В последнее время многие фирмы, специализирующиеся на установке систем молниезащиты, начали активно пропагандировать новинку на рынке молниеприемников - системы упреждающей стримерной эмиссии - ESE (Early Streamer Emission System). По замыслу ее создателей ионизация воздуха вокруг острия активного молниеприемника позволяет инициировать встречный стример при приближении лидера разряда молнии за значительно менее длительный промежуток времени, чем это имеет место для классического пассивного молниеприемника. Теоретически площадь зоны защиты подобного устройства должна также превышать подобный показатель для классической модели. То есть, установив на крыше один приемник ESE и укрепив на стене только один опуск к заземлению мы «накрываем» защитным колпаком всю крышу и установленные на ней устройства. Так, при высоте системы ESE 6 м над кровлей диаметр защищаемой площади составляет 80 м и позволяет не заморачиватся с креплением молниеприемной сетки и опуском токоотводов через каждые 20 м периметра крыши. Помимо этого существенным преимуществом использования системы ESE является минимальное изменение внешнего облика защищаемого строения – в пределах видимости находится только молниеприемник, а опуск можно довольно легко «задрапировать».

Однако в реальной жизни не все так безоблачно, как в рекламных проспектах. Для начала вызывает настороженность отсутствие методики расчета зон защиты. Для этого производители предоставляют готовые таблицы. Учитывая сложность моделирования разряда молнии, предлагаемая для объяснения принципа работы системы упреждающей стримерной эмиссии упрощенная схема вызывает довольно много вопросов, на которые в данный момент нет исчерпывающих ответов. Также настораживает отсутствие безоговорочного признания преимуществ подобных систем авторитетными экспертными организациями.

Однако в этом вопросе не все так однозначно, как в рекламных проспектах. Первые утверждения о неэффективности применения систем упреждающей стримерной эмиссии для защиты от удара молнии прозвучали в 2004 году на форуме, организованном Ассоциацией инженеров-консультантов Малайзии (АСЕМ) для обсуждения различных аспектов применения нетрадиционных молниеприемников. В 2005 году серьезность этой проблемы осознали в ICLP (International Conference on Lightning Protection), авторитетной научно-технической организации, занимающейся вопросами практического применения средств молниезащиты. Активное обсуждение вопросов эффективности и безопасности применения систем ESE вызвало довольно резкую и не совсем адекватную реакцию со стороны французской промышленной ассоциации GIMELEC, которая на предложение ICLP предоставить для обсуждение на проводимой 23-26 июня 2008 в шведском городе Упсала (Uppsala, Sweden) международной конференции практическое подтверждение эффективности применения систем ESE, начала угрожать ICLP подачей исков за нанесение ущерба. В апреле 2009 года Европейский комитет электротехнической стандартизации (CENELEC) принял постановление D134/037 с требованием к европейским странам привести нормативную документацию по установлению средств молниезащиты в соответствие с требованиями EN 62305. Несмотря на все усилия французских производителей активной молниезащиты, стандарт NFC 17-102 (который по своей сути является спецификацией системы ESE) так и не был приведен в полное соответствие с EN 62305 (IEC-62305), поэтому на данный момент формально применение систем упреждающей стримерной эмиссии в Европе является нелегитимным.

Фирмы по установке молниезащиты можно понять – активная система монтируется и проектируется гораздо проще, но учитывая ее далеко не символическую стоимость и совсем неоднозначные утверждения о ее стопроцентной надежности, лучше все-таки отдать предпочтение проверенной десятилетиями классической схеме, чтобы не стать жертвой существующего и в «просвещенной» Европе лохотрона. Лет через десять-пятнадцать, с накоплением статистических данных, будет точно известно, чего на самом деле стоит применение упреждающей стримерной эмиссии для защиты от дара молнии.

