Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения

Предложен подход к управлению ядерным реактором внешним электромагнитным излучением. Использован эффект искривления пространства ретранслятора при воздействии высокочастотным электромагнитным излучением на реактор в состоянии мгновенной критичности. В качестве реализации подхода описана модель элект...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Качур, С.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2012
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Атомная энергетика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59492
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения / С.А. Качур // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 39-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-59492
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-594922014-04-09T03:01:55Z Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения Качур, С.А. Атомная энергетика Предложен подход к управлению ядерным реактором внешним электромагнитным излучением. Использован эффект искривления пространства ретранслятора при воздействии высокочастотным электромагнитным излучением на реактор в состоянии мгновенной критичности. В качестве реализации подхода описана модель электромагнитного управления реактором. Запропоновано підхід до керування ядерним реактором зовнішнім електромагнітним випромінюванням. Використано ефект скривлення простору ретранслятора при впливі високочастотним електромагнітним випромінюванням на реактор у стані миттєвої критичності. Як реалізація підходу описана модель електромагнітного керування реактором. Offered approach to the management by a nuclear reactor by the external electromagnetic radiation. The effect of curvature of space of transponder at influence by the highfrequency electromagnetic radiation on a reactor in a state of instantaneous criticism is used. As realization of approach an electromagnetic case frame by a reactor is described. 2012 Article Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения / С.А. Качур // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 39-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59492 621.039.56 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Атомная энергетика Атомная энергетика
spellingShingle	Атомная энергетика Атомная энергетика Качур, С.А. Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения Промышленная теплотехника
description	Предложен подход к управлению ядерным реактором внешним электромагнитным излучением. Использован эффект искривления пространства ретранслятора при воздействии высокочастотным электромагнитным излучением на реактор в состоянии мгновенной критичности. В качестве реализации подхода описана модель электромагнитного управления реактором.
format	Article
author	Качур, С.А.
author_facet	Качур, С.А.
author_sort	Качур, С.А.
title	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения
title_short	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения
title_full	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения
title_fullStr	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения
title_full_unstemmed	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения
title_sort	управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Атомная энергетика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59492
citation_txt	Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения / С.А. Качур // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 39-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT kačursa upravlenieâdernymreaktoromposredstvomvnešnegoélektromagnitnogoizlučeniâ
first_indexed	2025-07-05T10:41:58Z
last_indexed	2025-07-05T10:41:58Z
_version_	1836803287067656192
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №4 39 АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА УДК 621.039.56 Качур С.А. Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности УПРАВЛЕНИЕ ЯДЕРНЫМ РЕАКТОРОМ ПОСРЕДСТВОМ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Запропоновано підхід до ке- рування ядерним реактором зов- нішнім електромагнітним випро- мінюванням. Використано ефект скривлення простору ретрансля- тора при впливі високочастот- ним електромагнітним випромі- нюванням на реактор у стані миттєвої критичності. Як реалі- зація підходу описана модель електромагнітного керування ре- актором. Предложен подход к управле- нию ядерным реактором внешним электромагнитным излучением. Ис- пользован эффект искривления про- странства ретранслятора при воз- действии высокочастотным электро- магнитным излучением на реактор в состоянии мгновенной критично- сти. В качестве реализации подхо- да описана модель электромагнит- ного управления реактором. Offered approach to the man- agement by a nuclear reactor by the external