Uwolnienie energii jądrowej. Energia atomowa. Wykorzystanie energii atomowej i bezpieczeństwo radiacyjne

Chociaż jądro składa się z nukleonów, jednak masa jądra nie jest tylko sumą mas nukleonów. Energia, która utrzymuje te nukleony razem, jest obserwowana jako różnica masy jądra i mas wchodzących w jego skład poszczególnych nukleonów, aż do współczynnika c 2 , który wiąże masę i energię równaniem E = m c 2 . (\displaystyle E=m\cdot c^(2).) Zatem wyznaczając masę atomu i masę jego składników można wyznaczyć średnią energię na nukleon trzymający ze sobą różne jądra.

Z wykresu widać, że bardzo lekkie jądra mają mniejszą energię wiązania na nukleon niż jądra nieco cięższe (po lewej stronie wykresu). To jest powód, dla którego reakcje termojądrowe (czyli fuzja lekkich jąder) uwalniają energię. I odwrotnie, bardzo ciężkie jądra po prawej stronie wykresu mają niższe energie wiązania na nukleon niż jądra o średniej masie. Pod tym względem rozszczepienie ciężkich jąder jest również korzystne energetycznie (to znaczy następuje wraz z uwolnieniem energii jądrowej). Należy również zauważyć, że podczas stapiania (po lewej stronie) różnica mas jest znacznie większa niż podczas rozszczepiania (po prawej stronie).

Energia potrzebna do całkowitego podzielenia jądra na poszczególne nukleony nazywa się energia wiązania mi z rdzenia. Specyficzna energia wiązania (czyli energia wiązania na nukleon, ε = mi z / A, gdzie A- liczba nukleonów w jądrze lub liczba masowa), nie jest taka sama dla różnych pierwiastków chemicznych, a nawet dla izotopów tego samego pierwiastka chemicznego. Energia właściwa wiązania nukleonu w jądrze waha się średnio od 1 MeV dla jąder lekkich (deuter) do 8,6 MeV dla jąder o średniej masie (o liczbie masowej ALE 100 ). Do ciężkich jąder ( ALE≈ 200 ), energia właściwa wiązania nukleonu jest mniejsza niż jąder o średniej masie o około 1 MeV, tak że ich przemianie w jądra o średniej masie (podział na 2 części) towarzyszy uwolnienie energii w ilości około 1 MeV na nukleon lub około 200 MeV na rdzeń. Przekształcenie lekkich jąder w cięższe jądra daje jeszcze większy przyrost energii na nukleon. Na przykład reakcja połączenia jąder deuteru i trytu

1 Z 2 + 1 Z 3 → 2 He 4 + 0 n 1

towarzyszy uwolnienie energii 17,6 MeV, czyli 3,5 MeV na nukleon.

Rozszczepienia jądrowego

Pojawienie się 2,5 neutronów na rozszczepienie umożliwia przeprowadzenie reakcji łańcuchowej, jeśli przynajmniej jeden z tych 2,5 neutronów może wytworzyć nowe rozszczepienie jądra uranu. Zwykle emitowane neutrony nie rozszczepiają natychmiast jąder uranu, ale najpierw muszą zostać spowolnione do prędkości termicznych (2200 m/s przy T=300 K). Spowolnienie osiąga się najskuteczniej za pomocą otaczających atomów innego pierwiastka o małej A, takich jak wodór, węgiel itp. materiału zwanego moderatorem.

Niektóre inne jądra mogą również rozszczepiać się, wychwytując wolne neutrony, takie jak 233U lub 239. Możliwe jest jednak również rozszczepienie za pomocą szybkich neutronów (wysokiej energii) takich jąder jak 238 U (jest to 140 razy więcej niż 235 U) lub 232 (jest to 400 razy więcej niż 235 U w skorupie ziemskiej).

Elementarną teorię rozszczepienia stworzyli Niels Bohr i J. Wheeler przy użyciu jądra kropli modelu .

Rozszczepienie jądrowe można również osiągnąć za pomocą szybkich cząstek alfa, protonów lub deuteronów. Jednak te cząstki, w przeciwieństwie do neutronów, muszą mieć wysoką energię, aby pokonać barierę kulombowską jądra.

Uwolnienie energii jądrowej

Wiadomo, że egzotermiczne reakcje jądrowe uwalniają energię jądrową.

Zwykle w celu uzyskania energii jądrowej stosuje się reakcję łańcuchową jądrową do rozszczepienia jąder uranu-235 lub plutonu, rzadziej innych ciężkich jąder (uranu-238, toru-232). Jądra są dzielone, gdy uderza w nie neutron i uzyskuje się nowe neutrony i fragmenty rozszczepienia. Neutrony rozszczepienia i fragmenty rozszczepienia mają dużą energię kinetyczną. W wyniku zderzeń fragmentów z innymi atomami ta energia kinetyczna szybko zamienia się w ciepło.

Innym sposobem na uwolnienie energii jądrowej jest fuzja termojądrowa. W tym przypadku dwa jądra lekkich pierwiastków łączy się w jeden ciężki. W naturze takie procesy zachodzą na Słońcu iw innych gwiazdach, będących głównym źródłem ich energii.

Wiele jąder atomowych jest niestabilnych. Z biegiem czasu niektóre z tych jąder spontanicznie przekształcają się w inne jądra, uwalniając energię. Zjawisko to nazywa się rozpadem radioaktywnym.

Zastosowania energii jądrowej

Dział

Obecnie ze wszystkich źródeł energii jądrowej energia uwalniana podczas rozszczepiania ciężkich jąder ma największe praktyczne zastosowanie. W warunkach niedoboru zasobów energetycznych energia jądrowa w reaktorach rozszczepienia jest uważana za najbardziej obiecującą w nadchodzących dziesięcioleciach. W elektrowniach jądrowych energia jądrowa jest wykorzystywana do wytwarzania ciepła wykorzystywanego do wytwarzania energii elektrycznej i ogrzewania. Elektrownie jądrowe rozwiązały problem statków o nieograniczonym obszarze żeglugi (

Energia zawarta w jądrach atomowych i uwalniana podczas reakcji jądrowych i rozpadu radioaktywnego.

Według prognoz paliwa organiczne wystarczą na zaspokojenie potrzeb energetycznych ludzkości przez 4-5 dekad. Energia słoneczna może stać się w przyszłości głównym źródłem energii. Okres przejściowy wymaga źródła energii, która jest praktycznie niewyczerpalna, tania, odnawialna i nie zanieczyszcza środowiska. I choć energetyka jądrowa nie spełnia w pełni wszystkich tych wymagań, rozwija się bardzo dynamicznie i wiąże się z nią nasza nadzieja na rozwiązanie globalnego kryzysu energetycznego.