Тэги: ese, активный, молниезащита, система, стримерный, упреждающий, эмиссия
Комментарии | Постоянная ссылка

Практически во всех моделях наземных РИТЭГов используются источники тепла на основе изотопа стронция Sr-90 (РИТ-90). Конструктивно РИТ-90 состоит из радионуклидной топливной таблетки (РТТ), цилиндрического корпуса, уплотняющего диска, внутренней и наружной крышек. С 1964 года опытно-промышленное производство источников тепла на основе стронция-90 осуществлялось на ФГУП "ПО "Маяк" (г. Озерск, Южный Урал). На начальных этапах для изготовления РТТ использовали керамическую топливную композицию из титаната стронция SrTiO₃, позже – из стронций-боросиликатного стекла. До 1983 года для элементов корпуса применялась нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, а в последующем - стойкие к коррозии и жаропрочные сплавы ХН30ВМТ и ХН65МВ (тип РИТу-90). Только за период с 1980 по 1992 год на ФГУП "ПО "Маяк" было изготовлено 1082 стронциевых источника тепла. Сегодня на этом предприятии занимаются утилизацией отработанных РИТ-90. Различные модели РИТ отличаются зависящим от размеров топливной таблетки номинальным значением теплового потока и, соответственно, мощностью.
На базе РИТ-90 специалистами ФГУП ВНИИТФА (Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации) было разработано и пущено в серийное производство 9 типов РИТЭГов с довольно широким разнообразием характеристик. Их основным производителем в советские времена был расположенный в эстонском г. Нарва завод «Балтиец». В зависимости от типа в РИТЭГе может находиться от одного до шести РИТ-90 различных моделей. Так в наиболее массовом генераторе типа Бета-М используется один РИТ-90-230, один источник тепла и у РИТЭГ типа ИЭУ-2 - РИТ-90-580, а вот у более мощных генераторов типа Горн – два РИТу-90-352 и один РИТу-90-387, у РИТЭГ типа ИЭУ – три РИТ-90-530 и три РИТ-90-180. В 1999-2002 годах специалистами ВНИИТФА был создан РИТ нового поколения на основе плутония-238, на базе которого ЭМЗ «Авангард» начал производство РИТЭГ-238-0,1/15 или «Ангел». Этот относительно небольшой прибор весом 0,5 кг и электрической мощностью 0,15 Вт способен в течении 10 лет обеспечивать космические, морские и наземные объекты постоянным током напряжением 15 В.

