите, перечисленные изотопы стабильны?

Те, с которых начинаются и которыми заканчиваются строчки - стабильны.
Ну, точнее, Re-187 радиоактивен, но это - основной природный изотоп рения, и радиоактивность этому никак не мешает, т.к. у него период полураспада в разы больше возраста вселенной.

Промежуточные изотопы в строчках - радиоактивны, и именно поэтому вся цепочка превращений становится возможной.

Читал в Википедии про родий и вот что прочитал:

Из-за очень ограниченного объёма добываемого природного родия рассматривается вариант выделения его стабильного изотопа из отработавшего ядерного топлива (ОЯП), на 1 тонну которого можно получить до 2 кг рутения, около 1,5 кг палладия и около 0,5 кг родия^[30]. Около 400 ядерных реакторов каждый год вырабатывают около 10 000 т отработавшего ядерного топлива. Значительные запасы ОЯП по всему миру (около 300 000 т) являются потенциальным источником редкоземельных металлов и металлов платиновой группы. Из одних только ядерных отходов АЭС Франции можно было бы извлекать до 750 кг родия в год^[31].

Но я с этой идеей встречался и раньше. Дело за малым: научиться "чистить" получаемые металлы от высокорадиоактивных изотопов, чтобы они не слишком фонили. Конечно, для ювелирных изделий такие металлы не годятся, но в качестве катализаторов... допустим, та же платина для получения водорода электролизом... почему бы и нет?

[pkl]

В Штатах уже минимум лет 25 размахивают флагом высокотемпературных ядерных реакторов по программе Generation IV. Идея в том, что при высокой температуре на поверхности циркония (материал трубок ТВЭЛов) бурно идёт реакция разложения молекул воды. Так и называется - пароциркониевая реакция

Пароциркониевая реакция - это Zr + 2H₂O -> ZrO₂ + 2H₂ - реакция коррозии циркония! Т.е. ни про какое промышленное производство водорода таким образом речи не может идти и близко. Реакция неприемлема даже при строго контролируемой скорости: её суть в уничтожении оболочек ТВЭЛов!

Производить водород на АЭС предлагают за счёт высокотемпературного электролиза, т.е. когда воду разлагают электричеством при высокой температуре, когда она разлагается при меньшем вкладе именно электрической энергии. Ну и есть некоторые наработки про чисто термическому разложению воды, но никак не на цирконии, а на специальных, стойких к воде при высокой температуре, поверхностях, например на специальных углеродных структурах:
https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc270782/

Речь об этом:

Твердооксидные электролизеры (SOEC)

SOEC работают при высоких температурах (700-1000°C) и используют твердый керамический электролит. Эта технология показывает наивысшую эффективность, но находится на стадии коммерциализации.

https://inner.su/articles/sovremennye-elektrolizery-vody-tekhnologii-i-effektivnost-proizvodstva/
? Кпд обещают аж до 95%. Австралийцы утверждают, что добились в лабораторных условиях 98%. Практически без потерь энергии!

А какие там материалы нужны? Редкозёмы всякие или достаточно общераспространённых материалов?

Просто от ядерного реактора получить такую температуру, в принципе, не проблема, такие температуры можно достичь, используя свинцовый /БРЕСТ/ и даже натриевый теплоноситель /БН/, температура кипения натрия - 883^о С. От термоядерного реактора и подавно!

Нашёл презентацию:
http://www.issp.ac.ru/kafedra/dir/Agarkov.pdf

ЗАО «НеоХим» (А.Е. Досовицкий) разработана технология получения порошков стабилизированного оксида циркония с помощью аммиачного гидролиза растворов, содержащих цирконий, скандий и иттрий. Разработанная технология позволяет получать порошки составов 10Sc1YSZ, 10Sc1CeSZ, 6ScSZ в промышленных масштабах.

В общем, и там нужны редкоземельные элементы!

[vlad7308]

Кпд обещают аж до 95%. Австралийцы утверждают, что добились в лабораторных условиях 98%. Практически без потерь энергии!

А это именно "тот"  КПД? Или "от теоретически возможного"?

[ExDi]

Кпд обещают аж до 95%. Австралийцы утверждают, что добились в лабораторных условиях 98%. Практически без потерь энергии!

А это именно "тот"  КПД? Или "от теоретически возможного"?

а какой "именно тот"? для электролиза в качестве параметра эффективности обычно рассматривают соотношение между теоретически потребным для разложения и реально затрачиваемым количеством электроэнергии; существенная обусловленная собственно химизмом процесса разница возникает из-за т.н. перенапряжения разложения, превышения напряжения на электролизере над теоретически, термодинамически требуемым для протекания реакции. перенапряжение выделения водорода на платине невелико, а вот на аноде кислород выделяется обычно с существенным перенапряжением - плюс пассивирует его; эффективные и устойчивые электрокаталитические кислородные аноды - горячая тема

[cross-track]

а какой "именно тот"?

