Сохраняй посты, комментируй и ставь оценки
Второй блок ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС. Фото 3 в 1 — можно сразу рассмотреть купол ВЗО (внутренней защитной оболочки)(сверху), мостовой кран кругового действия, оборудование реакторного отделения.
Фото: ЛАЭС
Проверяют изделие на прочность при гидроиспытаниях
Залог успеха этой ответственной операции — точная установка в подземный стенд-кессон — до десятых долей миллиметра и полная герметизация устройства
Прежде чем 320-тонный корпус наполнят водой, на 8 главных циркуляционных патрубках ДУ 850 устанавливают заглушки. С помощью мостового крана на глубину 13 метров опускают корпус реактора, устанавливают специальные шпильки в опорное кольцо внутри кессона и фиксируют ими крышку.
В общей сложности подготовка занимает порядка 10 дней.
Фото: АЭМ-технологии
Восхищаюсь масштабами строительства реакторов и АЭС в целом. Самый настоящий технопрон.
Верхний полукорпус реактора для АЭС по весу почти как пустой Boeing 777 — 150 тонн. Перемещают изделие по воздуху с помощью мостового крана, грузоподъемностью 250 тонн.
Путь от сварочного до термо-прессового участка займет всего 15 минут. А вот время на строповку и установку полукорпуса на ложементы — 2 часа
Производственный цикл изготовления реактора — от получения заготовок до готового аппарата — занимает 3 года. Осторожность и точность важна в каждом действии.
немного видео
Фото АЭМ-технологии
Богатый внутренний мир ядерного реактора ВВЭР. Блеск металла и идеальная выверенность форм внутрикорпусных устройств.
Фото: АЭМ-технологии
Человечество хотело добыть и обуздать ядерную энергию — фундаментальные науки обеспечили для этого теоретическую базу. Потребовалось реализовать теорию «в железе» — это сделали с помощью прикладных дисциплин: инженерного дела и материаловедения. Рассказываем, с какими практическими трудностями сталкиваются инженеры, проектирующие реакторы, почему в атомной отрасли приходится постоянно создавать новые материалы и как современные студенты могут стать баснословно успешными, всего лишь выбрав правильное направление обучения в области экзотического материаловедения.
Пожалуй, в любом рассказе об атомной энергетике автор сразу упомянет количество энергии, которое высвобождается при делении ядра атома. Например, распад килограмма урана-235, самого распространенного топлива в энергетических реакторах, в среднем приносит 83 тераджоуля энергии. Это во впечатляющие полтора миллиона раз больше, чем можно получить от сжигания той же массы природного газа (метан, 55 мегаджоулей) или в целых полмиллиона раз больше, чем от килограмма его «зеленой» замены — водорода (141 мегаджоуль).
Как удержать в узде всю эту энергию, чтобы направить ее на полезную работу? Об этой инженерной проблеме зачастую несправедливо забывают.
Столь внушительная разница в энергетическом потенциале химического и ядерного топлива неслучайна. При сжигании горючего высвобождается энергия, заключенная в химических связях. А они, в свою очередь, — продукт электромагнитного взаимодействия. Ядерная энергетика в качестве фундамента использует еще более мощное взаимодействие, оно так и называется — сильное.
Электромагнетизм удерживает вместе атомное ядро и электронные облака, связывает атомы в молекулах, молекулы друг с другом в некоторых формах материи (например, водородные связи в воде и спиртах). Сильное же взаимодействие удерживает вместе кварки, формирующие адроны — протоны, нейтроны — и связывает сами формирующие атомное ядро адроны друг с другом.
Сила этого взаимодействия на интересующих нас масштабах атомного ядра более чем в сотню раз превышает силу электромагнитного взаимодействия. Поэтому деление атома высвобождает настолько больше энергии, чем его участие в любых химических реакциях.
Что самое важное, эта высвобождаемая при ядерном распаде энергия передается окружающей среде не только в виде кинетического взаимодействия атомов друг с другом. При делении ядер энергию уносят их осколки и отдельные элементарные частицы. Они способны взаимодействовать с другими атомами не только по законам электромагнетизма (сталкиваясь с их электронными облаками), но и напрямую, встречаясь непосредственно с атомным ядром. Проще говоря, энергетический поток не просто мощнее — он сфокусирован на гораздо меньшей площади.
Важная ремарка
Здесь и далее многие физические явления мы опишем в очень упрощенном виде и сознательно не станем затрагивать целый ряд физических феноменов. Почему атомы распадаются и делятся, с какой вероятностью это происходит, что получается в результате и какие законы квантовой механики диктуют их стабильные состояния, а также правила всех протекающих с ними процессов — это несколько больших отдельных тем.