Используемый в РИТ изотоп стронция (⁹⁰Sr) является источником β^--частиц (электронов), которые возникают при распаде его ядра и переходе в радиоактивный изотоп иттрия (⁹⁰Y), который также претерпевает β^-распад, результатом которого является стабильный изотоп циркония (⁹⁰Zr). Возникающие при распаде стронция «мягкие» β-частицы с граничной энергией 546 кэВ поглощаются в оболочке РИТ, способствуя ее разогреву и практически не приводят к возникновению ощутимого вторичного гамма-излучения. А вот при распаде иттрия β-частицы с граничной энергией 2274 кэВ при поглощении в оболочке источника тепла толщиной 5-12 мм вызывают вторичное тормозное гамма-излучение, уровень радиации (мощность экспозиционной дозы) которого достигает 400-800 Р/ч на расстоянии 0,5 м и 100-200 Р/ч в 1 м от РИТ-90. Такая физическая величина, как уровень радиации (мощность экспозиционной дозы) характеризует интенсивность излучения и определяет скорость накопления дозы облучения. То есть, чем больше уровень радиации (фон), тем меньше времени нужно для того, чтобы полученная человеком доза облучения достигла предельно допустимой. Мощность экспозиционной дозы показывает приращение за единицу времени экспозиционной дозы (измеряется в рентгенах). Сама экспозиционная доза характеризует основное свойство радиоактивного излучения - ионизационный эффект. Ее количественной мерой является степень ионизации воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт.ст. Преимущественное большинство приборов оперативного радиационного контроля осуществляют измерение именно экспозиционной дозы.
Поскольку у разных изотопов при одинаковой массе распад происходит с различной скоростью, а определение количества радиоактивного вещества по его массе затруднительно в силу того, что оно обычно находится в смеси с другими веществами, принято оценивать количество радиоактивного вещества по его активности. Под активностью понимают количество радиоактивных распадов ядер атомов за единицу времени (распад в секунду) и измеряют в кюри. Кюри (Ки) - это такое количество радиоактивного вещества, в котором за секунду происходит 37 млрд. или 3,7∙10¹⁰ распадов ядер атомов. Для одного РИТЭГ в зависимости от типа номинальная активность по материнскому стронцию на дату изготовления составляет от 35 тыс. до 510 тыс. кюри (во время Чернобыльской катастрофы из разрушенного четвертого блока было выброшено 50 млн. Ки, а общая активность выпущенных РИТЭГов с учетом дочернего радионуклида иттрия-90 составляет около 100 млн. Ки). В международной системе единиц (СИ) активность измеряют в беккерелях (Бк), принимая за один беккерель один распад в секунду. Соотношение между единицами – 1 Ки = 3,7∙10¹⁰ Бк.
Повреждение живых организмов при воздействии радиоактивного излучения зависит от величины переданной излучением энергии и определяется поглощенной дозой, измеряемой в системе СИ в грэях (Гр) (количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела). Один грэй соответствует воздействию экспозиционной дозы в 100 рентген. В свою очередь в системе СИ единицей измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения является зиверт (Зв), который определяется как количество энергии, поглощённое единицей массы биологической ткани, воздействие которой на эту ткань соответствует поглощенной дозе в 1 Гр. Поскольку различные виды ионизирующего излучения по разному воздействуют на живые организмы, зиверт и грэй связаны соотношением 1 Зв = 1 Гр∙К, где коэффициент качества К равен единице для рентгеновского, γ- и β-излучения, а для α-излучения К = 20. То есть, если на местности наблюдается естественный радиоактивный фон равный 20 мкР/час, то за один час пребывания в этом месте живой организм получит эквивалентную дозу 0,2 мкЗв, а за год – около 1,8 мЗв.
Мощность эквивалентной дозы тормозного излучения на расстоянии одного метра заключенного в стальной корпус РИТ-90 составляет в среднем 1 – 2 Зв/час и может достигать 5,4 Зв/час. При этом нужно учитывать, что если человеку не будет в кратчайшие сроки оказана специализированная медицинская помощь, смерть наступает в 50 % случаев при однократном равномерном облучении дозой 3-5 Зв в течение 30-60 суток, 5-15 Зв – 10-20 суток, свыше 15 Зв – 1-5 суток. Опасность представляет также загрязнение окружающей территории радиоактивными микрочастицами топливной композиции в случае нарушения герметичности оболочки РИТ-90. Поэтому для безопасной эксплуатации на РИТЭГах устанавливалась многослойная биологическая защита обедненного урана, свинца, нержавеющей стали и алюминия. Также нужно не забывать, что равный 29.12 годам период полураспада ⁹⁰Sr означает, что по истечении этого периода распадется только половина активных ядер содержащегося в РИТ стронция, а 50% от начального числа будут продолжать «фонить», еще через 29.12 лет (или 58.24 после начала эксплуатации) останется четверть от начального числа активных ядер, через следующие 29.12 лет (87.36 от начала эксплуатации) – одна восьмая и т. д. То есть, безопасными для биосферы РИТ-90 станут только по прошествии 900 – 1000 лет.
Недостаточное финансирование работ по контролю безопасности эксплуатации и бесхозяйственность привели к тому, что РИТЭГи стали источником не предполагаемой угрозы терроризма, а реальной угрозы здоровью и жизни людей. Поскольку РИТЭГ является источником тепла (температура на поверхности РИТа достигает 500⁰С), возле него грелись охотники и оленеводы, а в некоторых случаях даже забирали, используя в дальнейшем для обогрева жилища. Хотя официально подобный случай подтвержден только в 2002 году в Грузии, где, найдя в лесу РИТЭГ, высокие дозы облучения получили жители села Лия Цаленджихского района. Были зафиксированы также вызванные повреждением конструкции случаи повышения радиационный фон возле установок (мыс Нутэвги, о-в Нунэанган, мыс Чаплина, о-в Чеккуль, мыс Шалаурова изба, мыс Малая Баранихав и мыс Наварин в Чукотском АО; мыс Макар в Якутии). Но наибольшая опасность исходила и продолжает исходить от охотников за драгоценными металлами, от которых установленные еще при СССР РИТЭГи не имеют никакой вандалозащиты. В 1998 году в Сахалинской обл. разобранный РИТЭГ был обнаружен в пункте сбора металлолома (Корсаковский порт), в 1999 году трагический инцидент случился в Ленинградской области – РИТ-90 без биологической защиты обнаружили в 50 км. от разграбленного маяка на автобусной остановке в городе Кингисеппе. Погибло по меньшей мере трое участников хищения, а количество получивших существенные дозы облучения не определено. В 2001 году в Мурманской обл. в центре экологического туризма - Кандалакшском заповеднике на одном из островов с маяков были похищены три генератора и два вора получили высокие дозы облучения. Самым урожайным выдался 2003 год, который ознаменовался разграблением РИТЭГа на мысе Пихлисаар Кургальского полуострова в Ленинградской обл. (вандалы бросили РИТ в 200 метрах от маяка в Балтийское море); похищением биологической защиты на острове Голец в Белом море; разборкой двух термогенераторов Северного флота в губе Оленьей и на острове Южный Горячинский в Кольском заливе; потерей РИТЭГа на пункте Кувэквын в Чаунском районе Чукотский АО, который официально или похоронен в песке после сильного шторма или похищен неизвестными. В 2004 году охотники за драгметаллами «напади» на РИТЭГ Тихоокеанского флота близ посёлка Валентин в Лазовском районе Приморского края.
Подобные инциденты вызвали серьезную обеспокоенность западных стран, особенно в приграничных районах Норвегии, которая, в конце концов, инициировала оказание России финансовой и технической помощи для утилизации РИТЭГов.

