¿Cómo puedo construir un reactor nuclear en mi patio trasero? [cerrado]

En mi mundo, tener un reactor nuclear en tu propia casa es legal, de hecho, el gobierno dona dinero en forma de subsidios (así que no hay restricciones de fondos). Esto podría haber sido práctico debido a la crisis energética y la falta de ingenieros expertos, o podría ser simplemente una especie de revolución. El resto de cosas son normales.

Soy un adolescente de secundaria y quiero construir un reactor nuclear lo suficientemente eficiente como para alimentar una casa (alrededor de 8 kW).

¿Cuáles son todas las cosas que necesito y cómo puedo obtenerlas? ¿Cuáles son las posibles formas de disposición de los residuos generados que puede realizar un particular?

PD - Considere 'yo' como un niño prodigio hipotético (no yo).

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
En un mundo en el que poseer un minirreactor nuclear privado es legal y está subvencionado por el gobierno, alguna corporación privada ya habrá desarrollado un kit nuclear de fácil arranque más rápido que tú (mirándote, Ikea). Simplemente compre el kit de construcción propia de sus estantes y siga sus 108 pasos. No olvides la llave allen.
¿Cuál es el tema o problema de la construcción del mundo aquí? Esta parece ser una pregunta directa de la lista de verificación de tecnología.
Voy a votar para cerrar esta pregunta porque solicita información que está disponible públicamente de cualquier número de fuentes en Internet, por lo que no se requiere la construcción del mundo para responder a esta pregunta.
Sabiendo que esto tiene años... comprenda que cualquiera que pudiera darle una respuesta realista y detallada a esta pregunta no la publicaría aquí; iría corriendo a la oficina de patentes con uno de los diseños más valiosos en humanos. historia. ¿Hay alguna razón por la que no se pueden usar diseños de reactores existentes y simplemente "hacerlos más pequeños" afirmando una ingeniería de materiales mejorada y miniaturización de control?

Respuestas (19)

En este caso, probablemente sería una práctica común utilizar un reactor de torio de fluoruro líquido (LFTR pronunciado "lifter"). Es una especie de reactor de sal fundida (MSR) que enriquece el torio (~3 veces más abundante que el uranio en la corteza terrestre) en una sal líquida y luego quema el producto de ese material enriquecido (ahora U-233) en una sal líquida. O tal vez algún otro tipo de MSR (aún mejor) que aún no se nos haya ocurrido.

Este tipo de reactor se investigó en los años 60 - la falta de financiación y previsión (así como la mala y generalizada información) han impedido que se convierta en una realidad aquí en los EE.UU. Un LFTR es más seguro y económico que nuestros reactores de agua a presión actuales por un amplio margen. También produce menos residuos, y esos residuos son peligrosos durante mucho menos tiempo.

Si bien no espero que ocurra un escenario como este en la realidad, ya que existe el riesgo de proliferación del U-233 (por lo tanto, todavía se requieren instalaciones centralizadas y protegidas del reactor), esperaría que en su escenario propuesto, el sector privado han comercializado estos reactores hasta el punto de que serían muy baratos, muy fáciles de instalar y muy fáciles de operar.

Si tales productos comercializados no estuvieran disponibles por alguna razón, necesitaría conocimiento de la química del reactor, las tuberías para contener la sal, una válvula de congelación y un depósito de descarga de calor, mucho concreto para blindaje, un núcleo de reactor plano, la sal (+torio) y un espacio adicional cerrado con hormigón para los desechos. Y equipo de radiación en general, como detectores, trajes, etc. Vale la pena señalar que el material de desecho, incluso para toda la vida de una familia, sería minúsculo asumiendo las tasas actuales de uso de energía, por lo que almacenar esos desechos puede no ser una prioridad más que mantenerlos en un lugar sellado. caja de bloqueo de radiación debajo del patio trasero.

Le animo a buscar LFTR en Internet; probablemente encontrará mucha información útil (¡e interesante!). Hay un poco de culto en torno a estos reactores: sus defensores hacen que suene como si fuera la solución a todos los problemas. Si bien estos reactores podrían resolver muchos grandes problemas a la vez, hay algunos problemas técnicos que aún no hemos resuelto en el lado de I + D, y hay un montón de políticas gubernamentales que resolver incluso si lo hacemos. .

https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_fluoride_thorium_reactor

¡Guau! Gracias, eso es realmente útil. Me pregunto si de alguna manera podría hacer que otros noten esta respuesta. Lo más probable es que acepte tu respuesta.
Sería perfecto si pudieras incluir la parte de 'cómo obtenerlos', pero entiendo que no puedas. :)
Los "algunos problemas técnicos sin resolver" explican por qué no se fabrican fuera del laboratorio; la sal fundida tiende a corroer las tuberías, así como los problemas habituales de fragilización por neutrones de los reactores. La sal fundida requiere un reprocesamiento continuo, pero es químicamente tóxica además de radiactiva.
parece que el gobierno chino está investigando esto y espera lanzar una versión comercial al mercado para 2030 businessinsider.com/…technologyreview.com/s/542526/…
Además de la toxicidad de la sal y la radiactividad, existe otro problema potencial, y ese es el término "fundido" en "reactor de sal fundida". Los MSR generalmente requieren temperaturas de funcionamiento extremadamente altas, lo que hace que la tecnología sea más adecuada para instalaciones a gran escala para pasar un punto de equilibrio contra la pérdida de calor. En general, las instalaciones nucleares son instalaciones grandes y centralizadas que sirven a múltiples áreas municipales por razones de economía de escala, así como por razones de seguridad.
Los reactores de lecho de guijarros son otro diseño Gen IV que también es más práctico a pequeña escala en comparación con los reactores actuales. Sin embargo, no creo que los PBR o los MSR puedan miniaturizarse al rango de ~ 10 kWe (~ 500 kWe podrían ser factibles). Fusion parece una opción aún peor. Se espera que el diseño (prototipo) de Lockheed Martin genere ~ 100 MWe IIRC, y eso está en el lado extremadamente pequeño de las cosas.
@ Alpha3031 sí, estaba pensando en reactores de lecho de guijarros cuando vi esta pregunta. En un momento se propusieron montarlos en camiones, trenes y aviones, así que supongo que al menos podrían construirse lo suficientemente pequeños como para caber en el cobertizo de su jardín.
Un punto interesante sobre el riesgo de proliferación del U-233; por lo general, se considera de menor riesgo que los reactores U-235/238 tradicionales. El U-233 siempre contendrá una pequeña cantidad de U-232. Esto es clave porque el U-232 tiene un camino de desintegración gamma de muy alta energía. El resultado es que es muy peligroso trabajar con él porque es muy difícil protegerse contra una energía gamma tan alta. Tenga en cuenta que esto también supondrá un desafío para la construcción en patios traseros debido a la necesidad de mucho hormigón o blindaje de plomo para obtener combustible limpio, ya que es peligroso manipularlo y transportarlo.
Más simples, más seguros, más duraderos y con un tamaño razonable para los niveles de potencia requeridos (~16 kg de Pu-238 para 8kW; ¡simplemente no lo ponga todo en una gran parte!): generadores termoeléctricos de radioisótopos
Parece que India ha trabajado un poco en LFTRS