Меня в свое время (когда я заучивал химию) интересовал вопрос:

 Почему спирт горит, а вода не горит?

Потом я в этом вроде разобрался, но до сих пор это вызывает непроизвольное сопротивление)

[pkl]

Подумалось: если эти нейтроны так нужны, может, основным применением термоядерных установок будет их генерация? Допустим, для облучения урана и тория и наработки делящихся изотопов, которые потом будут сжигаться в обычных АЭС? Тогда термоядерных реакторов понадобится не так уж много. Это могло бы существенно ослабить потребность во всех этих ниобии и бериллии, просто потому, что самих термоядерных реакторов потребуется меньше, заодно, возможно, сделало бы экономически целесообразной добычу урана из морской воды и гранитов.

В таком случае возможная энергосистема вокруг УТС может выглядеть как-то так:

термоядерная установка:                                        ядерная энергетика:    прочие области применения:
нейтроны -> изотопы, в т.ч. топливо для АЭС ----> разделение------> прочие изотопы
^          -->тепло + электроэнергия<------------ядерные реакторы---------> |
|                        водород -----> аммиак, метан, металлы и т.д.                      V
|    медицина, катализаторы и т.п.<-------------------------------------------
<--сжигание в термоядерном реакторе <-------неиспользуемые изотопы<------

Короче, сейчас УТС мне видится не как самостоятельная отрасль энергетики ядерно-термоядерная, а как вершина технологической пирамиды, дополняющая ядерную энергетику и промышленность на её основе. Или её ядро.

[vlad7308]

Кпд обещают аж до 95%. Австралийцы утверждают, что добились в лабораторных условиях 98%. Практически без потерь энергии!

А это именно "тот"  КПД? Или "от теоретически возможного"?

а какой "именно тот"?

Я имел ввиду - по отношению к удельной теплоте сгорания\разложения.

Я просто уже неоднократно натыкался на похожие сообщения например в контексте тепловых машин. Типа "мы добились невероятной эффективности в 82%!". Ух-ты, думаешь, данунафиг?! А потом выясняется, что это - относительно КПД цикла Карно

В отношении же электролиза воды - мне смутно помнится (возможно я не прав), что у этого процесса есть теоретически предельный КПД, сильно не дотягивающий до этих самых 95% (в мало-мальски реалистичных условиях. Тот же Карно конечно может дать 100% - при Тх = 0    )

[vlad7308]

Почему спирт горит, а вода не горит?

Так она уже сгорела 

[vlad7308]

Допустим, для облучения урана и тория и наработки делящихся изотопов

Т.н. гибридные реакторы. Довольно старая идея. Вероятность сыграть - ненулевая. Но имхо невысокая.

заодно, возможно, сделало бы экономически целесообразной добычу урана из морской воды и гранитов.

Урана и тория, пригодных для сжигания в нейтронном потоке, просто невообразимое количество, и не стоит оно практически ничего. Уже лежит в отвалах, "наливай да пей". Незачем их добывать из воды.

[cross-track]

Почему спирт горит, а вода не горит?

Так она уже сгорела 

Ну да, атомы в спирте слабо связаны, а после сгорания атомы продуктов сгорания (углекислый газ и вода) связаны очень сильно - как в молекуле углекислого газа, так и в молекуле воды, и при образовании этих сильных связей выделяется много энергии. А атомы воды в молекуле воды связаны очень сильно (как это уже отмечалось для продуктов распада спирта), и связать их еще сильнее, чтобы при этом выделилась энергия, не получается.

[vlad7308]

атомы воды в молекуле воды связаны очень сильно (как это уже отмечалось для продуктов распада спирта), и связать их еще сильнее, чтобы при этом выделилась энергия, не получается.

2Н + 2n -> Не² ? 

ЗЫ атомы воды - это прекрасно )
Первоэлемент же!

[cross-track]

атомы воды в молекуле воды связаны очень сильно (как это уже отмечалось для продуктов распада спирта), и связать их еще сильнее, чтобы при этом выделилась энергия, не получается.

2Н + 2n -> Не² ? 
ЗЫ атомы воды - это прекрасно )
Первоэлемент же!

Я даже исправлять не буду!)