Комментарии | Постоянная ссылка

В романе известного классика научной фантастики Айзека Азимова «Фонд» одним из последствий упадка галактической Империи и наступления времени хаоса и дикости является утеря способности управлять ядерной энергией – техники еще в состоянии обслуживать действующие установки, но уже нет специалистов, способных создавать новые. Путешествие по Северу Российской Федерации в наши дни может служить иллюстрацией к упомянутой книге великого фантаста. Брошенные на произвол судьбы РИТЭГИ и разграбленные охотниками за цветными металлами маяки служат отличным фоном для начальной стадии упадка пока еще не галактической империи, а только СССР.

РИТЭГ – это радиоизотопный термоэлектрический генератор, использующий для работы тепловую энергию радиоактивного распада стронция-90 или плутония-238. Своим появлением эти генераторы обязаны развитием космонавтики. Поскольку химические аккумуляторные батареи оказались несостоятельными для осуществления энергоемких проектов в космическом пространстве, возникла насущная необходимость в создании новых источников электроэнергии. Относительно дешевым и простым в реализации был вариант использования солнечных батарей, но на тот момент он имел два довольно существенных недостатка – быстрая деградация самих батарей и невозможность обеспечения оборудовании электроэнергией в моменты, когда космический аппарат находился в теневой зоне, что приводило к необходимости подключения имеющих существенную массу и ограниченный срок службы химических аккумуляторов (это при том, что на счету был каждый грамм полезного груза). Другой вариант предусматривал использование автономных устройств с ядерными источниками энергии, способных работать довольно длительное время без дозаправки.

В 1955 году в США стартовала программа SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power - вспомогательные ядерные энергетические установки), целью которой являлась разработка устройств генерации электроэнергии за счет тепла, выделяемого либо при распаде радиоактивных изотопов, либо при делении ядер урана в небольших ядерных реакторах (генераторам этого типа присваивались четные номера). 29 июня 1961 года в США был запущен созданный специалистами Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory навигационный спутник «Transit 4A», на котором впервые для работы в космическом пространстве применялся термоэлектрический генератор SNAP-3, использующий для работы изотоп плутоний-238.

Американский зонд Surveyor V, который в 1967 году осуществил химический анализ лунного грунта, был снабжен SNAP-11 на изотопе кюрия-242. Использующие изотоп плутония-238 РИТЭГи SNAP-19 были установлены на зонде Pioneer-10, первом созданном человеком космическом аппарате который в 1983 году покинул пределы Солнечной системы, и на Viking-1, который 20 июля 1976 года первым совершил посадку на поверхность Марса. В рамках американской лунной программы (ALSEP) пять генераторов на изотопах плутония-238 SNAP-27 были оставлены на Луну для обеспечения электропитанием исследовательской аппаратуры космическими кораблями Apollo-12, 14, 15, 16 и 17.

