Ядерний реактор – вдома з нуля

Сьогодні ми торкнемося більш складної та делікатної теми (особливо у світлі подій на Фокусімі) – створення ядерного реактора, здатного генерувати енергію в домашніх умовах. І перед тим як ви почнете хвилюватися, згадуючи про негативні досліди в минулому (див.  Радіоактивний бойскаут  , що наколупав пристойно амерція-241 з детекторів диму) заздалегідь скажу, що все, що описано в цій статті, відносно безпечне (принаймні не небезпечніше роботи з  фтороводородною кислотою  вдома), але вкрай не рекомендується до повторення. Перед будь-якими діями проконсультуйтеся зі своїм адвокатом — різні закони в різних країнах. Багато хто вже сидить. 

Які ми маємо шляхи створення домашнього ядерного реактора?

Термоядерна реакція

Важкий водень (дейтрій) відносно нескладно отримати і в домашніх умовах - всього потрібен багатостадійний електроліз звичайної води. Але ось із реактором досі проблеми навіть у вчених, і не перший десяток років (і це не враховуючи, що дейтрій — далеко не найлегше у використанні термоядерне паливо)

Ядерна реакція поділу

У найпростішому випадку - потрібен просто природний уран без збагачення і трохи води (хехе, "Просто додай води": вода - і сповільнювач, і відбивач нейтронів). Проблема в тому, що треба цього добра сотні тонн, і за вами точно прийде лікар, навіть якщо ви 0.1 г спробуєте знайти / купити / віднести.

Тут у зневірі нам залишається звернути погляди в небо, і подивитися на чому літають міжпланетні кораблі - там просто шматок радіоактивного матеріалу, який за рахунок природного розпаду нагрівається, і елементами пельтьє отримують енергію. (До речі, природний розпад — власне головна фізична причина всіх бід на Фокусімі — після зупинки ядерного реактора в перші хвилини за рахунок розпаду виділяється 7% номінальної потужності, в перші тижні — ~1%, потім падає до 0.1%. Тобто від 700МВт реактора в перші тижні треба відводити 7МВт тепла, і цей процес не зупинити)

Спробуємо подумати в цьому напрямку: Є 3 основних види радіоактивного розпаду:

Гамма-розпад

Джерела гама випромінювання широко використовуються в медицині та промисловості, в основному на основі Кобальту-60/Цезія-137 (сумно відомого з ядерних катастроф). Проблема в тому, що їхнє випромінювання дуже жорстке, вкрай небезпечне, і від нього і сантиметром свинцю не захиститися (див. веселе свічення Вавилова-Черенкова праворуч — вибиті гамма-квантами електрони, що рухаються у воді з надсвітловою швидкістю випромінюють енергію у видимому діапазоні). Тож обходимо їх стороною якнайдалі. Ну і крім того, за нелегальний збут/купівлю гамма-джерел щороку сідає купа людей 
PS. Задля справедливості варто зауважити, що гамма-квант у цих випадках виділяється не безпосередньо, а в результаті розпаду одного з дочірніх короткоживучих елементів.

Альфа-розпад

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.

---

---

---

Подключаем, выключаем свет, ждем минуту для первоначального заряда ионистора, и вот результат:

Первая электроэнергия, произведенная ядерным реактором, созданным в домашних условиях :-)

Халява?

О ні :-) У середньому реактор видає потужність близько 7 мл (а через 12.32 року буде 3.5 

), і хоч для світлодіода цього достатньо, ноутбук від нього не зарядити) Але з іншого боку, десяток таких модулів цілком зможе тримати стільниковий телефон в режимі очікування пару десятків років :-) Правда ціна ... Капсула коштує 9.7 $, сонячна батарея 5 $, лінзи 13.8 $ * 2 - вже 42 $ за модуль. А за десяток доведеться віддати 420 $ ... З іншого боку - на сайті є  капсули більше  - але за 35.

habr