Uwolnienie energii wewnętrznej jąder atomowych jest możliwe poprzez rozszczepienie jąder ciężkich lub syntezę jąder lekkich.

Charakterystyka atomu. Atom dowolnego pierwiastka chemicznego składa się z jądra i krążących wokół niego elektronów. Jądro atomu składa się z neutronów i protonów. Nazwa zwyczajowa protonu i neutronu to termin nukleon. Neutrony nie mają ładunku elektrycznego protony są naładowane dodatnio, elektrony - ujemne. Ładunek protonu jest równy modułowi ładunku elektronu.

Liczba protonów jądra Z pokrywa się z jego liczbą atomową w układzie okresowym Mendelejewa. Liczba neutronów w jądrze, z kilkoma wyjątkami, jest większa lub równa liczbie protonów.

Masa atomu jest skoncentrowana w jądrze i jest określona przez masę nukleonów. Masa jednego protonu jest równa masie jednego neutronu. Masa elektronu to 1/1836 masy protonu.

Ponieważ używany jest wymiar masy atomów jednostka masy atomowej(jm) równy 1,66 10 -27 kg. 1 amu w przybliżeniu równa masie jednego protonu. Cechą charakterystyczną atomu jest liczba masowa A, równa całkowitej liczbie protonów i neutronów.

Obecność neutronów pozwala dwóm atomom mieć różne masy dla tych samych ładunków elektrycznych jądra. Właściwości chemiczne tych dwóch atomów będą takie same; takie atomy nazywane są izotopami. W literaturze na lewo od oznaczenia pierwiastka na górze jest zapisana liczba masowa, a poniżej liczba protonów.

Paliwo jądrowe stosowane w takich reaktorach to izotop uranu o masie atomowej 235. Naturalny uran jest mieszaniną trzech izotopów: uranu-234 (0,006), uranu-235 (0,711%) i uranu-238 (99,283%). Izotop uranu-235 ma unikalne właściwości - w wyniku absorpcji niskoenergetycznego neutronu powstaje jądro uranu-236, które następnie ulega rozszczepieniu - dzieli się na dwie w przybliżeniu równe części, zwane produktami rozszczepienia (fragmentami). Nukleony pierwotnego jądra są rozdzielone między fragmenty rozszczepienia, ale nie wszystkie - uwalniane są średnio 2-3 neutrony. W wyniku rozszczepienia masa pierwotnego jądra nie zostaje całkowicie zachowana, jej część jest zamieniana na energię, głównie na energię kinetyczną produktów rozszczepienia i neutronów. Wartość tej energii dla jednego atomu uranu 235 wynosi około 200 MeV.

Rdzeń konwencjonalnego reaktora o mocy 1000 MW zawiera ok. 1 tys. ton uranu, z czego tylko 3-4% to uran-235. W reaktorze zużywa się dziennie 3 kg tego izotopu. Tak więc, aby zasilić reaktor w paliwo, dziennie trzeba przetworzyć 430 kg koncentratu uranu, co daje średnio 2150 ton rudy uranu.

W wyniku reakcji rozszczepienia w paliwie jądrowym powstają prędkie neutrony. Jeśli oddziałują one z sąsiednimi jądrami materiału rozszczepialnego i wywołują w nich reakcję rozszczepienia, następuje lawinowy wzrost liczby zdarzeń rozszczepienia. Ta reakcja rozszczepienia nazywana jest reakcją łańcuchową rozszczepienia jądra.

Najbardziej skuteczne w rozwoju łańcuchowej reakcji rozszczepienia są neutrony o energii poniżej 0,1 keV. Nazywa się je termicznymi, ponieważ ich energia jest porównywalna ze średnią energią ruchu termicznego cząsteczek. Dla porównania, energia neutronów powstających podczas rozpadu jąder wynosi 5 MeV. Nazywane są szybkimi neutronami. Aby wykorzystać takie neutrony w reakcji łańcuchowej, ich energia musi zostać zmniejszona (spowolniona). Te funkcje są realizowane przez zwalniacz. W substancjach moderujących prędkie neutrony są rozpraszane przez jądra, a ich energia jest zamieniana na energię ruchu termicznego atomów substancji moderującej. Jako moderator najczęściej stosuje się grafit, ciekłe metale (chłodziwo 1. obiegu).

Szybkiemu rozwojowi reakcji łańcuchowej towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła i przegrzanie reaktora. Aby utrzymać tryb stacjonarny reaktora, do rdzenia reaktora wprowadza się pręty sterujące wykonane z materiałów silnie pochłaniających neutrony termiczne, takich jak bor lub kadm.

Energia kinetyczna produktów rozpadu jest zamieniana na ciepło. Ciepło jest pochłaniane przez chłodziwo krążące w reaktorze jądrowym i przekazywane do wymiennika ciepła (I obieg zamknięty), gdzie wytwarzana jest para (II obieg), która obraca turbinę turbogeneratora. Czynnikiem chłodzącym w reaktorze jest ciekły sód (1. obwód) i woda (2. obwód).

Uran-235 jest surowcem nieodnawialnym i jeśli zostanie całkowicie wykorzystany w reaktorach jądrowych, zniknie na zawsze. Dlatego atrakcyjnie wygląda wykorzystanie jako paliwa wyjściowego izotopu uranu-238, który występuje w znacznie większych ilościach. Ten izotop nie wspiera reakcji łańcuchowej pod wpływem neutronów. Ale może absorbować szybkie neutrony, tworząc w tym procesie uran-239. W jądrach uranu-239 rozpoczyna się rozpad beta i powstaje neptun-239 (nie występujący w naturze). Ten izotop również rozpada się i zamienia w pluton-239 (nie występuje naturalnie). Pluton-239 jest jeszcze bardziej podatny na reakcję rozszczepienia neutronów termicznych. W wyniku reakcji rozszczepienia w paliwie jądrowym pluton-239 powstają neutrony prędkie, które wraz z uranem tworzą nowe paliwo i produkty rozszczepienia, które uwalniają ciepło w elementach paliwowych (TVEL). Dzięki temu z kilograma naturalnego uranu można uzyskać 20-30 razy więcej energii niż w konwencjonalnych reaktorach jądrowych wykorzystujących uran-235.

W nowoczesnych projektach jako chłodziwo stosuje się płynny sód. W takim przypadku reaktor może pracować w wyższych temperaturach, zwiększając w ten sposób sprawność cieplną elektrowni. do 40% .