В СССР первые космические аппараты с радиоизотопными источниками энергии были запущены в 1965 году – спутники «Космос-84», «Космос-90» в качестве источника питания использовали РИТЕГи «Орион-1» на основе полония-210. А на бороздивших просторы поверхности Луны в «Луноходе-1» (1969-1970 гг.) и «Луноходе-2» (1973 г.) радиоизотопный источник тепла (РИТ) на основе полония-210 использовался в тепловых блоках системы обогрева приборных отсеков «11К».

Кроме космического пространства и на планете Земля есть немало удаленных от благ цивилизации мест, где для работы оборудования необходимы автономные источники электропитания – навигационные маяки и буи, метеостанции, стационарные геофизические приборы и другое научное и военное оборудование.

В США разработку наземных РИТЭГов в 1960 году начала фирма Martin-Marietta Corp., которая в рамках программы SNAP разработала серию устройств на изотопе стронция-90: SNAP-7A мощностью 10 Вт для питания световой аппаратуры навигационного буя (1962г., бухта Кертис шт. Мэриленд); SNAP-7B мощностью 60 Вт для питания световой и акустической аппаратуры маяка (1964г., Балтимор шт. Мэриленд); SNAP-7С мощностью 10 Вт для электроснабжения аппаратуры автоматической метеостанции ВМФ (1962г. Антарктида,); SNAP-7D мощностью 60 Вт для плавучей метеостанции ВМФ (1964г. Мексиканский залив); SNAP-7E мощностью 7,5 Вт для аппаратуры подводного акустического маяка ВМФ (1964г., на глубине 4500 м возле побережья Флориды); SNAP-7F мощностью 60 Вт для электроснабжения контрольно измерительной аппаратуры буя (1965г., 1964г. Мексиканский залив). В 1966 году ВМФ США на безлюдном острове Феруей Рок (Fairway Rock Island) в Беринговом проливе возле побережья Аляски для электроснабжения океанографического оборудования были установлены 25 Вт РИТЭГи LCG 25A на изотопе стронция-90, которые эксплуатировались до 1995 года. Сегодня в США технология создания радиоизотопных источников энергии продолжает активно развиваться, имея в структуре министерства энергетики США свой отдел систем радиоизотопной энергии.

В СССР насущная необходимость в создании и применении наземных РИТЭГов была обусловлена активным использованием Северного морского пути – кратчайшего морского пути между его Европейской частью и Дальним Востоком. Поскольку спутниковых систем навигации в то время не существовало, безопасность плавания обеспечивалась сетью маяков, радиомаяков и метеостанций, расположенных на побережьях морей Северного Ледовитого и Тихого океанов. Места эти до сих пор остаются практически незаселенными, поэтому применение для работы навигационного оборудования не требующих присутствия персоналов РИТЭГов являлось более чем оправданным. Начиная с 60-х годов ХХ века специалистами ВНИИТФА (Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации) было разработано 10 типов РИТЭГов с довольно широким разнообразием характеристик и сроком эксплуатации около 10 лет. Их серийное изготовление в советские времена осуществлялось на единственном заводе «Балтиец» в эстонском г. Нарва. Сегодня это предприятие именуется «Balti EES» и к РИТЭГам не имеет никакого отношения, но самое печальное в том, что в результате всех пертурбаций была утеряна информация о том, куда и в каких количествах поставлялись генераторы. Но точно известно, что к концу тысячелетия все они уже исчерпали свой ресурс и нуждаются в утилизации. Согласно имеющимся данным в СССР было изготовлено около 1500 РИТЭГов, приблизительно 1000 из них перешла во владение Российской Федерации, где их собственниками стали министерство обороны, министерство транспорта, министерство природных ресурсов и Росгидромет. Следить за установками, принадлежащими трем последним ведомствам, было поручено Федеральной службе по атомному надзору, а за военными РИТЭГами надзирает само министерство обороны. Эти ведомства не посчитали нужным тратиться на утилизацию столь опасной собственности, а зачастую даже не предприняли никаких усилий для надлежащего хранения вышедших из эксплуатации генераторов.

Тэги: snap
Комментарии | Постоянная ссылка