(проект № 99005) и РФФИ (проекты № 99-03-32647 и № 00-03-32106).
Список литературы
1. S.Iijima, Nature, 354, 56 (1991)
2. W.Kratschmer, L.D.Lamb, K.Fostiropoulos, D.R.Huffner, Nature, 347, 354 (1991)
3. S.Seraphin, D.Zhou, Appl.Phys.Lett., 64, 2087 (1994)
4. S.Subramoney, R.C.Ruoff, D.C.Lorents, R.Malhorta, Nature, 366, 637 (1993)
5. Y.Saito, K.Nishikubo, K.Kawabata, T.Matsumoto, J.Appl.Phys., 80, 3062 (1996)
6. A.P.Ramirez, R.C.Haddon, O.Zhou, R.M.Fleming, J.Zhang, S.M.McClure, R.E.Smalley, Science, 265, 84 (1994)
7. Y.Negano, M.Gouali, H.Monjushiro, T.Educhi, T.Ueda, N.Nakamura, T.Fukumoto, T.Kimura, Y.Achiba, Carbon, 37, 1509 (1999)
8. J.R.Nemanich, S.A.Solin Phys.Rev., B20, 392 (1979)
9. H.Hiura, T.W.Ebbesen, K.Tanigaki, H.Takahashi, Chem.Phys.Letter., 202, 509 (1993)
10. E.D.Obraztsova, V.Yu.Yurov, V.M.Shevluga, R.E.Baranovsky, V.A.Nalimova, V.L.Kuznetsov, V.I.Zaikovskii, NanoStructured Materials, 11, 295 (1999)
11. S.U.Fang, A.M.Rao, P.C.Eklund, P.Nikolaev, A.G.Rinzler, R.E.Smalley, J.Mater.Res., 13, 2405 (1998)
12. С.В.Вонсовский, Магнетизм. Москва, Наука, 1971
13. X.K.Wang, X.W.Liu, S.N.Song, V.P.Dravid, J.B.Ketterson, R.P.H.Chang, Carbon, 33, 949 (1995)
ЛАГУНА ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
LAGOON OF HIGH TECHNOLOGIES
Воинов А.М., Воронцов С.В., Довбыш Л.Е., Илькаев Р.И., Маршалкин В.Е., Пунин В.Т., Руднев А.В.
Всероссийский научно-исследовательский институт
экспериментальной физики (ВНИИЭФ), г. Саров, Россия. Voinov A.M., Vorontsov S.V., Dovbysh L.Ye., Ilkaev R.I., Marshalkin V.Ye., Punin V.T., Rudnev A.V.
Исследования по прямому преобразованию энергии деления урана в оптическое излучение с помощью специализированных ядерных реакторов впервые открывают перспективу создания биоядерной технологии производства органического сырья для изготовления горючего в требуемых масштабах.
Обосновывается возможность наработки больших объемов биомассы путем резонансной засветки хлорофилла излучением ядерно-оптического преобразователя непрерывного действия с жидким ядерным топливом («ядерное болото»). Наработка биомассы будет осуществляться в целях производства горючего для двигателей внутреннего сгорания. Если ориентироваться на переработку получаемой биомассы в метан или спирты, то выход готовой продукции составит 30^50 % исходной закладки. Используется генетика водорослей, обеспечивающих высокий и стабильный выход органического топлива.
Для удешевления получаемого горючего, за счет сокращения транспортировочных расходов и повышения устойчивости (в том числе генетической) всей системы, ее следует представлять в виде
совокупности 1000 независимых производств 41016 Дж/год на установку.
Предпочтительным видом ядерного устройства, генерирующего свет и низкотемпературное тепло, следует считать гомогенный растворный реактор с топливом из смеси солей урана-235 и тория-232 с коэффициентом воспроизводства ядерного горючего более единицы.
ОРГАНИКА КАК ОСНОВНОЙ ЭНЕРГОРЕСУРС
Ископаемое топливо и плодородие почвы возникли на планете в ходе естественного процесса генерации и переработки растений за счет медленных физико-химических процессов за геологические времена.
Стремительное развитие цивилизации во второй половине ХХ в. нарушило природное равновесие, привело к истощению природных ресурсов, что создало потенциальную угрозу изменения климата, энергетического и продовольственного дефицита на планете в ХХ1 в.
Разведанные запасы нефти в недрах планеты оцениваются в (2-3)-1011 тонн и при современном уровне ее потребления в ~3-109 тонн в год [2] будут израсходованы менее чем за 100 лет.
Возрастающие темпы расходования органического топлива - нефти, угля, газа приводят к увеличению концентрации СО2 в атмосфере и глобальному потеплению с непредсказуемыми последствиями. Освоение водородной энергетики, исключающей образование СО2, сулит надежду на более предсказуемое будущее.
Не менее остро стоит вопрос с деградацией обрабатываемых почв и снижением плодородия. Общие потери пахотных земель за последние 50 лет на планете составили ~300 млн. га [3]. Этот негативный процесс, вызванный потерями гумуса [2] обусловлен эрозией почв, флуктуациями водного режима, химическим и бактериальным загрязнением экосистем. Только на территории бывшего СССР для компенсации потерь гумуса требуется -1.5-109 тонн органических удобрений в год [3], а в целом по планете потребность в них может достигать, по-видимому, значения более 1010 тонн в год. Удовлетворить ее, используя только естественные ресурсы, уже нельзя. Первичная продукция растительного мира, генерируемая за счет солнечной энергии, составляет ~1.5-1011 тонн/год [1], но она рассеяна по всей поверхности планеты с низкой плотностью и ее сбор и переработка нерентабельны.