Jednak fizyczne właściwości plutonu: toksyczność, niska masa krytyczna dla spontanicznej reakcji rozszczepienia, zapłon w środowisku tlenowym, kruchość i samonagrzewanie w stanie metalicznym utrudniają jego produkcję, przetwarzanie i manipulację. W związku z tym reaktory powielające są nadal mniej powszechne niż reaktory na neutronach termicznych.

4. Elektrownie jądrowe

Do celów pokojowych w elektrowniach jądrowych wykorzystuje się energię atomową. Udział elektrowni jądrowych w światowej produkcji energii elektrycznej wynosi około 14% .

Jako przykład rozważmy zasadę pozyskiwania energii elektrycznej w elektrowni jądrowej Woroneż. Chłodziwo w postaci ciekłego metalu o temperaturze na wlocie 571 K jest podawane kanałami do rdzenia reaktora kanałami pod ciśnieniem 157 ATM (15,7 MPa), które jest podgrzewane w reaktorze do temperatury 595 K. Chłodziwo metalowe jest kierowane do pary generator, do którego wchodzi zimna woda, zamieniająca się w parę o ciśnieniu 65,3 ATM (6,53 MPa). Para doprowadzana jest do łopat turbiny parowej, która obraca turbogeneratorem.

W reaktorach jądrowych temperatura wytwarzanej pary jest znacznie niższa niż w wytwornicach pary elektrowni cieplnych pracujących na paliwie organicznym. W rezultacie sprawność cieplna elektrowni jądrowych pracujących z wodą jako chłodziwem wynosi tylko 30%. Dla porównania w elektrowniach pracujących na węglu, ropie czy gazie sięga 40%.

Elektrownie jądrowe są wykorzystywane w systemach zasilania ludności w energię elektryczną i ciepło, a minielektrownie jądrowe na statkach morskich (statki o napędzie jądrowym, atomowe okręty podwodne) służą do napędzania śmigieł).

Do celów wojskowych energia jądrowa jest wykorzystywana w bombach atomowych. Bomba atomowa to specjalny reaktor na neutrony prędkie , w którym zachodzi szybka niekontrolowana reakcja łańcuchowa z wysokim współczynnikiem mnożenia neutronów. W reaktorze jądrowym bomby atomowej nie ma moderatorów. Wymiary i waga urządzenia są zatem niewielkie.

Ładunek jądrowy bomby uranowej-235 jest podzielony na dwie części, z których każda reakcja łańcuchowa jest niemożliwa. Aby przeprowadzić eksplozję, jedna z połówek ładunku jest wystrzeliwana w drugą, a po ich połączeniu następuje wybuchowa reakcja łańcuchowa niemal natychmiast. Wybuchowa reakcja jądrowa uwalnia ogromną energię. W tym przypadku osiągana jest temperatura około stu milionów stopni. Następuje kolosalny wzrost ciśnienia i powstaje potężna fala uderzeniowa.

Pierwszy reaktor jądrowy został uruchomiony na Uniwersytecie w Chicago (USA) 2 grudnia 1942 r. Pierwsza bomba atomowa została zdetonowana 16 lipca 1945 roku w Nowym Meksyku (Alamogordo). Było to urządzenie stworzone na zasadzie rozszczepienia plutonu. Bomba składała się z plutonu otoczonego dwiema warstwami chemicznego materiału wybuchowego z lontami.

Pierwszą elektrownią jądrową, która oddała prąd w 1951 r., była elektrownia jądrowa EBR-1 (USA). W byłym ZSRR - Obnińska elektrownia jądrowa (obwód Kaługa, oddała prąd 27 czerwca 1954 r.). Pierwsza elektrownia jądrowa w ZSRR z reaktorem na neutrony prędkie o mocy 12 MW została uruchomiona w 1969 roku w mieście Dimitrowgrad. W 1984 r. na świecie działało 317 elektrowni jądrowych o łącznej mocy 191 tys. MW, co w tym czasie stanowiło 12% (1012 kWh) światowej produkcji energii elektrycznej. Od 1981 roku największą elektrownią jądrową na świecie była elektrownia jądrowa Biblis (Niemcy), której moc cieplna reaktorów wynosiła 7800 MW.

reakcje termojądrowe nazywane są reakcjami jądrowymi syntezy lekkich jąder w cięższe. Pierwiastkiem używanym w syntezie jądrowej jest wodór. Główną zaletą syntezy termojądrowej są praktycznie nieograniczone zasoby surowców, które można wydobyć z wody morskiej. Wodór w takiej czy innej formie stanowi 90% całej materii. Paliwo do syntezy termojądrowej zawarte w oceanach na świecie przetrwa ponad 1 miliard lat (promieniowanie słoneczne i ludzkość w Układzie Słonecznym nie przetrwają dużo dłużej). Surowiec do syntezy termojądrowej zawarty w 33 km wody oceanicznej jest energetycznie równoważny wszystkim zasobom paliw stałych (na Ziemi jest 40 milionów razy więcej wody). Energia deuteru zawarta w szklance wody odpowiada spaleniu 300 litrów benzyny.

Istnieją 3 izotopy wodoru : ich masy atomowe wynoszą -1,2 (deuter), 3 (tryt). Te izotopy mogą odtwarzać takie reakcje jądrowe, w których całkowita masa końcowych produktów reakcji jest mniejsza niż całkowita masa substancji, które weszły w reakcję. Różnica mas, podobnie jak w przypadku reakcji rozszczepienia, to energia kinetyczna produktów reakcji. Średnio o 1 w nocy spadek masy substancji biorącej udział w reakcji fuzji termojądrowej odpowiada uwolnieniu energii 931 MeV:

H 2 + H 2 \u003d H 3 + neutron + 3,2 MeV,

H 2 + H 2 \u003d H 3 + proton + 4,0 MeV,

H 2 + H 3 \u003d He 4 + neutron + 17,6 MeV.

Tryt praktycznie nie występuje w przyrodzie. Można to uzyskać poprzez oddziaływanie neutronów z izotopami litu:

Li 6 + neutron \u003d He 4 + H 3 + 4,8 MeV.

Fuzja jąder lekkich pierwiastków nie zachodzi w sposób naturalny (z wyłączeniem procesów w przestrzeni). Aby zmusić jądra do wejścia w reakcję fuzji, wymagane są wysokie temperatury (rzędu 107 -109K). W tym przypadku gazem jest zjonizowana plazma. Problem ograniczenia tej plazmy jest główną przeszkodą w stosowaniu tej metody pozyskiwania energii. Dla centralnej części Słońca typowa jest temperatura rzędu 10 milionów stopni. To reakcje termojądrowe są źródłem energii, która dostarcza promieniowania od Słońca i gwiazd.

Obecnie trwają prace teoretyczne i eksperymentalne nad metodami magnetycznego i inercyjnego uwięzienia plazmy.