electromagnetic radiation. The effect of curvature of space of trans- ponder at influence by the high- frequency electromagnetic radiation on a reactor in a state of instantaneous criticism is used. As realization of approach an electromagnetic case frame by a reactor is described. К – коэффициентов усиления; L – расстояние; Т – период или длительность импульса, фазы; с – скорость света; l – время жизни мгновенных нейтронов; β – доля запаздывающих нейтронов по отно- шению к полному числу нейтронов; λ – постоянная распада одной эквивалентной группы мгновенных нейтронов; ω – частота колебания; М – масса; О – ретранслятор; П – излучатель; Р – реактор; ЯР – ядерный реактор. Научно-технические основы управления ядерными реакторами были разработаны в 50-х годах прошлого века и нашли отражение во многих монографиях, в том числе [1-3], а также в широком спектре статей, посвященных усо- вершенствованию систем управления ЯР как с точки зрения эффективности, так и с точки зре- ния безопасности эксплуатации. Современное общество стоит перед необ- ходимостью перехода к более высокому техно- логическому уровню энергетических систем при наличии жестких требований к их безопас- ности. Поэтому в настоящее время стоит про- блема не усовершенствования управления ЯР на основе общепринятых подходов, а разработ- ки теоретических основ создания принципи- ально новых систем управления ЯР. Цель исследования – разработка модели управления ЯР на основе использования внеш- них электромагнитных воздействий, позволяю- щей повысить мощность ЯР и радиационную безопасность. В процессе создания модели необходимо решить следующие задачи: 1) определить структуру модели; 2) рассчитать параметры мо- дели; 3) описать элементы модели. Предлагается рассмотреть воздействие вы- сокочастотных и низкочастотных излучений на ЯР с точки зрения получения состояния мгновенной критичности и управление реак- тором в этом состоянии. За основу электромаг- нитного управления реактором принят эффект искривления пространства ретранслятора, воз- никающий при наличии электромагнитного резонанса в контуре Ретранслятор – Реактор – Излучатель. Ретранслятором в данном случае назовем объект со специфическими характе- ристиками, преобразующий энергию ЯР в со- стоянии мгновенной критичности. Структурная схема расположения реакто- ра (Р), высокочастотного излучателя (П1), низ- кочастотного излучателя (П2) и ретранслятора ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №440 АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА (О) представлена на рис. 1. Данная схема име- ет два контура Ретранслятор – Реактор – Из- лучатель. Одна из задач – расчет параметров излучателей и ретранслятора при заданных па- раметрах реактора. Определим частотные и геометрические параметры структурной схемы модели. Первоначально выясним: какую частоту колебания реактивности можно считать гра- ничной для низких и высоких частотных диа- пазонов. С этой целью рассмотрим формулы расчета для реактора нулевой мощности коэф- фициентов усиления на основе передаточных функций, приведенные в [1] для двух частот- ных диапазонов, а именно области относи- тельно высоких частот (К1) и области низких относительно частот (К2) К1 = (ω1l)-1, (1) К2 = λ/(ω2β), (2) где λ – постоянная распада одной эквивалент- ной группы мгновенных нейтронов; ω1, ω2 – ча- стота колебания реактивности реактора соот- ветственно для высоких и низких частотных диапазонов; l – время жизни мгновенных ней- тронов; β – доля запаздывающих нейтронов по отношению к полному числу нейтронов. Принимая во внимание то, что скорость электромагнитных волн не превышает скорость света с, определяем граничную частоту коле- бания реактивности реактора ωР ωР = 1/(cl). (3) Для простоты изложения при расчетах не будем учитывать Доплер-эффект ядерного то- плива. Исходя из минимального значения вре- мени жизни мгновенных нейтронов l = 10-8 с, получаем ωР = 0,33 Гц. Данному значению вре- мя жизни мгновенных нейтронов при мгновен- ной критичности соответствует время разгона реактора Т = 0,33·10-5 с и частота ω0 = 3·105 Гц [1]. Одним из условий электромагнитного ре- зонанса для схемы рис. 1 является равенство значений частот ω0 и ω1 Рис. 1. Структурная схема модели электромагнитного управления: Р – реактор, П1 –низкочастотный излучатель, П2 – высокочастотный излучатель, О – ретранслятор. ω1 ≡ ω0, (4) где ω0 – частота появления мгновенных ней- тронов; ω1 – частота высокочастотного излуча- теля. Поскольку на реактор одновременно воз- действуют источник низкочастотного и высо- кочастотного излучения, то для сохранения целостности предложенной структуры необхо- димо, чтобы K = К1 = К2. (5) Из соотношений (1, 2, 4, 5) определяем ча- стоту источника низкочастотного излучения ω2 = ω0lλ/β. (6) Для 235U и β = 0,0065, λ = 0,072 c-1, l = 10-8 с, ω0 = 3·105 Гц получаем расчетные