tu no

No sin agitar las manos.

Adolescente y 8 kW

Este es un primer problema. No conozco ningún país que permita a los adolescentes operar centrales eléctricas por su cuenta. Los adolescentes de secundaria por lo general ni siquiera pueden convertirse en electricistas autorizados. Hubo un tiempo en que compraste electrodomésticos sin enchufe, e instalaste enchufe tú mismo, en casa. Pero estos tiempos ya pasaron, porque esto era demasiado difícil para el público en general. Y estamos hablando de una potencia muy, muy pequeña y una operación mucho más simple.

Tamaño del reactor nuclear

El presumiblemente seguro más pequeño del que he oído hablar es el reactor chino de contenedores de carga .

La diminuta planta de energía cabría dentro de un contenedor de envío y podría generar 10 megavatios de calor, suficiente para abastecer a 50.000 hogares.

Dado que no puede obtener más barato o más pequeño y aún así tener una buena seguridad contra fugas, etc. Esto significa que no será más barato. Si una sola unidad no va a ser más barata, entonces su idea es 50.000 veces más cara. Ningún gobierno lo financiará nunca, cuando podría financiar algo mucho más barato con un efecto similar.

Hay otros diseños, pero el problema es el mismo: con una sola unidad, podrá encender una ciudad entera, y ser más pequeño no lo hace más barato ni mucho más seguro.

Obtención de materiales

Necesita agitar a mano las armas de destrucción masiva y los riesgos de terrorismo de bombas sucias de su mundo. Esta es una ola de mano muy, muy grande. Actualmente, cualquier material de fisión es (se supone que debe ser) rastreado como un problema de seguridad nacional.

Deposito de basura

Sorprendentemente, este es solo un pequeño problema. Si puede tener un reactor de contenedores de carga seguro, puede simplemente enviarlo para recargar combustible y procesar los desechos como se hace ahora.

Dirigí una planta de energía cuando era adolescente, y no conozco ninguna ley que la prohíba. La planta de energía en cuestión era el generador diesel de 12KW en la cabaña de mis padres, pero aún era una planta de energía, y yo todavía la operaba y le daba mantenimiento.
Ciertamente, hay diseños de reactores nucleares diminutos que podrían alimentar una sola casa, a menudo hechos para viajes espaciales o transporte. Como este reactor nuclear TOPAZ de 5KW
@Johnny Sí, bueno, no puedes destruir una ciudad o envenenar a millones de personas con un generador diesel, ¿verdad?
@Johny pero no fue construido por ti. Fue construido por una empresa que asumió la responsabilidad de su funcionamiento durante un año o unos pocos. En cuanto a las leyes, las regulaciones varían de un ritmo a otro. En mi país necesitas estar certificado para hacerlo profesionalmente por encima de ciertos voltajes, y para menores en privado, sigue siendo responsabilidad de los padres, no del niño. Y la construcción y el uso de motores diesel está castigado por las leyes ambientales de todos modos, con solo pequeñas excepciones, en su mayoría educativas.
Primero, las naciones contemporáneas varían considerablemente en lo que está permitido: construir una planta de energía en el rango de 10 kW alimentada por diesel o lo que sea, probablemente no requiera un permiso en mi país (siempre que no sea ruidoso, humoso, etc.) y hay d ser ninguna restricción de edad. En segundo lugar, el OP dejó muy claro que esta es una hipótesis que debe asumir. Se pierde mucho tiempo si no haces la pregunta.
@FrancisDavey reality-check permite específicamente la premisa desafiante de la pregunta. Y el consenso actual parece ser que está bien, incluso en preguntas que no son de verificación de la realidad, si se hace de manera constructiva. Siéntase libre de desafiar eso en meta, pero no intente obligar a otros usuarios a seguir su opinión en lugar de lo que parece ser la opinión de la comunidad.
Me parece bien. Creo que estaba preocupado por la suposición bastante fuerte de que un mundo sin licencias específicas para construir pequeñas centrales eléctricas o trabajar con dispositivos eléctricos no era posible o era inverosímil. Eso parecía una gran suposición. Pero acepto tu punto sobre desafiar en meta.
Hay una gran diferencia entre el material nuclear que se usa en las bombas y el que se usa en las plantas de energía: hacer una bomba requiere mucho, mucho más refinamiento. El hecho de que pueda comprar combustible nuclear en su tienda local no significa que pueda convertirlo en un arma; en este mundo presumiblemente las centrífugas serían ilegales pero el material fisionable no lo sería. (Sin embargo, la gestión de residuos sigue siendo un problema).
@IndigoFenix ​​literalmente no hay diferencia si estamos hablando de bombas sucias. Y las plantas de energía nuclear a veces también se usan para preparar material de fisión para bombas: esto se puede resolver, pero 1) tiene que resolverse y 2) aún, bomba sucia.
-1 Hay muchas situaciones en las que a los adolescentes se les ha confiado una gran responsabilidad, y el punto del tamaño del reactor es simplemente incorrecto. El peligro de las armas es el mayor problema, pero las armas nucleares convencionales son muy difíciles de fabricar, y el análisis sugiere que las bombas sucias no serían un arma muy eficaz. No es inconcebible que este problema pueda solucionarse. Estoy de acuerdo en que puede desafiar las premisas de la pregunta, pero no encuentro estos desafíos muy convincentes.
@ dan1111 amenaza de bomba sucia es una herramienta terrorista . Estos no necesitan ser efectivos como armas, solo lo suficientemente aterradores. Además, los casos individuales en los que se confía una gran responsabilidad a los adolescentes están muy, muy lejos de las situaciones de "cualquier patio trasero".
@Molot, pero las bombas sucias en realidad serían un poco más peligrosas que una bomba convencional. No hace falta agitar mucho la mano para imaginar un mundo en el que la gente no les tenga miedo.
Ha habido muchas culturas históricamente donde las personas menores de 18 años han sido iguales a los adultos en todos los aspectos. La idea de que se necesitan 18 años (o más) para "crecer" es relativamente reciente. Incluso ahora, hay pocas cosas que a los adolescentes se les prohíba explícitamente hacer de manera informal (la mayoría de las regulaciones se relacionan con el lugar de trabajo).
Pequeño punto, en los EE. UU., cuando compras una secadora eléctrica o una estufa, no vienen con el enchufe. Tienes que comprar el correcto e instalarlo por tu cuenta. En menor medida, los lavaplatos y los trituradores de basura a veces tampoco vienen con un enchufe.
Esta respuesta parece casi una "onda manual de ondas manuales", ya que las razones por las que esto no funcionaría no entran en muchos detalles. Sin embargo, cubre 4 inverosimilitudes, no solo una inverosimilitud, lo que hace que esta sea una buena respuesta de verificación de la realidad. Incluso si pudiera resolver los detalles de 1 o 2 inverosimilitudes con muchos detalles y explicaciones, aún tendría más inverosimilitudes completamente separadas que superar. La desventaja de este estilo de respuesta es que conduce a muchos comentarios centrados en la discusión, centrándose en cómo detallar una de las inverosimilitudes que pueden resolver.
"No conozco ningún país que permita a los adolescentes operar centrales eléctricas por su cuenta". No preguntes, no digas.
Estoy de acuerdo con "no lo haces", sin embargo, la parte que viene después debería ser "en su lugar, construyes un generador termoeléctrico de radioisótopos ". Eso le dará 8kW, y mucho más simple y mucho más seguro que un reactor nuclear real.