Metoda wykorzystania pól magnetycznych. Powstaje pole magnetyczne, które przenika kanał poruszającej się plazmy. Naładowane cząstki tworzące plazmę, poruszając się w polu magnetycznym, podlegają siłom skierowanym prostopadle do ruchu cząstek i linii pola magnetycznego. W wyniku działania tych sił cząstki poruszają się spiralnie wzdłuż linii pola. Im silniejsze pole magnetyczne, tym gęstszy przepływ plazmy, izolujący się w ten sposób od ścianek powłoki.

Inercyjne zamknięcie plazmy. W reaktorze przeprowadzane są wybuchy termojądrowe z częstotliwością 20 wybuchów na sekundę. Aby zrealizować ten pomysł, cząsteczka paliwa termojądrowego jest podgrzewana za pomocą skupionego promieniowania z 10 laserów do temperatury zapłonu reakcji fuzji w czasie, zanim zdąży rozlecieć się na zauważalną odległość w wyniku termicznego ruchu atomów (10-9 s).

Fuzja termojądrowa jest podstawą bomby wodorowej (termonuklearnej). W takiej bombie zachodzi samopodtrzymująca się reakcja termojądrowa o charakterze wybuchowym. Materiał wybuchowy jest mieszaniną deuteru i trytu. Jako źródło energii aktywacji (źródło wysokich temperatur) wykorzystuje się energię bomby jądrowej. Pierwsza na świecie bomba termojądrowa powstała w ZSRR w 1953 roku.

Pod koniec lat 50. ZSRR rozpoczął prace nad ideą syntezy termojądrowej w reaktorach typu TOKAMAK (komora toroidalna w polu magnetycznym cewki). Zasada działania jest następująca: komora toroidalna jest opróżniana i wypełniana mieszaniną gazową deuteru i trytu. Przez mieszaninę przepływa prąd o natężeniu kilku milionów amperów. W ciągu 1-2 sekund temperatura mieszaniny wzrasta do setek tysięcy stopni. W komorze powstaje plazma. Dalsze ogrzewanie odbywa się poprzez wstrzykiwanie obojętnych atomów deuteru i trytu o energii 100 - 200 keV. Temperatura plazmy wzrasta do dziesiątek milionów stopni i rozpoczyna się samopodtrzymująca reakcja fuzji. Po 10–20 minutach w plazmie gromadzą się ciężkie pierwiastki z częściowo odparowującego materiału ścianek komory. Plazma stygnie, spalanie termojądrowe ustaje. Komorę należy ponownie wyłączyć i oczyścić z nagromadzonych zanieczyszczeń. Wymiary torusa przy mocy cieplnej reaktora 5000 MW są następujące: Promień zewnętrzny -10m; promień wewnętrzny - 2,5 m.

Badania mające na celu znalezienie sposobu na kontrolowanie reakcji termojądrowych, tj. wykorzystanie energii termojądrowej do celów pokojowych rozwija się z dużą intensywnością.

W 1991 r. wspólna europejska placówka w Wielkiej Brytanii po raz pierwszy osiągnęła znaczące uwolnienie energii w trakcie kontrolowanej fuzji termojądrowej. Optymalny tryb utrzymywany był przez 2 sekundy i towarzyszyło mu wyzwolenie energii rzędu 1,7 MW. Maksymalna temperatura wynosiła 400 milionów stopni.

Generator mocy termojądrowej. Kiedy deuter jest używany jako paliwo termojądrowe, dwie trzecie energii musi zostać uwolnione w postaci energii kinetycznej naładowanych cząstek. Za pomocą metod elektromagnetycznych energia ta może zostać zamieniona na energię elektryczną.

Energię elektryczną można uzyskać w trybie stacjonarnym pracy instalacji i impulsowej. W pierwszym przypadku jony i elektrony powstałe w wyniku samopodtrzymującej się reakcji fuzji są opóźniane przez pole magnetyczne. Prąd jonowy jest oddzielony od prądu elektronicznego za pomocą poprzecznego pola magnetycznego. Sprawność takiego układu podczas hamowania bezpośredniego wyniesie około 50%, a reszta energii zostanie zamieniona na ciepło.

Silniki Fusion (nie zaimplementowano). Zakres: pojazdy kosmiczne. W pełni zjonizowana plazma deuterowa o temperaturze 1 miliarda stopni Celsjusza jest utrzymywana we włóknie przez liniowe pole magnetyczne cewek nadprzewodników. Płyn roboczy podawany jest do komory przez ściany, schładzając je i nagrzewając się, opływając kolumnę plazmy. Prędkość osiowa wypływu jonów na wylocie dyszy magnetycznej wynosi 10 000 km/s.

W 1972 roku na spotkaniu Klubu Rzymskiego – organizacji zajmującej się badaniem przyczyn i szukaniem rozwiązań problemów w skali planetarnej – powstał raport przygotowany przez naukowców E. von Weinzsackera, A. H. Lovinsa, który wywołał efekt wybuchu bomby . Według danych podanych w raporcie źródła energii na planecie – węgiel, gaz, ropa i uran – wystarczą do 2030 roku. Aby wydobyć węgiel, z którego będzie można uzyskać energię za 1 dolara, trzeba będzie wydać energię, która kosztuje 99 centów.

Uran-235, który służy jako paliwo do elektrowni jądrowych, w przyrodzie nie jest taki jak ja: tylko 5% całkowitej ilości uranu na świecie, z czego 2% znajduje się w Rosji. Dlatego elektrownie jądrowe mogą być wykorzystywane wyłącznie do celów pomocniczych. Badania naukowców, którzy próbowali pozyskać energię z plazmy na „TOKAMAKach” do dziś pozostają kosztownym ćwiczeniem. W 2000 roku pojawiły się doniesienia, że ​​Europejska Wspólnota Atomowa (CERN) i Japonia budują pierwszy segment TOKAMAKA.

Zbawienie może nie być „pokojowym atomem” elektrowni jądrowej, ale „wojskowym” – energią bomby termojądrowej.

Rosyjscy naukowcy nazwali swój wynalazek kotłem do spalania wybuchowego (FAC). Zasada działania PIC opiera się na wybuchu ultramałej bomby termojądrowej w specjalnym sarkofagu - kotle. Eksplozje zdarzają się regularnie. Ciekawe, że ciśnienie na ściankach kotła podczas wybuchu w PBC jest mniejsze niż w cylindrach zwykłego samochodu.