значения ω2 = 3,3·10-2 Гц и К1 = К2 = 0,33·103. В предложенной схеме управления ЯР из- лучатели П1 и П2 эквивалентны по мощности и массе, причем их масса соответствует массе топлива ЯР (М1 = М1 = МР). На граничной частоте ωР = 0,33 Гц при на- личии Доплер-эффекта топлива коэффициент усиления будет стремиться к скорости све- та, что также определяет состояние мгновен- ной критичности реактора. В таком состоянии при наличии стационарного ретранслятора О (рис. 1) произойдет искривление его прос- 1 2 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №4 41 АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА транства, после чего реактор перейдет в под- критическое состояние. Ретранслятор, преобразующий энергию, выделяемую реактором, представляет собой двойной пульсар, имеющий два компонента (пассивный и активный) и две фазы функцио- нирования (активную и пассивную). Пассивный компонент в фазе активности генерирует электрический потенциал и удер- живает его в течение времени ТИ1 = 1/ω0. (7) Активный компонент в фазе активности ге- нерирует электрические импульсы длительно- стью ТИ2 = ТИ1·К. (8) В фазе покоя для пассивного компонента электрический потенциал отсутствует, и дли- тельность фазы составляет ТП1 = ТИ2. (9) Активный компонент имеет фазу покоя дли- тельностью ТП2 =ТИ1. (10) Поскольку ТИ2 >> ТИ1, то частота пульсации ретранслятора определяется как ω3 = ω0/K. (11) Для приведенных выше значений ω0 и К результат расчета параметров ретранслятора будет следующим: ТИ1 = ТП2 =0,33·10-5 с, ТИ2 = = ТП1 =1,1·10-3с, ω3 = 0,9·103 Гц. В момент достижения частоты реактив- ности величины граничного значения ωР при одновременном воздействии излучателей про- исходит выброс мощного электромагнитного излучения по направлению к ретранслятору, что приводит к искривлению пространства ретранслятора, сжимая его для пассивного компонента и расширяя для активного ком- понента. Сжатие и расширение пространства ретранслятора проявляется в замедлении вре- мени для пассивного компонента и ускорении времени для активного компонента. В искрив- ленном пространстве временные характерис- тики компонентов изменятся следующим об- разом Т 'И1= ТИ2, Т 'И2= ТИ1, Т 'П1= ТП2, Т 'П2= ТП1, (12) т.е. выполняется соотношение Т 'И1/ ТИ1 = ТИ2/ Т' И2 = ТП1/Т' П1 = Т' П2/ТП2. (13) Частота объекта ω3 при этом не изменяет- ся и в целом объект находится в евклидовом пространстве, кривизна которого равна едини- це при отрицательной кривизне пространства (пространство Лобачевского) пассивного ком- понента и положительной кривизне активного компонента. Вопросы, связанные с искривле- нием пространства во Вселенной для макро- скопических объектов, изложены в работе [4]. Масса ретранслятора М3 соответствует массе МР топлива ЯР и определяется по фор- муле М3 = МР/К. (14) Если МР = 20000 кг, то масса ретранслятора М3 = 60 кг. Исходя из изложенного выше, состояние мгновенной критичности (фаза активности ре- актора) наступает с периодом ТК = 1/ωР= 3 с и временем разгона реактора Т = 0,33·10-5 с, ос- тавшееся время (фаза покоя реактора) реактор находится в подкритическом состоянии. Рассмотрим геометрию схемы рисунка 1. Излучатели и реактор находятся в одной пло- скости и на одной линии. Ретранслятор распо- ложен на плоскости, параллельной плоскости реактора и излучателей. Рассматривая излу- чения как колебания струны [5], одним из кон- цов которой является реактор, определяем рас- стояния от реактора до излучателя П1 (L1), до излучателя П2 (L2) и ретранслятора О (L3) ω1L1/π = 1/(ωРl), (15) ω2L2/π = λ/(βωР), (16) ω3L3/π = 1/(ωРl). (17) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №442 АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Произведя несложные преобразования, по- лучаем соотношение для расчета расстояний от реактора до элементов схемы L1 = L2 = L3 = πc/ω0. (18) Таким образом, все излучатели и ретранслятор равноудалены от реактора. На основе приве- денных выше расчетов расстояние до реактора составляет 3,14·103м. Представляется, что в основу реализации излучателей П1 и П2 могут быть положены принципы работы магнитострикционных излу- чателей, а в случае ретранслятора – пьезоэлек- трических излучателей [6, 7]. Несомненно, уникальным ретранслятором энергии является человеческий мозг, функции которого полностью не определены, а возмож- ности не изучены. При описании ретрансля- тора в схеме управления ЯР в качестве анало- га была использована нейронная организация мозга человека. Существует аналогия между процессами, протекающими в коре головного мозга, и процессами в реакторе. Остановимся на некоторых, представляющих интерес для рассматриваемой проблемы, особенностях кле- точного механизма мозга [8]. Известно, что мозг человека содержит при- мерно 1017 нейронов. Каждый нейрон пред- ставляет собой живую клетку, состоящую из дендритов, сомы и