Por muchas razones técnicas, usar energía nuclear para casas individuales no es una gran idea. Con la energía nuclear, obtienes muy poca energía para alimentar una casa (RTG), o demasiada y es un desperdicio increíble (fisión, fusión). Y aunque operar un reactor nuclear ya construido no es tan difícil (los marineros lo hacen en barcos nucleares y submarinos, y no exigen una calificación en física para trabajar en la marina), construirlo al estilo de bricolaje no va a terminar bien.

Para empezar, extraer el material fisible es un dolor de cabeza. Se necesitan varias toneladas de roca por cada kilo de uranio, y la mayor parte es U-238 . Deberá refinarlo para aumentar la cantidad de U-235 en la mezcla, o la reacción en cadena no será sostenible (el porcentaje de U-235 depende del tipo de reactor; es más alto para BWR que para PWR , por ejemplo). Y centrifugar uranio no es algo que puedas hacer en tu lavadora.

Construir las barras de uranio que necesita para hacer funcionar su reactor es un proceso muy largo y complejo, y luego debe colocarlas en un reactor cuidadosamente diseñado para encajarlas en posiciones y geometrías precisas. En resumen, podría comprar el reactor y el combustible y operar su propia planta nuclear con algunos gestos aquí y allá; después de todo, hoy en día todo funciona con computadoras, pero para construir uno con repuestos, diría "No". .

El personal de la Marina de los EE. UU. que trabaja directamente con sistemas de energía nuclear requiere una amplia formación en física para sus trabajos. Sitio web de reclutamiento de la Marina para personal alistado
Ni siquiera se molestaría con U. Cargaría espacios en blanco Th232 en reactores grandes y los irradiaría para hacer U233, mezclaría eso con más Th232 para el combustible para el reactor de consumo, que en sí mismo sería un reproductor. Esto sería mucho más seguro por razones anti-proliferación.
Down votó por decir que los reactores nucleares no son difíciles de operar incorrectamente y citó a los marineros como ejemplo, quienes reciben capacitación específica sobre cómo operar uno de una manera similar a ir a la universidad hasta el punto de que las universidades lo cuentan como horas de crédito.
@Anketam Vota a la baja como quieras, pero hay una razón por la cual las universidades cuentan eso como horas de crédito en lugar de convalidar esa formación como un doctorado en física nuclear. En lo que están capacitados es en plomería avanzada. Claro, se les informa sobre los riesgos de la radiación y cómo manejar el combustible nuclear, pero es solo una formación técnica.
@ dan1111 Lejos de suponer, mi respuesta sigue el mismo camino que Antoine Hejlík: podría hacer esto siempre que haya alguna compañía que proporcione tanto el combustible como el reactor. Obtener cualquier cosa por su cuenta está completamente descartado.
Como "bomba nuclear" ex-USN, puedo dar fe del nivel de educación proporcionado y necesario para operar una planta de energía nuclear a bordo de un barco. Estudiamos muchos, muchos temas diferentes relacionados con el funcionamiento de una planta, la transferencia de calor y el flujo de fluidos, la química nuclear, la física nuclear, el cálculo aplicado, la ingeniería eléctrica y electrónica, la ingeniería mecánica, la teoría y el control radiológicos. Pasé muchas, muchas noches muy largas haciendo la tarea.
NO NECESITA enriquecer uranio, puede usar agua pesada como moderador con uranio no enriquecido, esto se llama reactor CANDU . Eso sí, uno pequeño de estos tiene alrededor de 800 MW, por lo que probablemente sea demasiado para un reactor doméstico. :)

Puede inspirarse en lo que hizo el equipo de Enrico Fermi en el laboratorio de via Panisperna. Suponiendo que tiene algún material reparable, también necesitaría:

  • un generador de neutrones
  • un moderador de neutrones (Fermi usó parafina, pero también podría servir agua)

si pones el material fijo en agua y lo irradias con un flujo de neutrones, terminarás rompiendo algún núcleo atómico y generando energía. Esa energía calentará el agua.