Для целей этой статьи важно отметить, что есть определенные соотношения протонов и нейтронов, при которых атомное ядро будет стабильным. Если они не соблюдаются, такой атом рано или поздно претерпевает самопроизвольный распад (это явление называется радиоактивностью). Кроме того, все химические элементы более чем с 82 протонами в ядре (тяжелее свинца) в принципе нестабильны, но иногда вероятность распада чрезвычайно мал
Выше, на картинке пример цепной реакции U-235. Когда в уран-235 попадает нейтрон, он превращается в уран-236 в возбужденном состоянии и с вероятностью 82 процента делится, как правило, на пару осколков с массовыми числами 95±15 и 135±15, соответственно. На иллюстрации показаны барий-144 и криптон-89. Тройные или четверные деления происходят реже. В 18 процентах случаев энергии нейтрона оказывается недостаточно для деления атома урана-236, и тот переходит в менее возбужденное состояние испуская гамма-квант (фотон). Помимо осколков деления, реакция порождает два или три свободных нейтрона, которые могут встретить на своем пути другие атомы, желательно — урана-235. Тогда процесс повторится, и получится ядерная цепная реакция. Одна из главных задач конструкции реактора — поддерживать такую конфигурацию активной зоны, чтобы высвобожденные во время деления топлива нейтроны не улетучивались, а продолжали делить новые атомы топлива, но при этом процесс происходил с контролируемой скоростью
Причину распада можно представить как избыток энергии, который атомное ядро получило при образовании и не может удержать в себе из-за того, что его структура не позволяет это сделать. Эта энергия уносится в виде продуктов распада, среди которых важно выделить:
Распад, продукты которого тяжелее альфа-частицы и сопровождающийся высвобождением отдельных нейтронов, называется делением ядра. Его можно спровоцировать, «выстрелив» в атом свободным нейтроном и передав ему тем самым дополнительную энергию. Цепная ядерная реакция возникает, когда высвободившиеся в результате деления нейтроны встречают на своем пути новые, готовые к делению, атомы — и тогда процесс многократно повторяется (так один покатившийся камешек срывает в итоге со склона целую лавину).
Что происходит в реакторе
Начнем с самого сердца реактора — таблеток ядерного топлива (спрессованный порошок диоксида урана, обогащенного по изотопу 235U). Именно в них происходит цепная реакция деления, именно они служат первоисточником тепла в атомных электростанциях (АЭС).
Когда тяжелый атом делится, его осколки разлетаются в стороны и сталкиваются с другими атомами, которые встретились им на пути.
Это кинетическое взаимодействие уносит большую часть высвободившейся в результате деления энергии. А поскольку тепло — сумма кинетических энергий всех частиц системы, то так таблетки ядерного топлива и нагреваются.
Причем нагрев этот может быть очень быстрым. А значит, само ядерное топливо, из которого изготавливаются таблетки, должно иметь высокую температуру плавления. Иначе они потеряют свою целостность еще до того, как успеют передать тепло теплоносителю.
Еще одно важнейшее следствие деления — структура таблеток постоянно претерпевает изменения. Ведь внутри них вместо тяжелых атомов появляются более легкие — их больше, и они, разумеется, занимают больший объем. В редких случаях (с вероятностью 0,3 процента) тяжелый атом делится на три легких, один из которых — атом гелия, а еще два — «обычные» осколки деления с массовым числами около 95 и 135. Еще реже происходит четверное деление, в котором вместе с крупными осколками, как правило, образуется два атома гелия.
Помимо крупных осколков, которые почти сразу становятся дочерними атомами, позаимствовав электроны от материнского, в реакции деления образуются и другие продукты. Во-первых — фотоны высоких энергий, рентгеновское и гамма-излучение. При взаимодействии с электронным облаком встретившегося им на пути атома они передают ему свою энергию. Возбужденный таким образом электрон переходит на более высокий энергетический уровень или вовсе становится свободным. А тот атом, которому он принадлежал, становится положительным ионом — ионизируется. Со всеми вытекающими последствиями: он теперь стремится вступить в химические реакции. Гамма-кванты способны пройти большой путь и выйти далеко за пределы топливных таблеток.
Наконец, ключевой для цепной реакции продукт деления тяжелых ядер — нейтроны. У них есть масса, но нет заряда, поэтому они легко «проскальзывают» между электронными облаками и ядрами соседних атомов. Следовательно, способны пройти большой путь, пусть и меньший, чем гамма-кванты.
Но если они встречаются с ядрами, то практически наверняка взаимодействуют с ними. Видов этого взаимодействия три: упругое рассеяние, неупругое рассеяние и захват. Вероятность каждого из них рассчитывается отдельно и называется сечением взаимодействия (ядерное эффективное сечение). У разных материалов разное эффективное сечение для разных энергий нейтронов и разных видов взаимодействия.
