TubeTwist: DIY jaderný reaktor

Před časem jsem publikoval článek o podomácku vyrobených mikroprocesorech, ale dnes se dotkneme složitějšího a citlivějšího tématu (zejména ve světle událostí ve Fokušimě) – vytvoření jaderného reaktoru schopného vyrábět energii doma. A než se začnete bát, při vzpomínce na negativní zkušenosti z minulosti (viz Radioaktivní skaut – který nabral slušné množství Amercia-241 z detektorů kouře) předem řeknu, že vše popsané v tomto článku je relativně bezpečné (alespoň není nebezpečnější než práce s kyselinou fluorovodíkovou doma), ale důrazně se nedoporučuje opakovat. Než podniknete jakékoli kroky, poraďte se se svým právníkem – zákony se v jednotlivých zemích liší. Mnoho lidí už sedí.

Jaké máme možnosti, abychom vytvořili domácí jaderný reaktor?

Termonukleární reakce

Těžký vodík (deuterium) lze doma získat poměrně snadno – stačí vícestupňová elektrolýza obyčejné vody. Ale i vědci mají stále problémy s reaktorem, a to už desítky let (a to nebere v úvahu, že deuterium není zdaleka nejsnáze použitelné termonukleární palivo)

Reakce jaderného štěpení

V nejjednodušším případě vám stačí přírodní uran bez obohacení a trocha vody (hehe, „Stačí přidat vodu“: voda je moderátor i reflektor neutronů). Problém je v tom, že toho potřebujete stovky tun a lékař si pro vás určitě přijde, i když se pokusíte najít/koupit/odnést 0.1 gramu.

Zde ve sklíčenosti můžeme jen obrátit oči k nebi a vidět, na čem meziplanetární lodě létají – je tu jen kus radioaktivního materiálu, který se přirozeným rozpadem zahřívá a přijímá energii z Peltierových prvků. (Mimochodem, přirozený úpadek je ve skutečnosti hlavní fyzikální příčinou všech potíží ve Fokušimě – po zastavení jaderného reaktoru v prvních minutách se kvůli úpadku uvolní 7 % jmenovitého výkonu, v prvních týdnech – ~1 % , pak klesne na 0.1 %, tj. ze 700 MW V prvních týdnech reaktoru musí být odebráno 7 MW tepla a tento proces nelze zastavit)

Zkusme uvažovat tímto směrem: Existují 3 hlavní typy radioaktivního rozpadu:

Gama rozpad

Zdroje gama záření jsou široce používány v lékařství a průmyslu, především na bázi kobaltu-60/cesia-137 (nechvalně proslulého jadernými katastrofami). Problém je v tom, že jejich záření je velmi tvrdé, extrémně nebezpečné a ani centimetr olova proti němu nedokáže ochránit (viz veselá Vavilov-Čerenkovova záře vpravo – elektrony vyražené gama kvanty pohybující se ve vodě nadsvětelnou rychlostí vyzařují energii v viditelný rozsah). Vyhýbáme se jim tedy, jak jen to jde. No, kromě toho je každý rok uvězněno mnoho lidí za nelegální prodej/nákup gama zdrojů
PS. Abychom byli spravedliví, stojí za zmínku, že gama kvantum se v těchto případech neuvolňuje přímo, ale v důsledku rozpadu jednoho z dceřiných prvků s krátkou životností.

Alfa rozpad

Zdroje záření alfa se aktivně používají v detektorech kouře, k usnadnění zapálení jiskry a v některých rádiových trubicích. Jedním z nejznámějších je Americium-241, zmíněný na začátku. Před alfa zářením se lze snadno ochránit i kouskem papíru, ale je s nimi ještě jedno nebezpečí: jsou extrémně nebezpečné při vdechnutí/požití. Podívejte se na mýtus o otravě Litviněnka Bloody Gabney. Navíc je nereálné získat množství větší než mikrogramy, takže na termoelektrické generátory budete muset zapomenout. Je to škoda, protože nejúčinnější generátory energie fungují na bázi rozpadu alfa. Nejlepší – Plutonium-238 (Neplést s 239) – produkuje 0.5 W tepla na 1 gram hmoty, poločas rozpadu 87 let (cena – 1 megababek za kilo).

Beta rozpad

Měkké beta zdroje (v podstatě elektrony/pozitrony) jsou středně dobře stíněné a mají zatraceně užitečnou kvalitu: když elektron narazí na fosfor, může způsobit jeho zářit. Jako vedlejší efekt jsou ve většině zemí světa „bezpečné“ beta zářiče zcela legální. To používají výrobci všemožných svítících klíčenek, jako na první fotce. Možná postavíme náš jaderný reaktor na bázi beta rozpadu.

Základem našeho reaktoru je kapsle s tritiem ze známého webu DealExtreme – www.dealextreme.com/p/mini-tritium-glowring-keychain-10-year-green-glow-6830. 9.7 $. Formálně nelze radioaktivní materiály jednoduše poslat poštou, ale DealExtreme o tom zřejmě neví.

O bezpečnosti

Měkké beta záření nemůže opustit pouzdro, helium není radioaktivní. Problém může nastat pouze v případě poškození kapsle. Pokud je tritium vdechováno, pak bude infekce minimální, protože Vodík není tělem přímo absorbován. Ale pokud shoří, pak se voda může stát součástí buněk a pak dostanete veškeré záření, které dokáže vytlačit ten mikroskopický kousek tritia. Takže to, co máte, nerozbijte, nespalte ani nevdechujte.

Tritium je tedy supertěžký vodík s poločasem rozpadu 12.32 let. Na výstupu máme helium a velmi „měkké“ elektrony – 6.5 kEv (+ antineutrina, pro fajnšmekry). Energii budeme sbírat solární baterií a přivádět ji na vstup Step-Up stabilizátoru MCP1640 – na vstupu pracuje do desetin voltu a na výstupu je ionistor 1 Farad a 5V. V našem případě bude zátěž tvořit červená LED.

Abychom nasbírali co nejvíce světla, umístíme naši tritiovou kapsli do fóliového reflektoru.
Pro ostření používáme 2 čočky po 10 dioptriích, solární baterie je viditelná před nalepením, kapsle není instalována.
Připojíme, zhasneme světlo, počkáme minutu na počáteční nabití ionistoru a zde je výsledek:

První elektřina vyrobená domácím jaderným reaktorem 🙂

Zdarma?

Ach ne Reaktor v průměru vyrobí výkon asi 7 miliwattů (a za 12.32 roku to bude 3.5) a to sice stačí na LED, ale neumí nabít notebook) Ale na druhou stranu tucet tyto moduly budou schopny udržet mobilní telefon v pohotovostním režimu několik desetiletí Skutečná cena. Kapsle stojí 9.7 USD, solární baterie je 5 USD, čočky jsou 13.8 USD*2 – již 42 USD za modul. A za tucet budete muset zaplatit 420 dolarů. Na druhou stranu jsou na stránce větší kapsle – ale za 35.

Komentáře/dotazy/názory – do studia.