[ExDi]

В отношении же электролиза воды - мне смутно помнится (возможно я не прав), что у этого процесса есть теоретически предельный КПД, сильно не дотягивающий до этих самых 95%

электричество - высокопотенциальная энергия, не тепловая; потенциал разложения непосредственно связан с энергией гиббса реакции, фактически ей синонимичен (dG=-nFE)  и в условиях равновесного (бесконечно медленного) протекания теоретически возможен 100% кпд. Для протекания с достаточной скоростью  напряжение естественно должно быть выше - но это не главная проблема, там экспоненциальная зависимость скорости от напряжения, уравнение таффеля; главная - реакция обычно протекает сложнее чем стехиометрическое уравнение, через промежуточные стадии и продукты; например, схематично - O2- + 2e = O, 2O= O2, на образование двух атомов кислорода тратится больше энергии  чем нужно на молекулу O2 - и она потом бесполезно диссипирует при рекомбинации атомов, что эквивалентно росту требуемого перенапряжения. поэтому электрод должен не только уметь передавать электроны, но и служить катализатором, например за счет сорбции снижать энергию образования свободных атомов  и соответственно потери при рекомбинации. платина с атомами водорода это делает очень хорошо, а с кислородом существенно хуже, перенапряжение кислорода на платине около полувольта, поэтому пытаются получать и модифицировать поверхности так чтобы они были "роднее" кислороду, сохраняя пои этом проводимость, - т.е. ищут материалы с хорошими электрокаталитическими свойствами. работа при высокой температуре может это облегчить за счет применения в качестве покрытия электрода оксидных и подобных композиций, приобретающих при этих температурах достаточную электропроводность.

[ExDi]

ЗЫ атомы воды - это прекрасно )

если интерпретировать "атомы воды" как "атомы из которых состоит вода" - то ничего криминального, чисто языковый нюанс ; )

[vlad7308]

реакция обычно протекает сложнее чем стехиометрическое уравнение, через промежуточные стадии и продукты; например, схематично - O2- + 2e = O, 2O= O2, на образование двух атомов кислорода тратится больше энергии  чем нужно на молекулу O2 - и она потом бесполезно диссипирует при рекомбинации атомов

Вот, точно. И с водородом поди похожая цепочка, вряд-ли из H₂O сразу получается H₂, наверно тоже через Н и ОН сначала. А в результате и вода, и продукты весьма ощутимо (и бесполезно) нагреваются в процессе.
Вопрос - достижим ли практически КПД электролиза 95% ? А теоретически?

[SONY]

Подумалось: если эти нейтроны так нужны, может, основным применением термоядерных установок будет их генерация? Допустим, для облучения урана и тория и наработки делящихся изотопов, которые потом будут сжигаться в обычных АЭС?

Это называется "гибридная ядерная энергетика".
Там ещё можно делить уран-238 (обеднённый уран) 14,1 МэВ нейтронами от термоядерной реакции.
https://www.ippe.ru/images/science_info/conference/neutron2024/presentation/pl-7.pdf

[Антикосмит]

Почему спирт горит, а вода не горит?

Так она уже сгорела 

Не до конца

[cross-track]

ЗЫ атомы воды - это прекрасно )

если интерпретировать "атомы воды" как "атомы из которых состоит вода" - то ничего криминального, чисто языковый нюанс ; )

Да, это я писал разговорным языком, практически на сленге)

[ExDi]

Вот, точно. И с водородом поди похожая цепочка, вряд-ли из H₂O сразу получается H₂, наверно тоже через Н и ОН сначала. А в результате и вода, и продукты весьма ощутимо (и бесполезно) нагреваются в процессе.
Вопрос - достижим ли практически КПД электролиза 95% ? А теоретически?

теоретически да; электролиз солей металлов на катоде из того же металла, что осаждающийся идет без перенапряжения (в т.ч. концентрационного) - поскольку ионы металла разряжаясь и превращаясь в атомы сорбируются сам на себе. с водородом на платине и подобных все тоже очень неплохо - водород как известно в ней равновесно растворяется, атомизируясь - соответственно химпотенциал атомарного водорода в/на платине близок к таковому молекулярного; вследствие хорошей обратимости водородный электрод - стандарт в элеетрлхимии. в общем принцип - подобное на подобном; поэтому обладающие проводимостью оксиды тоже могут оказаться неплохими электрокатализаторами для кислорода. т.е. фундаментального запрета нет ; )

[pkl]

Допустим, для облучения урана и тория и наработки делящихся изотопов

Т.н. гибридные реакторы. Довольно старая идея. Вероятность сыграть - ненулевая. Но имхо невысокая.

Имеются в виду реакторы-размножители деления или термоядерные гибридные реакторы? Я так понимаю, основные возражения касаются первых, т.к. у термоядерных установок с нейтронами всё хорошо. Особенно если используется DT топливо.

заодно, возможно, сделало бы экономически целесообразной добычу урана из морской воды и гранитов.

Урана и тория, пригодных для сжигания в нейтронном потоке, просто невообразимое количество, и не стоит оно практически ничего. Уже лежит в отвалах, "наливай да пей". Незачем их добывать из воды.

Мне кажется, Вы не до конца представляете, насколько много понадобится энергии в будущем.