При упругом рассеянии и нейтрон, и атомное ядро, с которым он взаимодействует, сохраняют свое внутреннее состояние, но атом может увеличить свою кинетическую энергию (то есть происходит нагрев материи), а нейтрон — изменить направление движения. Правильно подобрав сечение взаимодействия материала для упругого рассеяния нейтронов нужных энергий, можно создать эффективный отражатель нейтронов этих энергий. В таком материале нейтрон с достаточно большой вероятностью будет направлен примерно туда же, откуда прилетел. Это свойство полезно в реакторах для снижения критической массы топливной таблетки.
При неупругом рассеянии нейтрон передает значительную часть своей энергии атомному ядру, с которым взаимодействует. Результатом может стать распад ядра-мишени либо увеличение его энергии — возбуждение.
В последнем случае атом изменит свое положение в пространстве, будто бы отскочит, и может отдать часть энергии в виде фотона. Иногда количество энергии столь велико, что получится высокоэнергетический фотон — так возникает гамма- или рентгеновское излучение от облученных нейтронным потоком материалов (наведенная радиоактивность). «Отскок» атома в материалах с кристаллической решеткой, — например, в металлах — приводит к нарушению ее структуры. Такие материалы теряют прочностные свойства (на сжатие, на разрыв, трещиностойкость, упругость), в них появляются микроскопические полости, они могут даже деформироваться (распухать).
Если взять материал, в котором нейтроны нужных энергий почти не смогут вызывать деление (об этом — ниже), а будут лишь отдавать часть своей энергии, получится замедлитель нейтронов. На выходе из такого материала мы получим нейтроны меньших энергий, чем на входе, при сопоставимом общем количестве частиц. Это полезно, когда делящийся материал производит нейтроны высоких энергий, но имеет высокое эффективное сечение деления для нейтронов более низких энергий.
Выше, на картинке полуфабрикаты таблеток ядерного топлива. Перед тем, как из них соберут тепловыделяющие элементы, таблетки обработают специальным покрытием. Его состав зависит от типа реактора и применяемых технологий. Сама таблетка на фото — спеченный диоксид урана, возможно, с небольшим добавлением связующего, модифицирующего химические свойства топлива. В начале кампании реактора, сразу после загрузки топлива, таблетки состоят практически полностью из диоксида урана, в котором около 96 процентов урана-238 и всего примерно четыре процента урана-235 (степень обогащения по этому изотопу зависит от типа реактора). К концу кампании, когда топливо пора менять, картина иная: урана-238 по-прежнему большая часть, но три процента — продукты деления урана-235 и плутония-239, один процент — плутоний-239 и -240, 0,4 процента — уран-236. Среди продуктов деления — порядка трех десятков химических элементов, часть из которых газы. После двух лет работы в реакторе таблетка может заметно деформироваться и распухнуть
Богатый внутренний мир ядерного реактора ВВЭР. Блеск металла и идеальная выверенность форм внутрикорпусных устройств.
Фото: АЭМ-технологии
В реакторном здании энергоблока № 2 Курской АЭС-2 завершены работы по установке в проектное положение купольной части наружной защитной оболочки (НЗО). Установленный «купол» - последняя часть НЗО. Первоначально был смонтирован шестой ярус - нижняя составляющая «купола»: крупногабаритная конструкция весом более 215 тонн. Через 2 дня - верхняя часть - сам «купол», весом 195 тонн, диаметром 34,7 метра и толщиной стен 1,5 метра. Теперь высота реакторного здания составляет 64,9 метра, а после бетонирования купола достигнет 65,4 метра.
Проектом строительства Курской АЭС-2 предусмотрены две защитные оболочки реакторного здания - внутренняя и наружная. Внутренняя исключает выход радиоактивных веществ в окружающую среду при нештатных ситуациях, наружная совместно с внутренней служит физической защитой от природных и техногенных внешних воздействий, включая землетрясение, ураганы и падение самолета.
Двойная защитная оболочка - отличительная особенность российских проектов энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР-1200 и ВВЭР-ТОИ, которая обеспечивает максимальный уровень безопасности АЭС. Расстояние между внутренней и наружной оболочками 1,5 метра. Это конструктивная особенность, которая впервые применяется на атомных станциях поколения 3+. Монтажу каждого яруса обеих оболочек предшествовала укрупнительная сборка составных элементов, которая выполнялась на специальной площадке около реакторного здания второго энергоблока.
Завершение монтажа всех ярусов наружной защитной оболочки - это важный шаг к физическому пуску энергоблока. Вскоре начнутся работы по бетонированию купола, а после завершения этого этапа начнется монтаж системы пассивного отвода тепла (СПОТ).
Институт Лауэ-Ланжевена в Гренобле, Франция. 1994 год.