аксона. Сигналы, распро- страняющиеся в биологической нейронной сети, представляют собой короткие электриче- ские импульсы. Переход от обычного отрица- тельного состояния содержимого клетки к кра- тковременному положительному потенциалу называют потенциалом действия или нервным импульсом, длительность ТИ которого не более 10-3 с. Деполяризация, связанная с потенциалом действия, распространяется вдоль аксона как волна активности. Активность аксона характе- ризуется частотой электрических импульсов и различна у разных индивидуумов. Кроме того, существуют нейроны с короткими аксонами, которые не всегда генерируют нервные импуль- сы. Такие нейроны способны изменять уровень активности, но не держат потенциал действия. Роль «молчащих клеток» в поведении челове- ка не изучена. Реакция человека на внешнее воздействие обычно составляет около 2 с. Исходя из описания биологической ней- ронной сети, следует аналогия между мгновен- ными нейтронами и нейронами с короткими аксонами. Возможна ситуация когда время жизни мгновенных нейтронов будет соотно- ситься со временем изменения уровня актив- ности в нейронах с короткими аксонами. Вре- мя реакции человека соответствует величине 1/ω0, а время ТИ = 10-3 с соотносится с Т'И1 и ТИ2. При условии, что у человека активизиро- ваны «молчащие клетки» и он попадает в схе- му управления ЯР, расширение пространства для нейронов с длинными аксонами умень- шает длительность импульса до 0,33·10-5 с. Если клетки мозга индивидуума способны функционировать на частоте 3·105 Гц, то мозг является идеальным ретранслятором энергии. Приведенные выше рассуждения не пре- тендуют на точность, но они отражают глав- ную проблему электромагнитного управления ЯР – необходимость разработки средств защи- ты человеческого мозга от недопустимых вы- сокочастотных излучений. Другой проблемой является реализация ретранслятора, используя особенности физических процессов ультра- звуковых излучателей. Кроме того, необходи- мо создание исследовательской установки для проведения экспериментов на предложенной модели управления ЯР. Предложенная модель управления ЯР пре- доставляет следующие возможности: 1) повышение мощности реактора в десятки (сотни) раз при той же массе ядерного топлива; 2) защита существующих ЯР от внешнего не предусмотренного проектом электромагнит- ного воздействия; 3) упрощение существующих или создание нового типа систем управления и защиты ЯР за счет регулирования реактивности электромаг- нитным излучением; 4) повышение радиационной безопасности при эксплуатации ЯР; 5) снижение опасности радиационного за- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №4 43 АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ражения при авариях, связанных с нарушени- ем теплообмена ЯР. Выводы 1. Предложен принципиально новый под- ход к управлению ЯР. В его основе лежит ис- пользование эффекта искривления простран- ства при воздействии на ЯР, находящийся в состоянии мгновенной критичности, высоко- частотным электромагнитным излучением. В этом случае для стабильного функционирова- ния ЯР необходимо наличие низкочастотного и высокочастотного излучателей и ретранслято- ра, преобразующего энергию за счет изменения собственного пространства. 2. В качестве реализации разработанного подхода представлена модель электромагнит- ного управления ЯР, включающая описание структуры, параметров и элементов (излуча- телей и ретранслятора). Модель дает возмож- ность повысить радиационную безопасность при увеличении в десяти (сотни) раз мощности ЯР по сравнению с существующими. 3. Дальнейшая детализация модели связана с разработкой схем излучателей и ретрансля- тора, а также с созданием исследовательского стенда для изучения предложенной модели. 4. Исследование и применение электромаг- нитного управления ЯР предполагают нали- чие сред защиты персонала от нежелательного электромагнитного воздействия. ЛИТЕРАТУРА 1. Емельянов И.Я., Ефанов А.И., Константи- нов Л.В. Научно-технические основы управле- ния ядерными реакторами. – М.: Энергоиздат, 1981. – 360 с. 2. Бахметьев А.М., Самойлов О.Б., Усынов А.М. Методы оценки и обеспечения безопасно- сти ЯЭУ. – М.: Энергоиздат, 1988. – 136 с. 3. Крамер Э.У. Ядерные реакторы с кипящей водой. – М.:Из-во иностр. лит-ры, 1960. – 509 с. 4. Черепащук А.М., Чернин А.Д.. Вселенная, жизнь, черные дыры. – Фрязино: «Век2», 2007. – 320 с. 5. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика. – М.: Наука, 1979. – 608 с. 6. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. – М.: Из-во иностр. лит-ры, 1957. – 726 с. 7. Майер В.В. Простые опыты с ультразву- ком. – М.:Наука, 1978. – 160 с. 8. Блум Ф., Лейзерсон А., Хофстедтер Л. Мозг, разум и поведение. – М.: Мир, 1988. – 248 с. Получено 21.02.2012 г.

Управление ядерным реактором посредством внешнего электромагнитного излучения

Institution

Ähnliche Einträge