Aby zapewnić bezpieczną pracę KVS, średnica wewnętrzna kotła musi wynosić co najmniej 100 metrów. Podwójne stalowe ściany i żelbetowa powłoka o grubości 30 metrów wytłumią drgania. Do jego budowy zostanie użyta tylko wysokiej jakości stal, jak w przypadku dwóch nowoczesnych pancerników wojskowych. Planowana jest budowa KVS przez 5 lat. W 2000 roku w jednym z zamkniętych miast Rosji przygotowano projekt budowy eksperymentalnego obiektu dla „bomby” o mocy 2-4 kiloton ekwiwalentu jądrowego. Koszt tego FAC to 500 milionów dolarów. Naukowcy obliczyli, że za rok się opłaci, a przez kolejne 50 lat będzie dostarczać praktycznie za darmo prąd i ciepło. Według kierownika projektu koszt energii równoważny energii wytworzonej przez spalenie tony ropy wyniesie mniej niż 10 dolarów.

40 KVG jest w stanie zaspokoić potrzeby całego krajowego sektora energetycznego. Sto - wszystkie kraje kontynentu euroazjatyckiego.

W 1932 roku odkryto eksperymentalnie pozyton - cząstkę o masie elektronu, ale z ładunkiem dodatnim. Wkrótce zasugerowano, że symetria ładunków istnieje w naturze: a) każda cząstka musi mieć antycząstkę; b) prawa natury nie zmieniają się, gdy wszystkie cząstki są zastępowane przez odpowiadające im antycząstki i odwrotnie. Antyproton i antyneutron odkryto w połowie lat pięćdziesiątych. W zasadzie może istnieć antymateria składająca się z atomów, których jądra zawierają antyprotony i antyneutrony, a ich powłokę tworzą pozytony.

Gromady antymaterii o kosmologicznych wymiarach stanowiłyby antyświaty, ale nie występują one w naturze. Antymateria została zsyntetyzowana jedynie w skali laboratoryjnej. Tak więc w 1969 r. W akceleratorze Serpukhov sowieccy fizycy zarejestrowali jądra antyhelu, składające się z dwóch antyprotonów i jednego antyneutronu.

W odniesieniu do możliwości konwersji energii antymateria wyróżnia się tym, że w kontakcie z materią następuje anihilacja (zniszczenie) z wyzwoleniem kolosalnej energii (oba rodzaje materii znikają, zamieniając się w promieniowanie). Tak więc anihilując elektron i pozyton dają początek dwóm fotonom. Jeden rodzaj materii – naładowane masywne cząstki – przechodzi w inny rodzaj materii – w neutralne, bezmasowe cząstki. Korzystanie z relacji Einsteina na równoważność energii i masy (E=mc 2),łatwo obliczyć, że anihilacja jednego grama materii wytwarza taką samą energię, jaką można uzyskać spalając 10 000 ton węgla, a jedna tona antymaterii wystarczyłaby na zaopatrzenie całej planety w energię na rok.

Astrofizycy uważają, że to anihilacja dostarcza gigantycznej energii obiektom quasi-gwiazdowym - kwazarom.

W 1979 roku grupie amerykańskich fizyków udało się zarejestrować obecność naturalnych antyprotonów. Zostały przyniesione przez promienie kosmiczne.

ENERGIA ATOMOWA
energia nuklearna

Energia atomowa to energia uwalniana w wyniku wewnętrznej restrukturyzacji jąder atomowych. Energię jądrową można uzyskać w reakcjach jądrowych lub rozpadach promieniotwórczych jąder. Głównymi źródłami energii jądrowej są reakcje rozszczepienia jąder ciężkich oraz synteza (kombinacja) jąder lekkich. Ten ostatni proces nazywany jest również reakcjami termojądrowymi.
Powstanie tych dwóch głównych źródeł energii jądrowej można wytłumaczyć zależnością specyficznej energii wiązania jądra od liczby masowej A (liczby nukleonów w jądrze). Energia właściwa wiązania ε pokazuje, ile przeciętnie energii trzeba przekazać poszczególnym nukleonowi, aby wszystkie nukleony zostały uwolnione z danego jądra. Energia właściwa wiązania jest maksymalna (≈8,7 MeV) dla jąder w obszarze żelaza (A = 50–60) i gwałtownie spada przy przechodzeniu do lekkich jąder składających się z niewielkiej liczby nukleonów i płynnie przy przechodzeniu do ciężkich jąder z
A > 200. Dzięki tej zależności ε od ​​A powstają dwie wyżej wymienione metody pozyskiwania energii jądrowej: 1) w wyniku rozszczepienia ciężkiego jądra na dwa lżejsze, oraz
2) ze względu na połączenie (syntezę) dwóch lekkich jąder i ich przekształcenie w jedno cięższe. W obu procesach następuje przejście do jąder, w których nukleony są silniej związane i uwalniana jest część energii wiązania jądra.
Pierwsza metoda pozyskiwania energii stosowana jest w reaktorze jądrowym i bombie atomowej, druga - w opracowywanym reaktorze termojądrowym i bombie termojądrowej (wodorowej). Reakcje termojądrowe są również źródłem energii dla gwiazd.
Omawiane dwie metody wytwarzania energii są rekordowe pod względem zużycia energii na jednostkę masy paliwa. Tak więc przy całkowitym rozszczepieniu 1 grama uranu uwalniana jest energia około 10 11 J, tj. w przybliżeniu taki sam jak w wybuchu 20 kg trinitrotoluenu (TNT). Tak więc paliwo jądrowe jest 10 7 razy wydajniejsze niż paliwo chemiczne.

Powszechne wykorzystanie energii jądrowej rozpoczęło się dzięki postępowi naukowemu i technologicznemu, nie tylko na polu wojskowym, ale także w celach pokojowych. Dziś nie można się bez niego obejść w przemyśle, energetyce i medycynie.

Jednak wykorzystanie energii jądrowej ma nie tylko zalety, ale i wady. Przede wszystkim jest to zagrożenie promieniowaniem, zarówno dla człowieka, jak i dla środowiska.

Wykorzystanie energii jądrowej rozwija się w dwóch kierunkach: wykorzystanie w energetyce oraz wykorzystanie izotopów promieniotwórczych.

Początkowo energia atomowa miała być wykorzystywana wyłącznie do celów wojskowych i cały rozwój szedł w tym kierunku.

Wykorzystanie energii jądrowej w sferze wojskowej

Do produkcji broni jądrowej wykorzystuje się dużą liczbę wysoce aktywnych materiałów. Eksperci szacują, że głowice nuklearne zawierają kilka ton plutonu.

Broń nuklearna jest wymieniana, ponieważ powoduje zniszczenia na rozległych terytoriach.

W zależności od zasięgu i mocy ładunku broń jądrowa dzieli się na:

• Taktyczny.
• Operacyjno-taktyczny.
• Strategiczny.