Si desea escalar y construir una pila atómica, como hizo Fermi en los EE. UU. con CP-1 , el tamaño aumentará y no podrá alojarlo en su patio trasero.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Contenía 45.000 bloques de grafito que pesaban 400 toneladas cortas (360 t) utilizados como moderadores de neutrones y estaba alimentado por 6 toneladas cortas (5,4 t) de uranio metálico y 50 toneladas cortas (45 t) de óxido de uranio.

y

La pila había funcionado durante unos 4,5 minutos a unos 0,5 vatios. El 12 de diciembre de 1942, la potencia de salida del CP-1 se incrementó a 200 W, suficiente para encender una bombilla. Al carecer de protección de cualquier tipo, era un riesgo de radiación para todos los que estaban cerca, y se continuaron las pruebas a 0,5 W.

Podrían, pero no se les permitirá

Físicamente, en su mundo, sería posible que su escuela secundaria lo construyera. Siempre que tengan acceso al material, podrán apilarlo, literalmente; el primer reactor de la historia se llamó Chicago Pile-1 , y provocó una reacción en cadena.

E incluso hoy en día , los estudiantes de secundaria están haciendo experimentos con reactores nucleares , construyendo los llamados fusores .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este es un reactor de fusión hecho por un estudiante de secundaria.

El principal problema es que estos fusores al no tener un q > 1 , es decir, consumen más energía de la que producen. Sin embargo, los estudiantes de secundaria están creando fusión nuclear.

Lo que hará tropezar a su intrépido estudiante de secundaria no es que no pueda hacerlo físicamente, sino que no se le permitirá hacerlo.

Como se insinuó en Fight Club , puedes hacer cosas bastante destructivas con artículos para el hogar. La propia versión sueca del Radioactive Boy Scout no solo logró llamar la atención de la Autoridad Sueca de Seguridad Radiológica por tratar de hacer un reactor con detectores de humo desechados, sino que también hizo otras cosas, como hacer ricina .

Esto, por supuesto, no está permitido. Cuando se trata de manipular sustancias que pueden ser peligrosas para la vida y el medio ambiente, esto suele estar regulado. Deberá solicitar un permiso para participar en cualquier empresa de este tipo. Esto se aplica especialmente si su empresa dejará algún tipo de residuo peligroso.

Dices "pero haré que él se ocupe de los desechos". Pues no, esto no es aceptable. Podía hacerlo, simplemente depositándolo a 10 metros de profundidad en el suelo. Desde un punto de vista físico esto sería perfectamente seguro. Pero las autoridades reguladoras se enojarían porque esto no está permitido. Cuando se trata de residuos de este tipo, es necesario tratarlos de manera profesional, supervisada y aprobada.

Además, los materiales fisionables, como el uranio, están muy regulados y no se pueden obtener de cualquier manera en el Nukes'R'Us más cercano. Incluso si nunca tiene la intención de poner el uranio en un reactor, es un metal pesado tóxico y no puede jugar con eso, al menos no legalmente.

Vale la pena señalar que puede obtener el combustible para un reactor de fusión del agua. Si necesita un suministro de tritio, se utiliza para las señales de salida autoiluminables.
@Davislor Oh, se pone aún mejor: construye un reactor Polywell y puedes ejecutarlo en Boron . El boro está fácilmente disponible, entre otras cosas, en el aislamiento de fibra de vidrio y otros productos de vidrio de borosilicato, y en cremas para la piel . El mayor problema con la fabricación de un Polywell son los desafíos de ingeniería y (en la vida real actual) que aún no se ha demostrado de manera concluyente que el principio de funcionamiento funcione. Por cierto, esto resolvería el problema de los desechos: el producto final es helio y no hay activación de neutrones.
Aunque un reactor de fusión que rompe incluso realmente está más allá de las capacidades incluso de los laboratorios más avanzados de la Tierra en este momento. Pero seguro que sería genial si funcionara. Otra reacción aneutrónica es entre el hidrógeno, que puedes obtener del agua, y el nitrógeno, que puedes obtener del aire.

Ken Silverstein: The Radioactive Boy Scout: La aterradora historia real de un niño prodigio y su reactor nuclear casero.

Este libro es la respuesta en profundidad a su pregunta. En 1993, David Hahn hizo precisamente eso. El libro es su historia.

El libro fue publicado por primera vez en 2004 (y más tarde el 11 de enero de 2005 como la edición 33673 de la editorial) por Villard con ISBN-10: 0812966600.

El Boy Scout radiactivo fue mi primer pensamiento cuando leí esta pregunta. Aquí hay un enlace a Wikipedia y un artículo sobre él. Lo que propone el OP es técnicamente posible como lo demostró David Hahn, pero, vaya, es una mala idea.
Esa no es una respuesta profunda. Solo está reuniendo materiales radiactivos y contaminando el medio ambiente. No hay ingeniería de planta de energía realista en absoluto, nada que sea útil para nada.
Tuvo éxito en mantener una reacción nuclear en su garaje. Todo lo que se necesita es aumentar el tamaño para obtener una salida de potencia útil. Entonces, es una lista completa de todo lo que se necesita y cómo conseguirlos en el mundo real de los años 90 en Estados Unidos.
@PCSgtL Al hojear el artículo de Wikipedia se verifica que esta no es realmente una respuesta a la pregunta formulada. Hahn no tenía un medio para capturar el calor y generar electricidad, que es lo que pide el OP (8 kW). Además, su reactor no era autosuficiente, también conocido como crítico. (Aunque tal vez quiso decir simplemente que tenía una fuente para impulsar la reacción).

Hace 1700 millones de años, la naturaleza ensambló un reactor de fisión natural en un lugar que ahora se llama Oklo. En aquel entonces, había más U235 en el uranio natural que en la actualidad, por lo que todo lo que se necesitaba era crear una concentración lo suficientemente alta de uranio natural. https://en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor

Esto es Worldbuilding, por lo que podrías ser un alienígena humanoide inteligente que vive en un planeta donde el progreso del polvo de supernova al sistema solar y la vida a las personas se movió más rápido que aquí en la Tierra. En cuyo caso, su sociedad va a tener algunas posibilidades y problemas interesantes. También es posible que la evolución te haya hecho algo más tolerante a la radiación que nosotros, los terrícolas, si hay fuentes de calor geotérmico-nucleares naturales repartidas por todas partes, junto con fragmentos de fisión de vida más corta en el agua subterránea. (Nota: poco de la corteza terrestre actual tiene 1.700 millones de años o más, por lo que el evento de Oklo probablemente no fue el único caso de este tipo, solo el único del que tenemos evidencia).