RHF использует тяжелую воду (D₂O) как замедлитель и теплоноситель, что обеспечивает эффективное замедление нейтронов до тепловых скоростей и высокую плотность нейтронного потока в активной зоне. Топливом служат высокообогащённые урановые сборки, хотя в последние годы в рамках международных инициатив по снижению использования высокообогащённого урана ведутся работы по переходу на низкообогащённое топливо без потери производительности. Конструкция реактора оптимизирована для стабильной и безопасной работы, а также для обеспечения длительных циклов эксплуатации — до 50 дней подряд без остановки.
Основное назначение RHF — генерация нейтронов для научных исследований в различных областях: физика конденсированного состояния, химия, биология, материаловедение, ядерная физика и медицинские исследования. Нейтроны, получаемые в реакторе, направляются через систему каналов к более чем сорока экспериментальным станциям, где они используются в методах нейтронной дифракции, спектроскопии, поляриметрии и визуализации. Благодаря характеристикам пучков нейтронов, учёные могут изучать атомную и магнитную структуру веществ, динамику атомов в материалах, поведение полимеров и белков, а также процессы в реальном времени.
Посещение первого в мире полномасштабного ядерного реактора. Он никогда не производил электроэнергию, а только превращал уран в плутоний для Манхэттенского проекта.
Сотрудничество более 10 научно-исследовательских институтов и университетов по всему Китаю позволило добиться значительных успехов и приблизиться к реализации межпланетных путешествий, благодаря разработке технологии ядерного деления, которая могла бы обеспечить широкомасштабное исследование Марса .В статье, опубликованной журналом Scientia Sinica Technologica Китайской академии наук, исследовательская группа сообщила, что ее прототип системы ядерного реактора с литиевым охлаждением прошел некоторые первоначальные наземные испытания.
Результаты подтвердили некоторые ключевые технологические решения, изобретенные китайскими учеными и инженерами для уменьшения реактора мегаваттного класса – в семь раз более мощного, чем конкурирующая система, строящаяся NASA.
При полном развертывании в космосе реактор мощностью 1,5 мегаватт, включая его систему охлаждения, будет сопоставим с размерами 20-этажного здания. Но на земле он аккуратно складывается в объем размером с контейнер и весом менее восьми тонн.
Такая конструкция делает реакторную систему легкой для загрузки и запуска с помощью ракеты. По их словам, она сможет стабильно работать в суровых условиях космоса в длительное время.
Согласно документу, мощный источник энергии сделает возможным перемещение крупных кораблей туда и обратно как для пилотируемых, так и для грузовых космических полетов, открывая путь для крупномасштабного исследования Китаем Луны и Марса.
По оценкам некоторых ученых, космический корабль с ядерной установкой сможет совершить полет туда и обратно между Землей и Марсом всего за три месяца. Основная научная идея заключается в том, что эта технология будет иметь жизненно важное значение для межпланетных миссий.
Согласно некоторым расчетам, космическим кораблям, работающим на ископаемом топливе, таким как Starship, разрабатываемый американской компанией SpaceX, может потребоваться не менее семи месяцев, чтобы достичь Марса.
Ракета Starship занимает ведущую роль в планах NASA по высадке астронавтов на Луну, а также в надеждах генерального директора SpaceX Илона Маска на колонизацию Марса, но даже путешествие в один конец на Красную планету потребует огромной системы жизнеобеспечения.
Исследователи заявили, что китайский реактор будет генерировать температуру до 1276 градусов по Цельсию за счет деления уранового топлива, что намного превышает рабочую температуру коммерческих атомных электростанций.
Сильный жар превратит жидкие формы инертных элементов гелия и ксенона в газы, приводя в движение генератор. Цепная реакция производит быстрые нейтроны, которые обеспечат эффективное и непрерывное энергоснабжение в течение как минимум 10 лет, говорится в документе.
Ученые заявили, что, используя жидкий литий, они смогут уменьшить размер реактора благодаря высокой теплопроводности и малому весу элемента.
Традиционно теплообменник и радиационная защита занимают значительное пространство в конструкциях реакторов, но создатели заявили, что разработали технологию, которая объединяет эти два компонента в один.
Согласно документу, теплообменник реактора изготовлен из вольфрамового сплава, что позволяет добиться эффективного теплообмена в контуре, блокируя при этом опасное излучение. Другие новые технологии включают материалы, устойчивые к высокотемпературной коррозии.
На этапе испытаний, источником тепла прототипа является внешний источник питания, и планируется добавить ядерные топливные сборки для достижения полной работоспособности на следующих этапах программы испытаний, говорят исследователи.
В настоящее время проведены эксплуатационные испытания интегрированной системы, включая циркуляцию контура с литиевым охлаждением, сопряженный теплообмен между первичным и вторичным контурами, а также систему производства электроэнергии по типу цикла Брайтона
Испытания обеспечили предварительную демонстрацию возможности соединения литиевой системы охлаждения с генератором Брайтона, разработанным в 19 веке как поршневой двигатель и широко используемым в космических полетах.