Broń jądrowa dzieli się na atomową i wodorową. Broń jądrowa opiera się na niekontrolowanych reakcjach łańcuchowych rozszczepienia ciężkich jąder i reakcjach.Do reakcji łańcuchowej wykorzystuje się uran lub pluton.

Przechowywanie tak dużej ilości materiałów niebezpiecznych jest ogromnym zagrożeniem dla ludzkości. A wykorzystanie energii jądrowej do celów wojskowych może prowadzić do tragicznych konsekwencji.

Po raz pierwszy broń jądrowa została użyta w 1945 roku do ataku na japońskie miasta Hiroszimę i Nagasaki. Konsekwencje tego ataku były katastrofalne. Jak wiecie, było to pierwsze i ostatnie użycie energii jądrowej podczas wojny.

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA)

MAEA powstała w 1957 roku w celu rozwijania współpracy między krajami w zakresie wykorzystania energii atomowej do celów pokojowych. Agencja od samego początku realizuje program „Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona środowiska”.

Ale najważniejszą funkcją jest kontrola nad działaniami krajów w sferze nuklearnej. Organizacja kontroluje, aby rozwój i wykorzystanie energii jądrowej odbywało się wyłącznie w celach pokojowych.

Celem tego programu jest zapewnienie bezpiecznego korzystania z energii jądrowej, ochrona człowieka i środowiska przed skutkami promieniowania. Agencja zbadała również konsekwencje wypadku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu.

Agencja wspiera również badania, rozwój i wykorzystanie energii jądrowej do celów pokojowych oraz pośredniczy w wymianie usług i materiałów między członkami agencji.

Wspólnie z ONZ MAEA określa i ustanawia standardy bezpieczeństwa i zdrowia.

Energia atomowa

W drugiej połowie lat czterdziestych XX wieku radzieccy naukowcy zaczęli opracowywać pierwsze projekty pokojowego wykorzystania atomu. Głównym kierunkiem tego rozwoju była elektroenergetyka.

A w 1954 r. Zbudowano stację w ZSRR. Następnie programy szybkiego rozwoju energetyki jądrowej zaczęły powstawać w USA, Wielkiej Brytanii, Niemczech i Francji. Ale większość z nich nie została spełniona. Jak się okazało, elektrownia atomowa nie mogła konkurować ze stacjami zasilanymi węglem, gazem i olejem opałowym.

Jednak po wybuchu światowego kryzysu energetycznego i wzroście cen ropy wzrosło zapotrzebowanie na energię jądrową. W latach 70. ubiegłego wieku eksperci wierzyli, że moc wszystkich elektrowni jądrowych może zastąpić połowę elektrowni.

W połowie lat 80. wzrost energetyki jądrowej ponownie spowolnił, kraje zaczęły rewidować plany budowy nowych elektrowni jądrowych. Sprzyjała temu zarówno polityka oszczędzania energii, jak i spadek cen ropy, a także katastrofa w elektrowni w Czarnobylu, która miała negatywne konsekwencje nie tylko dla Ukrainy.

Po tym niektóre kraje całkowicie wstrzymały budowę i eksploatację elektrowni jądrowych.

Energia jądrowa do podróży kosmicznych

W kosmos poleciało ponad trzy tuziny reaktorów jądrowych, które posłużyły do ​​generowania energii.

Amerykanie po raz pierwszy użyli reaktora jądrowego w kosmosie w 1965 roku. Jako paliwo zastosowano uran-235. Pracował przez 43 dni.

W Związku Radzieckim reaktor Romashka został uruchomiony w Instytucie Energii Atomowej. Miał być używany na statku kosmicznym wraz z Ale po wszystkich testach nigdy nie został wystrzelony w kosmos.

Kolejna instalacja jądrowa Buk została wykorzystana na satelicie rozpoznania radarowego. Pierwsza aparatura została wystrzelona w 1970 roku z kosmodromu Bajkonur.

Dzisiaj Roskosmos i Rosatom proponują zaprojektowanie statku kosmicznego, który będzie wyposażony w silnik rakietowy jądrowy i będzie w stanie dotrzeć do Księżyca i Marsa. Ale na razie wszystko jest na etapie propozycji.

Zastosowanie energetyki jądrowej w przemyśle

Energia jądrowa jest wykorzystywana do zwiększania czułości analizy chemicznej oraz do produkcji amoniaku, wodoru i innych substancji chemicznych używanych do produkcji nawozów.

Energia jądrowa, której wykorzystanie w przemyśle chemicznym umożliwia pozyskiwanie nowych pierwiastków chemicznych, pomaga odtworzyć procesy zachodzące w skorupie ziemskiej.

Energia jądrowa jest również wykorzystywana do odsalania słonej wody. Zastosowanie w hutnictwie żelaza pozwala na odzyskiwanie żelaza z rudy żelaza. W kolorze - służy do produkcji aluminium.

Wykorzystanie energii jądrowej w rolnictwie

Wykorzystanie energii jądrowej w rolnictwie rozwiązuje problemy selekcji i pomaga w zwalczaniu szkodników.

Energia jądrowa jest wykorzystywana do tworzenia mutacji w nasionach. Odbywa się to w celu uzyskania nowych odmian, które przynoszą większe plony i są odporne na choroby upraw. Tak więc ponad połowa pszenicy uprawianej we Włoszech do wyrobu makaronu została wyhodowana przy użyciu mutacji.

Radioizotopy są również wykorzystywane do określenia najlepszych sposobów aplikacji nawozów. Na przykład z ich pomocą ustalono, że przy uprawie ryżu można ograniczyć stosowanie nawozów azotowych. To nie tylko zaoszczędziło pieniądze, ale także ocaliło środowisko.

Nieco dziwnym zastosowaniem energii jądrowej jest napromienianie larw owadów. Odbywa się to w celu wyeksponowania ich w sposób nieszkodliwy dla środowiska. W tym przypadku owady, które wyłoniły się z napromieniowanych larw, nie mają potomstwa, ale pod innymi względami są całkiem normalne.

Medycyna nuklearna

Medycyna wykorzystuje radioaktywne izotopy do postawienia dokładnej diagnozy. Izotopy medyczne mają krótki okres półtrwania i nie stanowią szczególnego zagrożenia zarówno dla innych, jak i dla pacjenta.

Kolejne zastosowanie energii jądrowej w medycynie odkryto całkiem niedawno. To jest pozytonowa tomografia emisyjna. Może pomóc w wykryciu raka na wczesnym etapie.