Más aún, un mundo que orbite una estrella de cuarta generación de alta metalicidad haría que su escenario sea fácil, sin necesidad de extraterrestres. Pero eso es más difícil de explicar en un escenario ficticio que "Encontramos este joven planeta y lo estamos colonizando". Un buen proceso de pensamiento. El grupo colonizador identificaría fácilmente las rocas calientes que se encuentran a su alrededor como una buena fuente de energía, las contendría con ropa protectora hasta que su base de operaciones estuviera en niveles normales y luego usaría las rocas para obtener energía. Un estudiante de secundaria agarra un poco, lo arroja a una turbina construida en casa. Definitivamente un +1!

Su mayor problema con la construcción de un reactor sería que tienen una producción mínima, muy por encima de lo que podría usar.

Podría construir un RTG ( https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator ) en su lugar, aunque probablemente estaría muy por debajo de lo que podría usar.

Solo necesitarías:

  • algo para convertir el calor en electricidad, por ejemplo
    • bomba de calor de pelitro
    • turbinas, que se pueden comprar premontadas
    • una máquina de vapor conectada para impulsar un generador
  • un gran trozo de material radiactivo; No estoy seguro de cuán crítico sería lo que elegiste, siempre que se calentara y no se volviera crítico. Una gran pila de muestras de detectores de humo podría funcionar. Suponiendo que su mundo fuera legal, presumiblemente podría comprar una fuente adecuada.

Y luego probablemente necesitarías quimioterapia, a menos que hayas sido extremadamente cuidadoso...

Un BES-5 RTG con sus 30 kg de uranio enriquecido al 90 % tiene una potencia de 3 kw. Los reactores nucleares TOPAZ tienen una capacidad de más de 6kw.
La quimioterapia podría organizarse muy fácilmente.

El problema con su premisa básica: la promoción de reactores domésticos es doble.

  1. Los reactores se benefician de las economías de escala. Cuesta casi tanto hacer un reactor para una casa como uno para diez casas. Esta sería una política muy ineficiente.
  2. No hay suficiente uranio en el mundo para suministrar un uso generalizado durante un período de tiempo razonable. Podría usar torio, que es mucho más común, pero tiene otros problemas (que es posible que pueda agitar con la mano).

Dicho esto, el torio es muy fácil de conseguir. Los EE. UU. y China tienen montones de ellos como restos de la minería de elementos de tierras raras (tienden a encontrarse juntos).

Es probable que los reactores caseros sean reactores de "bajo rendimiento". Cuanto más concentras los neutrones, más rápida es la reacción. Al tener las fuentes radiactivas más dispersas, se descompondrán a un ritmo más lento. Serían más grandes para cualquier resultado dado, pero no tendrían que ser tan complejos. Los reactores actuales funcionan con una balanza de punto de aguja. Dado que los reactores de baja eficiencia no consumirían su fuente de combustible tan rápido, habría menos desechos radiactivos y los desechos serían más fáciles de manejar. Las varillas "gastadas" actuales todavía están bastante calientes. A menudo deben mantenerse en un baño de agua con agua corriente para evitar que el agua hierva (por qué no hacen un generador de vapor a partir de eso, me he preguntado desde que tenía 10 años).

Si los reactores caseros son legales, es probable que exista algún tipo de infraestructura de eliminación de desechos radiactivos. Solo necesitaría una recogida cada 10 años más o menos. Simplemente llame al 1-800-GLOW-GON.

Usar combustible gastado nuevo para generar más energía simplemente no vale la pena, ya que pronto deja de producir mucho.

Poner en marcha un reactor nuclear requiere que tenga suficiente material fisible para una reacción crítica. Esta cantidad se conoce como la Masa Crítica .

Mucha gente sugiere usar el ciclo de combustible normal de uranio 235, pero la masa crítica para el mineral de uranio de bajo grado (es decir, el porcentaje de uranio que es 235 frente a 238 u otros isótopos) es muy alta, con un 15 % es más de 600 libras, y eso requiere mucho enriquecimiento, el 235 natural es solo alrededor del 0.75%. Esta es la razón por la cual los reactores nucleares generalmente no se construyen con pequeñas potencias, existen límites fundamentales sobre qué tan pequeños se pueden hacer.

En cuanto a la parte de eliminación de desechos de la pregunta, el método estándar de eliminación de desechos nucleares es esencialmente contener el material y colocarlo en un lugar aislado hasta que ya no sea radiactivo, para desechos de vida más larga, este es todavía un problema sin resolver que requiere decenas de miles de años de aislamiento, es probable que esto tampoco funcione bien en su patio trasero.

¿Qué pasa con el actinio?
No se necesita una reacción crítica para poner en marcha un reactor nuclear. Lo necesitas para construir una bomba atómica....
@ user2707001 Una reacción nuclear estable requiere una criticidad (retrasada) (k = 1, pérdida de neutrones = producción) o una fuente de neutrones externa. Las bombas atómicas suelen ser supercríticas (o críticas inmediatas como mínimo)
@ Alpha3031 Creo que entendí mal la palabra "masa crítica", tienes razón. No pensé que el concepto de masa crítica incluye objetos externos al material: un cubo de berilio reducirá significativamente la masa crítica de todo lo que esté dentro, como acabo de enterarme. Aún así, diría que puede permanecer un poco por debajo de la masa crítica y aún tener una salida de calor = potencia significativa. ¿Ya no se llama "reactor nuclear"?
@ user2707001 Eso es calor de descomposición, puede obtenerlo sin ser un reactor, por ejemplo, el rover Curiosity depende del calor de la descomposición de Pu238.

Hay varias formas simples (definidas libremente) de lograr esto sin una planta de reactor voluminosa. Usa el calor de la desintegración radiactiva para generar energía. Elimina la necesidad del recipiente del reactor y de una estructura de refrigeración. Entiendo que esto no es un reactor nuclear, pero es una forma en que un consumidor doméstico podría acceder a la energía nuclear.