Для стабилизации ситуации следует найти новый, высокоурожайный источник растительного сырья с выходом продукции порядка 1010 тонн в год (по сухому веществу). Это количество соответствует примерно годовому урожаю всей сельскохозяйственной растительной продукции на планете.
При наличии резерва биосырья его последующая переработка в топливо и удобрения могут осуществляться разными способами, например, экологически чистым методом анаэробной ферментации (сбраживания).
МИКРОВОДОРОСЛИ
Особое место в растительном мире занимают простейшие одноклеточные организмы -микроводоросли, процесс размножения которых происходит делением клетки на две или более частей (у хлореллы на восемь), т.е. представляет собой цепной процесс в известной степени аналогичный делению урана в ядерном реакторе. Хлорелла с ее уникальными свойствами давно исследуется специалистами в области космической биологии в качестве основного фотосинтезирующего звена жизнеобеспечения экипажей космических кораблей в продолжительных полетах [4].
При благоприятных условиях и характерном периоде удвоения начальной массы, равном одним суткам [5], в течение одного месяца начальная масса возрастает в отношении:
М
M о
= в30 = 1012 раз
и при М0 = 10 кг достигнет значения ~ 10 млрд. тонн, которых достаточно, например, для замены ежегодно добываемой нефти на искусственное топливо.
Оптимальные условия для реакции фотосинтеза, создаются в присутствии света с плотностью ~ 5-10 Вт/см2 и температуры ~ 25 С.
Подобные условия в естественной среде реализуются на мелководьях и в болотах [6], однако продуктивность в летнее время по выходу сухого вещества обычно не превышает 10-15 г/м2-сутки.
При непрерывном выращивании хлореллы в полупромышленных условиях при солнечном освещении в течение 10 часов/сутки удалось достичь среднегодовой производительности 50 г/м2-сутки с возможностью ее увеличения по расчету до 150 г/м2-сутки [7,8].
ЛАГУНА ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Цель статьи - предложить к расчетному и экспериментальному обоснованию идею искусственной лагуны с высокой производительностью биомассы, составляющей 1000 г/м2 в сутки и более за счет использования атомной энергии.
По нашему мнению такого результата можно достигнуть созданием биокомплекса на основе системы специальных ядерных ламп, распределенных по объему бассейна, в котором также расположены светопрозрачные трубопроводы с биосуспензией. Схематическое изображение биокомплекса - ядерной лагуны представлено на рисунке 1.
В таком биокомплексе взамен солнечного света, воздействующего только на внешнюю поверхность обычного бассейна, планируется использовать радиолюминесцентное излучение и тепло от ядерных ламп на основе низкотемпературных растворных реакторов-размножителей на тепловых нейтронах с уран-ториевым топливом.
Схематическое изображение ядерной лампы представлено на рисунке 2.
Активная зона с топливом в виде водного раствора соли 235и окружена зоной воспроизводства на водном растворе соли 232ТЬ, вокруг которой располагается оболочка радиолюминесцентного конвертора,
представляющая собой либо твердый радиолюминофор, либо контейнер с прозрачной для оптического излучения внешней поверхностью, наполненный жидким или газообразным радиолюминофором, например, неоном. Активная зона реактора-размножителя является источником ядерных излучений и, одновременно, преобразователем энергии ядерных излучений в тепло. Конвертор-радиолюминофор, окружающий снаружи активную зону, преобразует энергию ядерных излучений в люминесцентное оптическое излучение. Он возбуждается, главным образом, гамма-излучением, так как нейтроны поглощаются в зоне воспроизводства.
Прототипом гомогенного реактора-размножителя может служить гомогенный реактор НИЕ-1 (Ок-Ридж, 1952 г.). Его параметры приведены в таблице 1 [9].
Таблица 1. Характеристики гомогенного реактора НЯЕ-1
Топливо Раствор И2804 в Н20, 2 кг и235 обогащения 93%
Активная зона Диаметр 50 см, объем 50 л
Тепловая мощность Полная - 1 МВт, удельная - 20 кВт/л
Температура раствора 2400С
Плотность потока нейтронов 2-1013 н/см2с
Примем для оценки характеристик ЯЛ удельное энерговыделение достигнутое на реакторе НИЕ-1. Если диаметр активной зоны ЯЛ составляет 1 м, а удельное энерговыделение 20 кВт/л, то объем раствора в активной зоне составит 100 л, а общая тепловая мощность 2000 кВт. Доля у - излучения в энергетическом балансе реактора составляет ~ 10%. Следовательно, мощность у - излучения, возникающего в АЗ ЯЛ, составит 200 кВт.
В наших опытах на растворном реакторе ВИР удельная энергия свечения сцинтиллятора на основе С81 составила ~50 Дж/кг при дозе облучения 1.25 103Гр = 1.25 103Дж/кг, что соответствует мощности оптического излучения в 1 Вт при мощности дозы 25Вт на 1 кг сцинтиллятора.
При толщине радиолюминесцентного конвертора ~25см подавляющая (~90%) часть энергии у -излучения будет поглощена в его материале. Мощность источника света, образующегося в конверторе при воздействии у - излучения, составит ~1/25 от мощности возбуждающего потока гамма-излучения и для 200 кВт мощности у - излучения от ЯЛ мощность источника света составит ~8 кВт.
Если ЯЛ расположена в ячейке биокомплекса с размерами 2х2х2 метра и площадью освещаемой поверхности ~24м2, соответственно, то плотность оптического излучения на этой поверхности составит ~3.33-10"2Вт/см2.
Тепло, образующееся при работе ядерного р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.