«Коррозионные испытания материалов из молибденовых сплавов также проводились в высокотемпературных средах», — сказали исследователи.
Ключевым направлением дальнейших исследований и разработок ученых станет безопасность ядерных реакторов во время запуска и эксплуатации с обязательным требованием отсутствия опасности ядерного загрязнения и взрыва, даже если реактор упадет обратно на Землю.
Команда проекта также планирует применить искусственный интеллект для долгосрочной беспилотной эксплуатации космических реакторов, используя технологию для автоматической диагностики и устранения любых неисправностей.
Установка корпуса реактора «Phénix», прототипа реактора на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением, на территории ядерного центра CEA «Marcoule». Франция, 1970 год.
На фото не реактор, как таковой. В этом корпусе и активная зона, и ГЦН (главный циркуляционный насос), и ПГ (парогенератор) и РЗМ (разгрузочно-загрузочная машина)
Набивка парогенератора трубками. 11 тысяч змеевиков, диаметром 16 мм и длиной от 11 до 17 метров готовы к укладке внутрь корпуса. 105 горизонтальных рядов заполнят пространство парогенератора для дальнейшей работы – приварки донышек
Фото: АЭМ Технологии
Стартап из Франции разработал проект малого модульного реактора с пассивной системой охлаждения, в которой вместо обычной воды используется тяжелый металл.
Стартап Newcleo разработал проект необычного малого модульного реактора (ММР) и передал его европейскому регулятору Euratom для проверки.
По недавно введенному Евросоюзом правилу, разработчики новых АЭС теперь должны получать одобрение регулятора еще на этапе разработки.
Новый реактор имеет мощность 200 МВт и впервые в истории использует свинец в системе охлаждения. Традиционно, для отведения тепла от зоны, в которой идет ядерная реакция, использовалась вода. Однако во многих будущих проектах вместо нее используют расплавы металлов. Например, в США сейчас ведется строительство экспериментальной АЭС, в которой охлаждение работает на натрии.
Французские ядерщики выбрали свинец. Этот элемент в природе встречается в изобилии и его легко добывать. Для работы в качестве теплоносителя в реакторе, у него много достоинств: химическая нейтральность, высокая эффективность теплообмена (на 50% выше, чем у воды).
Он более безопасен, чем вода — такая система охлаждения продолжит работать даже при расплаве активной зоны. У этого металла высокая точка кипения — не закипит даже при аварии. В контуре охлаждения нет высокого давления, поэтому реактору не нужна защита от попадания радиоактивных веществ в атмосферу при разгерметизации. Теплоноситель циркулирует за счет конвекции, поэтому ему не требуются насосы и не страшно отключение энергии.
Euratom потребуется 2 года, чтобы всесторонне изучить проект Newcleo. После этого стартапу нужно будет получить лицензию от французских властей на постройку первого реактора и, если все пройдет гладко, первая атомная электростанция на таком реакторе заработает в 2032 году.
После этого он планирует наладить серийное производство и доставлять готовые ММР к месту работы в собранном виде — так будет работать ядерная энергетика будущего, основанная на малых модульных реакторах.
Просто пообсуждать - на минусы плевать.
Нет полностью экологичного источника энергии без следа СО2:
1. ГЭС - требуют затопления больших территорий под водохранилище - теряется плодородная почва пойм рек и их флора/фауна, перекрытие рек - соответственно меняются пути миграции рыб.
2. Ветряки - в малом кол-ве безвредны, но и бесполезны, в большом кол-ве способны привести к выветриванию территории, где стоят поля ветряков. В море - уже обнаружено аномальное поведение крабов вблизи ветряков (что-то там с наведённой ЭДС)
3. Солнечные (СЭС) - затеняют почву и безопасны для флоры/фауны только в пустынях
Все эти типы электростанций при строительстве имеют свой "углеродный след" (на данном этапе). Производство углепластика для ветряков - это нефть, и далеко не дешёое в технологическом и экологическом плане изготовлнение их. Солнечные панели - то же самое. СЭС типа концентраторов (нагреватели, стирлинга и т.п.) - много используется металла, в основном люминь для зеркал и металлоконструкций - опять же экологический след.
Для достаточно больших мощностей получения электроэнергии - только АЭС, в перспективе термояд (ITER - единственный международный проект, который может (а может и нет) выйти на генерацию больше чем потребление для запуска - остальное, просто лаборатории).
Почему ЕЭС посчитало газ удовлетворительным для "зелёной энергетики" - для меня загадка. При правильно настроенном оборудовании и процессе горения в ТЭС даже на чистой нефти или мазуте будет сравнимый до процентов выхлоп СО2 - это вам не автомобильный ДВС, который пашет в переходных режимах почти всегда.