Generador de radioisótopos Stirling avanzado

Un generador avanzado de radioisótopos Stirling (ASRG) es un sistema de energía de radioisótopos desarrollado en el Centro de Investigación Glenn de la NASA. Se basa en la idea de crear energía a partir del calor de la descomposición radiactiva del plutonio.

Utiliza una tecnología de conversión de energía de Stirling para convertir el calor de decaimiento radiactivo en electricidad para su uso en naves espaciales.

Un motor Stirling es un motor térmico regenerativo de ciclo cerrado con un fluido de trabajo permanentemente gaseoso. Ciclo cerrado, en este contexto, significa un sistema termodinámico en el que el fluido de trabajo está permanentemente contenido dentro del sistema, y ​​regenerativo describe el uso de un tipo específico de intercambiador de calor interno y almacenamiento térmico, conocido como regenerador. La inclusión de un regenerador diferencia al motor Stirling de otros motores de aire caliente de ciclo cerrado.

Ejemplo de motor Stirling

Lo positivo es que este es un sistema mecánico bastante simple. El inconveniente es que esta unidad producirá 130 vatios de potencia a partir de 1,2 kilos de plutonio-238-dióxido. Para cumplir con sus objetivos de potencia, necesitaría ejecutar varios en serie, o tal vez en su mundo, se superaron las limitaciones técnicas y una unidad producirá la potencia requerida.

Para obtener más información, consulte: https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Stirling_radioisotope_generator

Generador de radioisótopos Stirling

Generador termoeléctrico de radioisótopos

Otra fuente de energía existente es el generador termoeléctrico de radioisótopos. Los aspectos positivos son que esto se puede crear sin partes móviles. El inconveniente es un bajo rendimiento energético.

https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator

termovoltaica

Un generador termovoltaico captura la luz emitida por la fuente térmica y la convierte en energía. Los aspectos positivos son que los termovoltaicos brindan energía constante y confiable sin grandes cantidades de combustible. El inconveniente es que no son muy eficientes. Si su fuente de energía estuviera en una esfera de celdas termovoltaicas, podría ejecutarlas en serie para producir la energía que necesita. Tal vez en su mundo exista una fuente más eficiente de células termovoltaicas, que podría producir los 8.000 vatios de potencia deseada.

https://en.wikipedia.org/wiki/Termofotovoltaica

RTG no son reactores nucleares . No hay una reacción nuclear en cadena sostenida y controlada.
Entiendo que lo que discutí no fue un aparato o estructura en la que se pueda hacer que el material fisionable experimente una reacción nuclear controlada y autosostenida con la consiguiente liberación de energía. Interpreto el espíritu de la pregunta de que las personas construyen sus propios dispositivos generadores de energía en su hogar. El problema es que no hay diseños de reactores que apunten a una fuente de energía de 8KW o algo que sea concebible para uso doméstico. Incluso algo como un microrreactor de sodio Toshiba 4S produce 10 MW y el costo de construirlo superaría cualquier presupuesto doméstico.

Primero, ¿qué quiere decir con "suficientemente eficiente"? El significado de eficiencia es obtener un alto rendimiento con una menor cantidad de combustible. Esto requerirá un sistema altamente refinado, que es... poco probable que alguien por debajo de una empresa especializada lo logre.

En cuanto a la construcción de un reactor: necesitas cuatro componentes básicos. Un reactor propiamente dicho, es decir, un contenedor de material fisionable, es el primero. El segundo es el sistema de enfriamiento, tanto para ayudar a transportar energía para convertirla en electricidad, como para que su reactor propiamente dicho no se derrita en minutos o segundos después de reunir suficiente masa fisionable para que alcance la criticidad. El tercero es un generador de energía. Este es fácil: cualquier turbina de vapor hará el truco. El cuarto es el blindaje.

Para un adolescente, solo el componente del generador sería comprensible y algo posible de construir. Los más problemáticos son los que son más cruciales: el reactor en sí (aunque solo sea debido al increíble nivel de metalurgia requerido. Solo un tubo de acero no funcionará. Los materiales correctos utilizados también son imprescindibles, porque el material de radiación la interacción puede ser muy dañina tanto para el reactor como para cualquier persona a su alrededor, especialmente a largo plazo). La protección contra la radiación es aún más complicada, sin mencionar el trabajo y el conocimiento necesarios para poder ejecutar el sistema en una configuración estable (como referencia, si obtiene una configuración inestable, Chernobyl sucede ... rápidamente).

Esto podría ser factible a nivel universitario, TAL VEZ. Y eso es estirarlo.

Si puede manejar manualmente el problema del combustible, particularmente el problema del combustible para un combustible relativamente enriquecido (U235 o Pu239 o una mezcla serviría), entonces la máquina real no es particularmente complicada, pero querrá poder verter concreto significativo para un escudo biológico.

Un solo elemento de combustible, agua (pesada) enfriada con un reflector de neutrones circundante lo suficientemente cerca como para que la cosa esté ligeramente menos moderada (importante tener un coeficiente de vacío negativo), en un tubo de acero inoxidable sellado de unos 10 m de largo con el nivel del agua extendiéndose a tal vez Sospecho que 5M por encima del combustible podría funcionar en equilibrio entre el vapor (restando la reactividad debido al coeficiente de vacío negativo) y la criticidad retrasada ligeramente superior del sistema. El generador de vapor para el bucle secundario se envolvería alrededor de los pocos metros superiores de la cosa (se dobla como escudo biológico para la gamma de la cadena de descomposición del nitrógeno). ¿Agregar un poco de compuesto de boro al agua pesada para permitir que se acelere ajustando la química del agua y extender la vida útil del combustible al reducir el envenenamiento a medida que aumenta la quema?

También puede haber algunos trucos que puede jugar con la ampliación de Doppler para hacer que la cosa se autorregule de manera más confiable.

@ 10kW térmico, tendría que REALMENTE trabajar para obtener una fusión y probablemente podría diseñar con suficiente masa térmica para lidiar con el calor de decaimiento a corto plazo el tiempo suficiente para que el calor de decaimiento caiga hasta el punto en que la convección y la conducción evitarían que el combustible derritiendo.

IIRC hubo un accidente de criticidad (¿soviético?) Que los dejó con un núcleo de bomba de PU funcionando como un reactor durante algún tiempo con el control siendo el equilibrio entre la expansión del núcleo a medida que se calentaba y el aumento de las pérdidas de neutrones del área de la superficie, sospecho ¡Eventualmente enviaron a alguien para que lo destrozara con un palo!

