Как можно получить электроэнергию из ядерной энергии?

В настоящее время на атомных электростанциях электричество получают путем нагрева/генерации пара для привода турбин. Существует ли другой способ (даже теоретический), с помощью которого мы могли бы получать электричество из ядерной энергии? Если да, то какова будет эффективность такого процесса?

ОТВЕТ

При индуцированном нейтронами делении ядер получается энергия около 200 МэВ. Эта энергия распределяется между:

• кинетическая энергия осколков деления - около 165 МэВ (диапазон менее 1 мм)
• кинетическая энергия мгновенных нейтронов - около 5 МэВ (диапазон около 10 см)
• гамма-излучение - 15 МэВ (дальность до 1 м)
• бета-излучение с временной задержкой - 7 МэВ (диапазон менее 1 мм)
• гамма-излучение с временной задержкой - 6 МэВ (дальность до 1 м)
• антинейтрино - 10 МэВ (диапазон практически бесконечен)

Из этого списка, глядя на диапазон рассматриваемых частиц, мы можем сохранить практически всю энергию в реакторе, за исключением антинейтрино. Эта энергия преобразуется в тепловую энергию, то есть нагревает теплоноситель в реакторе. Только процесс преобразования тепловой энергии в электрическую в электрогенераторе (идентичном обычным электростанциям) приводит к потерям и имеет КПД около 30-40%.

Чисто теоретически можно представить, что, подобно тому, как у нас есть солнечные батареи, то есть фотоэлементы, преобразующие энергию падающих фотонов в электричество, мы могли бы создать их эквиваленты для осколков деления или бета-излучения. Для последнего процесса такие устройства существуют и называются бета-вольтаическими и используются для создания батарей, применяемых, например, в кардиостимуляторах или космических зондах. Однако эффективность этого процесса невысока - всего несколько процентов. Гамма-лучи и нейтроны слишком проникающие, чтобы создать такой эквивалент, поэтому эта часть энергии будет потеряна. Более того, трудно представить себе практическую реализацию этой идеи. Проблема будет заключаться, например, в том, как распределить топливо, которое должно находиться в очень тонких слоях между панелями, или как позаботиться о сроке службы используемых электронных компонентов, которые быстро разрушаются в результате реакции с нейтронами.