Китай готовится к запуску первого в мире мегаваттного прототипа ядерного реактора нового типа, способного не только вырабатывать энергию, но и перерабатывать долгоживущие радиоактивные отходы в менее опасные изотопы. Установка под названием China Initiative Accelerator Driven System (CiADS) должна заработать в провинции Гуандун на юге страны уже в следующем году.
Речь идёт о так называемых системах Accelerator-Driven Subcritical Systems (ADS). Это продвинутый тип ядерных реакторов, которые совмещают две функции – генерацию энергии и трансмутацию долгоживущих радиоактивных отходов. Проще говоря, вместо того чтобы хранить опасные отходы десятки тысяч лет, такой реактор превращает их в короткоживущие и значительно менее вредные изотопы.
Систему разработали учёные Китайской академии наук (CAS) совместно с государственными ядерными предприятиями. Хэ Юань, заместитель директора Института современной физики при CAS, назвал технологию "международно признанным идеальным подходом к воспроизводству ядерного топлива и переработке ядерных отходов".
По данным издания Science and Technology Daily, технология способна превратить ядерную энергетику в "зелёный, безопасный и стабильный источник энергии на 1000 лет".
Ключевой элемент системы – сверхпроводящие ускорители частиц, установку которых планируют завершить в этом году. Именно ускорители обеспечивают работу подкритического реактора, поддерживая цепную реакцию извне, что делает систему принципиально более безопасной – при отключении ускорителя реакция останавливается сама.
Основная проблема традиционных ядерных реакторов заключается в отработанном топливе. Хотя значительная часть отходов распадается относительно быстро, существенную долю составляют долгоживущие актиниды – элементы, остающиеся опасными десятки и даже сотни тысяч лет. ADS-реакторы решают эту проблему, преобразуя актиниды в менее опасные вещества прямо в процессе работы.
Несмотря на перспективность подхода, ни одной коммерческой ADS-установки в мире пока не существует. На данный момент в разработке находятся только экспериментальные системы, и китайский прототип станет первым действующим образцом мегаваттного класса.
Технологические гиганты делают ставку на продвижение ядерной энергетики, чтобы привести в действие суперкомпьютерную революцию
Для создания "сверхразума" (искусственного интеллекта, превосходящего человеческие возможности) требуется несколько простых ингредиентов: почти бесконечный объем данных, армия технических экспертов, передовые микрочипы стоимостью в миллиарды долларов – и гигантское количество электричества.
Поскольку Кремниевая долина тратит огромные суммы на создание искусственного интеллекта, технологические гиганты сталкиваются с узким местом. Без обильных поставок энергии они не смогут построить колоссальные суперкомпьютерные центры, которые, по их мнению, станут местом размещения систем искусственного интеллекта следующего поколения.
Марк Цукерберг, исполнительный директор Meta, собрал, как полагают, самый большой в мире арсенал новейших ИИ-чипов Nvidia . В прошлом месяце он рассказал в подкасте, что в конечном итоге для использования их всех в одном месте может потребоваться гигаватт энергии, что потенциально потребует специального ядерного источника. «Гигаватт [центр обработки данных] будет размером со значимую атомную электростанцию», — сказал он.
Сравнение Цукерберга не просто легкомысленно. Отчаянная гонка за энергией вызывает волну интереса к ядерной энергетике среди мировых технологических магнатов. Венчурные капиталисты становятся сторонниками ядерной энергетики, делая ставку на то, что она станет источником энергии для поддержания бума искусственного интеллекта.
Как это часто случается в Кремниевой долине, поддержка ядерной энергетики выражается не в прибылях, которые она может обрушить на Калифорнию, а прикрывается квазифилософскими утопическими языками.
Марк Андриссен, известный технологический инвестор, стал ведущей фигурой в так называемом движении «эффективного акселерационизма», которое выступает за быстрый прогресс в таких областях, как ядерная энергетика и искусственный интеллект, обещая, что это приведет к состоянию изобилия. . В «технооптимистическом манифесте», опубликованном в прошлом году, он назвал ядерную энергетику «серебряной пулей».
Илон Маск назвал закрытие атомных электростанций «античеловечным». Билл Гейтс и Джефф Безос, два самых богатых человека в мире, инвестировали в ядерные стартапы, начиная от небольших модульных реакторов и заканчивая термоядерным синтезом.
Сэм Альтман, исполнительный директор OpenAI, разработчика ChatGPT, уже много лет является сторонником ядерной технологии. В 2015 году Альтман инвестировал и согласился возглавить компанию Oklo, занимающуюся производством футуристических микрореакторов.