Si puede agitar manualmente una fuente de muones eficiente en costos de energía, entonces una máquina de fusión catalizada por muones puede ser posible, no estoy seguro de que Hirch / Farnsworth lo haga incluso entonces, pero Bussard Polywell podría hacerlo.

No estoy seguro de que la mayoría de los niños de 14 años tengan la combinación de matemáticas, física y habilidades mecánicas para armar un reactor (ciertamente no habría podido hacerlo en ese entonces).

Hay dos problemas masivos que hacen que esto sea completamente inviable y un tercero que lo limitará.

1) Los reactores basados ​​en uranio requieren una masa crítica de uranio para funcionar. Esto establece un tamaño mínimo para el reactor y desde un punto de vista práctico una potencia mínima. Intentar alimentar una casa con un reactor de uranio es como tratar de impulsar un barco de juguete con el motor de un yate.

Esto se puede evitar con una reacción de torio inducida por neutrones. No se necesita una masa crítica y, por lo tanto, puede funcionar a niveles de potencia más bajos.

2) Blindaje. No importa si está produciendo 8kw u 8gw, el grosor de su blindaje es casi el mismo. Su contención es la misma. Si desea tener algo seguro cerca, simplemente será demasiado grande para el uso doméstico.

3) Piscinas de refrigeración. De nuevo, un problema de blindaje. Son grandes para poner suficiente agua entre usted y las cosas calientes. Una vez más, algo que no cabrá en un hogar.

El problema clave con la construcción de una planta de energía nuclear en el patio trasero es obtener suficientes cantidades de material fisionable de suficiente pureza para alcanzar fácilmente la criticidad con un diseño de reactor crudo. Los depósitos naturales de materiales fisionables se queman bastante temprano en la vida de un planeta, por lo que cuando hayan pasado más de 4 mil millones de años, todo lo que queda es el material que requiere bastante procesamiento para quemarse, y es seguro decir que el procesamiento de minerales naturales en su estado actual en combustible nuclear es algo que está fuera de las capacidades incluso del adolescente más trabajador y precoz.

Pero OP no especificó que este planeta era la Tierra. Si asumimos que su mundo es un planeta geológicamente mucho más joven (alrededor de 2 mil millones de años, más o menos unos pocos cientos de millones), entonces es concebible que los depósitos naturales de materiales fisionables todavía estén por ahí y que puedan ser purificados por procesos químicos simples que cualquier niño puede lograr. Por ejemplo, podría triturar los minerales con un martillo o algún otro medio, lavar el mineral triturado en ácido para poner los fisionables en solución, filtrar la suciedad de su solución y luego elevar el pH de la solución con lejía para hacer que el los fisionables se precipitan. Si comienza con minerales de ley lo suficientemente alta, entonces esto debería ser todo lo que se necesita para obtener combustible nuclear que pueda alcanzar la criticidad.

Entonces nuestro joven ingeniero atómico necesita una pila atómica, y eso puede ser solo una pila... como en una pila de tierra. Ejecute algunas tuberías a través de la pila para extraer calor para impulsar cualquier motor térmico que elija, y algunas otras tuberías a través de las cuales pueda maniobrar moderadores / sumideros de neutrones para regular la salida de energía empujándolos a través de la pila hasta donde está enterrado su combustible. También podría querer enterrar algunos termopares y tal vez otros detectores cerca del combustible para tener una idea de lo que está pasando mientras mueve sus barras de control improvisadas.

La planta de energía nuclear resultante sería tosca, y las posibilidades de accidentes de criticidad inmediata que esterilizarían todo el vecindario serían ridículamente altas, pero este es un planeta joven, lo que significa que los habitantes son colonos de algún otro lugar como las únicas cosas que habrían tenido un posibilidad de evolucionar allí todavía habría cosas como algas y bacterias. Esto deja abierta la posibilidad de una densidad de población bastante baja (patios traseros muy, MUY grandes) y, por lo tanto, una preocupación relativamente limitada sobre lo que hace el vecino en su lado del seto. Si tu vecino más cercano está a unas pocas millas de distancia y no está a favor del viento, ¿qué les importa si te equivocas y haces un cráter brillante detrás de tu casa?

Me gusta esto a primera vista, pero con este tipo de concentración, ¿no sería más adecuado un enfoque de estilo RTG (el principal inconveniente conocido de quién es que requiere mucho material)? Tal vez un evento crítico accidental en la historia empujaría al protagonista en esta dirección. Aún así, +1!
@Mark estuvo de acuerdo, pero OP especificó un reactor, no solo usando calor de descomposición. Tratando de mantenerlo simple y funcional, incluso si es ridículamente peligroso. Omití el diseño del núcleo, pero realmente podría ser tan simple como una cavidad en la pila de tierra revestida con placas de carburo de boro con tuberías a los lados donde el operador de la planta nuclear puede deslizar reflectores de neutrones de carburo de tungsteno para calentar las cosas. Ella vierte su combustible en la cavidad revestida de azulejos, cubre todo con mucha suciedad, luego desliza gradualmente los reflectores de neutrones hasta que los termopares muestran calor. Fácil.
Tiene sentido, y de acuerdo. Tienes que hacerle cosquillas en la cola del dragón en una buena historia para que sea una buena historia de todos modos, así que creo que podría ser un punto de trama decente.

Compre un motor diesel de barco viejo (2 tiempos como son) con un generador adjunto. Perforar el fondo de los cilindros con diámetro reducido. Enhebre los centímetros extra. Compre un montón de tornillos delgados de plutonio puro con un peso de 100 g cada uno con el mismo diámetro. Atornille algunos de ellos en cada cilindro desde la parte inferior, uno encima del otro con una herramienta larga y una barra horizontal; Supongo que se necesitarán alrededor de 40 de ellos por cilindro. 12 cilindros de 4 kg de plutonio cada uno. Cuando su "destornillador" sale del cilindro al rojo vivo, usted pone suficiente plutonio en ese cilindro. Pase al siguiente. Use agua como combustible (use la bomba de combustible para bombearla desde su pozo o lago) y arranque el "motor" usando su motor de arranque original. Si no funciona lo suficientemente rápido, coloque más "tornillos" de plutonio.