Zastosowanie energii jądrowej w transporcie

Na początku lat 50. ubiegłego wieku podjęto próby stworzenia czołgu o napędzie atomowym. Rozwój rozpoczął się w USA, ale projekt nigdy nie został powołany do życia. Głównie ze względu na to, że w tych czołgach nie udało się rozwiązać problemu osłony załogi.

Znana firma Ford pracowała nad samochodem napędzanym energią jądrową. Ale produkcja takiej maszyny nie wyszła poza układ.

Rzecz w tym, że instalacja nuklearna zajmowała dużo miejsca, a samochód okazał się bardzo ogólny. Reaktory kompaktowe nigdy się nie pojawiły, więc ambitny projekt został ograniczony.

Prawdopodobnie najbardziej znanym transportem wykorzystującym energię jądrową są różne statki, zarówno wojskowe, jak i cywilne:

• Statki transportowe.
• Lotniskowce.
• Okręty podwodne.
• Krążowniki.
• Atomowe okręty podwodne.

Plusy i minusy wykorzystania energii jądrowej

Dziś udział w światowej produkcji energii wynosi około 17 proc. Chociaż ludzkość korzysta, ale jej rezerwy nie są nieograniczone.

W związku z tym jest stosowany alternatywnie, jednak proces jego pozyskiwania i użytkowania wiąże się z dużym zagrożeniem dla życia i środowiska.

Oczywiście reaktory jądrowe są ciągle ulepszane, podejmowane są wszelkie możliwe środki bezpieczeństwa, ale czasami to nie wystarcza. Przykładem są wypadki w Czarnobylu i Fukushimie.

Z jednej strony prawidłowo działający reaktor nie emituje promieniowania do otoczenia, a duża ilość szkodliwych substancji przedostaje się do atmosfery z elektrociepłowni.

Największym zagrożeniem jest wypalone paliwo, jego przetwarzanie i przechowywanie. Ponieważ do tej pory nie wynaleziono całkowicie bezpiecznego sposobu unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych.

Wyższa Szkoła Zarządzania”
Katedra Zarządzania Innowacją
dyscyplina: „Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych”
Prezentacja na temat: Nuklearna
energia: jej istota i
wykorzystanie w technologii i
technologie

Plan prezentacji

Wstęp
Energia atomowa.
Historia odkrycia energii jądrowej
Reaktor jądrowy: historia powstania, struktura,
podstawowe zasady, klasyfikacja reaktorów
Sfery wykorzystania energii jądrowej
Wniosek
Użyte źródła

Wstęp

Energia jest najważniejszą gałęzią gospodarki narodowej,
obejmujące zasoby energetyczne, wytwarzanie, transformację,
przesył i wykorzystanie różnych rodzajów energii. To jest podstawa
gospodarka państwowa.
Świat przechodzi proces industrializacji, który wymaga:
dodatkowe zużycie materiałów, co zwiększa koszty energii.
Wraz ze wzrostem populacji wzrastają koszty energii do uprawy,
zbiory, produkcja nawozów itp.
Obecnie wiele łatwo dostępnych zasobów naturalnych
planety są wyczerpane. Wydobycie surowców odbywa się na dużą skalę
głęboko lub na morzu. Ograniczone światowe zapasy
Wydaje się, że ropa i gaz stawiają ludzkość przed perspektywą…
kryzys energetyczny.
Jednak wykorzystanie energii jądrowej daje ludzkości
możliwość uniknięcia tego, ponieważ wyniki fundamentalnych
badania fizyki jądrowej mogą odeprzeć zagrożenie
kryzys energetyczny poprzez wykorzystanie uwolnionej energii
w niektórych reakcjach jąder atomowych

Energia atomowa

Energia jądrowa (energia atomowa) to energia,
zawarte w jądrach atomowych i uwolnione
w reakcjach jądrowych. Elektrownie jądrowe,
produkujące tę energię wytwarzają 13–14%
światowa produkcja energii elektrycznej. .

Historia odkrycia energii jądrowej

1895 VK Roentgen odkrywa promieniowanie jonizujące (promienie rentgenowskie)
1896 A. Becquerel odkrywa zjawisko radioaktywności.
1898 M. Skłodowska i P. Curie odkrywają pierwiastki promieniotwórcze
Po (polon) i Ra (rad).
1913 N. Bor rozwija teorię budowy atomów i cząsteczek.
1932 J. Chadwick odkrywa neutrony.
1939 O. Hahn i F. Strassmann badają rozszczepienie jąder U pod wpływem
wolne neutrony.
Grudzień 1942 - Pierwsze samowystarczalne
kontrolowana reakcja łańcuchowa rozszczepienia jądrowego w reaktorze SR-1 (Grupa
fizycy z University of Chicago, lider E. Fermi).
25 grudnia 1946 r. - Oddano do eksploatacji pierwszy sowiecki reaktor F-1
stan krytyczny (grupa fizyków i inżynierów kierowana przez
IV Kurczatow)
1949 - Uruchomienie pierwszego reaktora produkcyjnego Pu
27 czerwca 1954 - pierwsza na świecie broń jądrowa
elektrownia o mocy elektrycznej 5 MW w Obnińsku.
Na początku lat 90. ponad 430 jednostek jądrowych
reaktory energetyczne o łącznej mocy ok. 340 GW.

Historia powstania reaktora jądrowego

Enrico Fermi (1901-1954)
Kurczatow I.V. (1903-1960)
1942 w USA, pod przewodnictwem E. Fermiego, pierwszego
reaktor jądrowy.
1946 uruchomił pierwszy sowiecki reaktor pod kierownictwem
Akademik I.V. Kurczatow.

Projekt reaktora elektrowni jądrowej (uproszczony)

Główne elementy:
Rdzeń z paliwem jądrowym i
moderator;
Odbłyśnik neutronowy, ambient
strefa aktywna;
Płyn chłodzący;
System kontroli reakcji łańcuchowej,
w tym ochrona w nagłych wypadkach
Ochrona przed promieniowaniem
System zdalnego sterowania
Główną cechą reaktora jest
jego moc wyjściowa.
Moc w 1 MW - 3 1016 działek
w 1 sek.
Schematyczne rozmieszczenie elektrowni jądrowej
Przekrój reaktora heterogenicznego

Struktura reaktora jądrowego

Współczynnik mnożenia neutronów

Charakteryzuje tempo wzrostu liczby
neutronów i jest równy stosunkowi liczby
neutronów w każdym pokoleniu
reakcja łańcuchowa na liczbę, która je zrodziła
neutrony poprzedniej generacji.
k=Si/Si-1
k<1 – Реакция затухает
k=1 - reakcja przebiega stacjonarnie
k=1.006 – Granica sterowności
reakcje
k>1,01 - Wybuch (dla reaktora wł.
uwalnianie energii neutronów termicznych
wzrośnie 20 000 razy na sekundę).
Typowa reakcja łańcuchowa dla uranu;

10. Reaktor jest kontrolowany przez pręty zawierające kadm lub bor.

Wyróżnia się następujące rodzaje prętów (w zależności od celu zastosowania):
Pręty kompensacyjne - wyrównują początkowy nadmiar
reaktywność, są zaawansowane w miarę wypalania się paliwa; do 100
rzeczy
Pręty sterujące - do utrzymania krytycznego
stan w dowolnym momencie, zatrzymać, rozpocząć
reaktor; niektóre
Uwaga: rozróżnia się następujące rodzaje prętów (według przeznaczenia)
Aplikacje):
Pręty regulacyjne i kompensacyjne opcjonalne
są różnymi elementami konstrukcyjnymi.
rejestracja
Crash rods - upuszczane grawitacyjnie
do środkowej części strefy aktywnej; niektóre. Być może
dodatkowo wywalony i część prętów sterujących.