Альтман также является крупнейшим внешним инвестором Helion, компании, стремящейся взломать ядерный синтез. Термоядерный синтез — это процесс, который питает Солнце, и его устойчивое воспроизведение на Земле рассматривается как Святой Грааль чистой ядерной энергетики. Альтман сказал, что этот прорыв будет иметь решающее значение для удовлетворения потребностей в сверхчеловеческом искусственном интеллекте.
В прошлом году Microsoft согласилась на первую в мире закупку термоядерной энергии у Helion, заявив, что поставки могут поступить уже в 2028 году. В марте Amazon приобрела центр обработки данных на ядерной энергии в Пенсильвании. Тем временем DeepMind, лондонская лаборатория искусственного интеллекта Google, работает над технологией, которая позволит использовать искусственный интеллект для лучшего контроля термоядерных реакций.
Компания Last Energy, базирующаяся в Вашингтоне, занимающаяся разработкой небольших модульных реакторов, сообщает, что половина ее заказов теперь поступает от компаний, создающих центры обработки данных, по сравнению с четвертью, которая была пару лет назад. Last Energy подписала несколько сделок на поставку новых центров обработки данных в Великобритании, хотя все еще ожидает одобрения регулирующих органов.
«Мы наблюдаем приток интереса по мере того, как эти болевые точки становятся более ясными», — говорит Майкл Крабб, вице-президент по рекламе Last Energy.
Самая большая «больная точка» заключается в том, что ИИ откуда-то потребует огромное количество энергии. По оценкам Международного энергетического агентства, количество электроэнергии, потребляемой центрами обработки данных и искусственным интеллектом, может удвоиться к 2026 году, и тогда они смогут потреблять столько же энергии, сколько Япония. По оценкам, один запрос ChatGPT требует столько же энергии, сколько 15 поисковых запросов в Google.
«Эта технология — пожиратель энергии», — говорит Рэй Ротрок, венчурный капиталист из Кремниевой долины, инвестировавший в ряд ядерных стартапов. «Сегодня большая проблема с атомной энергетикой – это отсутствие спроса. Но теперь спрос растет из-за искусственного интеллекта».
Хотя технологические компании вложили крупные инвестиции в ветроэнергетику и солнечную энергию, их прерывистость может не подходить для центров обработки данных, которые работают 24 часа в сутки. У атомной энергетики такой проблемы нет .
Управляющая команда Last Energy и список инвесторов подчеркивают все более тесные связи между атомной промышленностью и технологическим сектором. Крэбб является ветераном энергетической отрасли, а основатель компании Брет Кугельмасс ранее занимался производством дронов. В число инвесторов входит соучредитель PayPal Люк Носек.
Крэбб говорит, что люди из Кремниевой долины привносят «это инновационное мышление, позволяющее решать проблемы, [и] они видят в ядерной энергии очевидный ответ» на вопрос о том, как обеспечить энергией ИИ.
Этот бум интереса к атомной энергетике ощущается далеко за пределами Калифорнии : на прошлой неделе канадская компания по добыче урана Cameco заявила, что интерес технологического сектора вызвал всплеск спроса на ее реакторное топливо.
«Прошли те времена, когда можно было внедрять новые технологии, не беспокоясь о будущем потенциальном неконтролируемом воздействии на окружающую среду… Ядерная энергия – явный победитель», – сказал исполнительный директор Cameco Тимоти Гитцель.
Почти безграничные суммы денег, которые компаниям, занимающимся искусственным интеллектом, приходится тратить, помогают. Сообщается, что OpenAI и ее основной инвестор Microsoft разрабатывают планы по созданию крупнейшего в мире суперкомпьютера — проекта стоимостью 100 миллиардов долларов (79,66 миллиардов фунтов стерлингов) под кодовым названием Stargate. Аналитики Morgan Stanley на прошлой неделе предположили, что он будет обеспечиваться энергией нескольких атомных электростанций.
Тем временем Альтман говорит инвесторам, что для реализации своей мечты об искусственном интеллекте ему нужно до 7 триллионов долларов, и этот бюджет будет включать в себя создание собственных источников энергии.
Он заявил, что ИИ станет самым важным изобретением в истории человечества, но говорит, что без возрождения ядерного оружия мы не сможем обеспечить его энергией.
«Есть много сложных частей», — сказал он недавно, добавив: «Энергетика — самая сложная часть».
Оригинальная статья - https://www.telegraph.co.uk/business/2024/05/05/ai-boom-nuclear-power-electricity-demand/
Ветер не только могуч, гоняет стаи туч и треплет волосы — современные ветрогенераторы способны превращать порывы воздуха в чистую энергию с почти магической эффективностью. В этом материале разбираем ветрогенератор по винтикам и разбираемся, почему у этих гигантов именно три лопасти, и как инженерам удалось заставить сталь и стекловолокно работать в унисон с капризной стихией.