El plutonio durará lo suficiente como para que no tengas que preocuparte por su eliminación.

Esto no es un reactor nuclear. Además, tampoco funcionará como un motor efectivo.
no estoy de acuerdo. primero, es un reactor nuclear. ¿por qué no debería serlo? No es realmente efectivo, pero nuevamente tendrá dificultades para construir un reactor nuclear efectivo de 8kw... en realidad hay una razón por la cual las plantas de energía nuclear tienen gigavatios de potencia de salida...
Debe conectar el sistema de refrigeración por agua del motor para que no se derrita todo el motor.
@sphennings En realidad, lo es. Está usando agua en lugar de combustible. Cuando inyecta agua, eso modera el Pu y provoca criticidad hasta que hierve. Si esto sucede lentamente, aumentará la potencia del reactor o viceversa. Esto estrangula el reactor automágicamente. El agua hirviendo impulsa los pistones hacia arriba. La falla es necesitar un refrigerante que no sea un moderador.
Guau. 48 kg de plutonio puro. Espere mientras salgo de la ciudad... Esta es varias veces la masa crítica necesaria para una bomba.
Cierto, eso es mucho. Puede reducir la cantidad de plutonio necesaria agregando una capa de berilio (haciendo cosquillas en la cola del dragón...) alrededor de los "tornillos" de plutonio o usando un motor de barco con una cantidad menor de cilindros, por ejemplo, Detroit Diesel Serie 92 con 6 cilindros. La mitad del plutonio. Pero realmente no hay razón para que abandones la ciudad. Apuesto a que obtendrá más exposición a la radiación de una central eléctrica de carbón que a varios kilómetros de distancia de este reactor.

Puedes hacerlo

Primero hazte con algún material fisionable. El uranio-235 se puede desenterrar.

Asegúrate de que sea bastante puro, e idealmente cómpralo en varillas.

Ahora meta esas varillas en una caldera conectada a una máquina de vapor.

Usa el motor para impulsar tu generador de electricidad.

Marcas extra por reutilizar el agua condensándola desde la salida de vapor. Puede utilizar el calor residual para calentar la casa o para calentar la piscina, como desee.

Creo que el uranio no es lo suficientemente activo como para calentar sensiblemente el agua solo. lata de polonio
@ L.Dutch, el uranio 235 es fisionable y definitivamente calentará el agua. Entonces, cuando desentierras tu uranio, necesitas purificar el 0,75 % que es uranio 235. Es por eso que las centrífugas tienen demanda...
Entonces, una vez que construyas esto, ¿cuánto tiempo puedes mantenerlo funcionando antes de que las cantidades masivas de tumores que brotan por todo tu cuerpo te impidan reabastecerte de combustible?
¡Solo desentierra un poco de uranio y purifícalo! Eso es tan fácil que los actores estatales (por ejemplo, Irán) lo han estado intentando durante décadas con un éxito desigual. Un adolescente debería poder hacerlo fácilmente, ¿verdad?
@snowman, la pureza necesaria para una fuente de calor no se parece en nada a la pureza requerida para las armas de destrucción masiva. Sin embargo, nuestro amigo adolescente necesitará una fuente lista de azufre, fluorita y amoníaco, así como una centrífuga de gas que pueda manejar hexafluoruro de uranio. Y un buen conjunto de química, y la voluntad de morir por jugar con algunos de los productos químicos más desagradables que existen, pero eso es evidente.
@snowman adolescente del primer mundo contra militares del tercer mundo.
Sí, los metales radiactivos aptos para armas son muy difíciles de fabricar. Sin embargo, los minerales que puede extraer del suelo todavía no son lo suficientemente puros como para ponerlos en un reactor para generar calor. Un adolescente no tiene educación ni dinero, al menos, nada parecido a lo que requiere la química nuclear. Incluso una nación del tercer mundo tiene dinero (militar, élite política, incluso si la gente está empobrecida), educación (envía a los más inteligentes a otros países para obtener títulos en ciencias, incluso NK hace esto), y la pieza ocasional del mercado negro de tecnología nuclear.
@snowman puede obtener criticidad del uranio natural no enriquecido. Chicago Pile lo hizo, los reactores de Hanford lo hicieron, CanDU puede hacerlo, los reactores RBMK están diseñados para poder hacerlo, pero tienen un desagradable problema de coeficiente de vacío positivo cuando lo hace. En un B/PWR más seguro, también puede hacerlo, pero el núcleo y, por lo tanto, el recipiente deberán ser más grandes y un desafío para la fabricación y el transporte.

Con mucho, la forma más fácil sería comprar una compañía eléctrica que ya está planeando construir una central nuclear. Cuando suba la cerca de seguridad, construya una vivienda real para usted en la entrada en lugar de la cabaña de seguridad prefabricada habitual. Haga que la puerta trasera se abra dentro de la valla.

Ahora puedes construir el reactor nuclear en tu patio trasero.

¡Bienvenido a la construcción de mundos! Un pensamiento sobre su respuesta: la persona que construye un reactor en el patio trasero es un niño de secundaria, por lo que no estoy seguro de que su respuesta sea viable. ¿Cómo planeas que una persona de ~17 años tenga cerca de los recursos necesarios para comprar una casa, y mucho menos una planta de energía completa?
Supongo que la respuesta a "¿Cuáles son todas las cosas que necesito?" es entonces: un papi multimillonario con conexiones políticas.
Cuando eres Tony Stark, comprar un reactor nuclear para tu patio trasero es bastante fácil. El punto es que hemos tenido Sci-Fi que se ha vuelto mucho más loco y ha llegado muy bien al mercado. +1 por respuesta creativa, pero un comentario de que no creo que esto sea lo que quería el usuario.

Es fácil construir y hacer funcionar un reactor nuclear. No tengo la respuesta sobre cómo construirlo porque está clasificado. El problema es después de haberlo ejecutado por un tiempo. Los neutrones se propagan y todo comienza a volverse radiactivo. El agua que usas para enfriarlo se vuelve radioactiva. El blindaje para detener la radiación se vuelve radiactivo. La radiación degrada la electrónica de forma similar a como mueren las células humanas por la exposición a la radiación. Ver problemas de limpieza de Chernobyl