Ветрогенераторы производят примерно 25% всей «зеленой» электроэнергии в мире.
Как работает ветрогенератор?
Начнем с того, что ветер — это побочный продукт солнечной энергии, рождающийся от сложного взаимодействия трех ключевых факторов:
Неравномерный нагрев поверхности: солнечные лучи по-разному нагревают сушу, океаны и атмосферу, поэтому возникают температурные контрасты.
Вращение Земли: сила Кориолиса отклоняет воздушные потоки, формируя глобальную циркуляцию — например, пассаты и западные ветры.
Особенности рельефа — горы, равнины, а также океанические течения нарушают однородность воздушных масс и порождают локальные ветровые системы.
Ветряные турбины работают по принципу аэродинамического захвата энергии: их лопасти, подобно крыльям самолета, используют силу ветра для создания подъемной силы. Когда воздушные потоки обтекают изогнутую поверхность лопастей, возникает разница давлений — с одной стороны давление снижается, с другой повышается, что заставляет конструкцию вращаться. Это движение передается через систему валов на электрогенератор, где механическая энергия уже преобразуется в электрический ток.
Коэффициент полезного действия турбин достигает 45-50%, что близко к теоретическому пределу — 59,3% по закону Бетца.
Внутряк ветряка: из чего построен ветрогенератор и какие функции выполняют его части?
Конструкция ветряной турбины включает пять ключевых компонентов:
фундамент;
башня;
ротор со ступицей и тремя лопастями;
гондола;
генератор.
Каждый элемент требует специализированного оборудования и точного монтажа для обеспечения эффективной и безопасной работы. И каждый из них мы обсудим подробнее.
Высота башни ветрогенератора может достигать 150 метров.
Фундамент ветряной турбины. Пока лопасти грациозно крутятся под облаками, настоящий тяжеловес скрыт от глаз. Фундамент наземного ветрогенератора — это гигантский бетонный «анкер», который закапывают глубоко в землю. Представьте себе плавательный бассейн, заполненный бетоном весом в 200 слонов — примерно такая махина удерживает турбину от полета в стратосферу при ураганном ветре! Для морских ветряков инженеры изобрели еще более хитроумные решения. Если турбина стоит недалеко от берега, ее фундамент напоминает подводного железобетонного кракена, вцепившегося в дно. Для более глубоководных установок используют плавающие платформы — такие непотопляемые плоты с балластом, который не дает ветрогенератору уплыть на чашечку чая к Посейдону.
Глубина залегания самого большого в мире фундамента для морской ветряной турбины около 50 метров, а масса — 2500 тонн!
Башня ветрогенератора. Современные ветряные башни — инженерные шедевры, которые умеют договариваться с ветром. Их секрет в идеальной геометрии: высота башни обычно равна диаметру окружности, которую описывают лопасти — так турбина ловит ветер максимально эффективно. И чем выше башня, тем экстремальнее условия ее работы. На высоте 100 метров ветер совсем перестает церемониться с конструкциями, поэтому башни проектируют с таким запасом прочности, чтобы они могли выдержать даже стихийную танцевальную вечеринку.
Самая высокая ветряная башня в мире достигает 340 метров, а диаметр ротора турбины целых 310 метров!
Ротор — это сердце ветряка. Он состоит из трех лопастей и ступицы, которая работает как дирижер этого воздушного балета. Почему именно три лопасти? Это золотая середина между эффективностью и стабильностью: две лопасти напоминали бы хаотичный танец, а четыре — слишком медленный вальс, а вот три создают идеальный ритм, который позволяет захватывать максимум энергии без лишних вибраций.
Лопасти ветрогенератора только кажутся монолитными — на самом деле они полые и сделаны из суперлегких композитов, словно крылья гигантской космической бабочки. Их форма — шедевр аэродинамики: изогнутые определенным образом (как и крылья самолета, кстати) и закрученные от основания к кончику, чтобы ловить ветер под оптимальным углом. А еще они умеют поворачиваться на 90 градусов — это называется «тангаж». Ступица — организатор всего действа. Она держит лопасти, но позволяет им свободно вращаться.
Гондола — командный центр генератора, там живут самые наукоемкие и важные компоненты: генератор, превращающий движение в электричество и редуктор, который увеличивает скорость вращения лопастей до невероятных значений — словно переключает турбину с первой сразу на пятую передачу! А еще гондола умеет поворачиваться вслед за ветром — это называется «рыскание», т.е. вращение вокруг оси башни.
Внутри гондолы есть мини-метеостанция — она постоянно измеряет направление и силу ветра.
Современные ветряные турбины — не просто стальные великаны, а сложные организмы, где каждая деталь работает в гармонии с ветром. Настоящий симбиоз природы и инженерного гения!
Источник: www.techinsider.ru
Комментарии