11. Klasyfikacja reaktorów jądrowych według widma neutronowego

Reaktor neutronów termicznych („reaktor termiczny”)
Potrzebujemy moderatora neutronów prędkich (woda, grafit, beryl) do termicznego
energie (ułamki eV).
Małe straty neutronów w moderatorze i materiałach konstrukcyjnych =>
jako paliwo można stosować naturalny i słabo wzbogacony uran.
Reaktory o dużej mocy mogą wykorzystywać uran o wysokim
wzbogacenie - do 10%.
Wymagany jest duży margines reaktywności.
Reaktor prędkich neutronów („reaktor prędki”)
Węglik uranu UC, PuO2 itp. są używane jako moderator i spowalniający
jest znacznie mniej neutronów (0,1-0,4 MeV).
Jako paliwo można stosować tylko wysoko wzbogacony uran. Ale
jednocześnie wydajność paliwowa jest 1,5 raza wyższa.
Wymagany jest reflektor neutronowy (238U, 232Th). Wracają do aktywnej strefy
szybkie neutrony o energiach powyżej 0,1 MeV. Neutrony wychwycone przez jądra 238U, 232Th,
wydane na uzyskanie jąder rozszczepialnych 239Pu i 233U.
Wybór materiałów konstrukcyjnych nie ogranicza się do przekroju absorpcyjnego,
znacznie mniej reaktywności.
Reaktor na neutronach pośrednich
Szybkie neutrony są spowalniane do energii 1-1000 eV, zanim zostaną wchłonięte.
Wysokie obciążenie paliwa jądrowego w porównaniu do reaktorów termicznych
neutrony.
Niemożliwe jest przeprowadzenie rozszerzonej reprodukcji paliwa jądrowego, jak w
reaktor prędkich neutronów.

12. Zgodnie z umieszczeniem paliwa

Reaktory jednorodne - paliwo i moderator stanowią jednorodne
mieszanina
Paliwo jądrowe znajduje się w rdzeniu reaktora w postaci
mieszanina jednorodna: roztwory soli uranu; zawiesiny tlenków uranu w
lekka i ciężka woda; moderator stały impregnowany uranem;
stopione sole. Warianty reaktorów jednorodnych z
paliwo gazowe (gazowe związki uranu) lub zawiesina
pył uranu w gazie.
Ciepło wytworzone w rdzeniu jest odprowadzane przez chłodziwo (woda,
gaz itp.) przemieszczający się przez rury przez rdzeń; albo mieszanka
samo paliwo z moderatorem służy jako płyn chłodzący,
krążące przez wymienniki ciepła.
Nie szeroko stosowany (wysoka korozja konstrukcji)
materiały w paliwie ciekłym, złożoność konstrukcji reaktorów na
mieszanki stałe, więcej załadunku uranu niskowzbogaconego
paliwo itp.)
Reaktory heterogeniczne – paliwo umieszczane jest w rdzeniu dyskretnie w
w postaci bloków, pomiędzy którymi znajduje się moderator
Główną cechą jest obecność elementów paliwowych
(telewizory). Pręty paliwowe mogą mieć różne kształty (pręty, płytki)
itp.), ale zawsze istnieje wyraźna granica między paliwem,
moderator, płyn chłodzący itp.
Zdecydowana większość reaktorów będących obecnie w użyciu to
niejednorodne, co wynika z ich zalet konstrukcyjnych w zakresie
w porównaniu do reaktorów homogenicznych.

13. Ze względu na charakter użytkowania

Nazwać
Zamiar
Moc
eksperymentalny
reaktory
Badanie różnych wielkości fizycznych,
dla których wartości są niezbędne
projektowanie i eksploatacja energetyki jądrowej,
reaktory.
~103W
Badania
reaktory
Strumienie neutronów i kwanty γ utworzone w
rdzeń, używany do
badania z zakresu fizyki jądrowej,
fizyka ciała stałego, chemia radiacyjna,
biologia, do badań materiałów,
przeznaczony do intensywnej pracy
strumienie neutronowe (w tym części jądrowe)
reaktorów), do produkcji izotopów.
<107Вт
Wybitny
lubię energię
zasada nie jest
używany
Reaktory izotopowe
Do produkcji izotopów używanych w
broń jądrowa, taka jak 239Pu i in
przemysł.
~103W
Energia
reaktory
Do elektrycznych i termicznych
energia wykorzystywana w energetyce
odsalanie wody, do napędu mocy
instalacje okrętowe itp.
Do 3-5 109W

14. Montaż reaktora heterogenicznego

W reaktorze heterogenicznym paliwo jądrowe jest rozprowadzane w części czynnej
strefa dyskretnie w postaci bloków, pomiędzy którymi znajduje się
moderator neutronów

15. Reaktor jądrowy na ciężką wodę

Zalety
Mniejszy przekrój absorpcji
Neutrony => Ulepszone
równowaga neutronów =>
Użyj jako
naturalne paliwo uranowe
Umiejętność tworzenia
przemysłowa ciężka woda
reaktory do produkcji
tryt i pluton oraz
szeroka gama izotopów
produkty, w tym
cel medyczny.
niedogodności
Wysoki koszt deuteru

16. Naturalny reaktor jądrowy

W naturze, w warunkach takich jak
sztuczny reaktor,
strefy naturalne
reaktor jądrowy.
Jedyny znany naturalny
reaktor jądrowy istniał 2 miliardy
lat temu w regionie Oklo (Gabon).
Pochodzenie: bardzo bogata żyła rud uranu czerpie wodę z
powierzchni, która pełni rolę moderatora neutronów. Losowy
rozpad rozpoczyna reakcję łańcuchową. Dzięki aktywnemu przebiegowi woda wrze,
reakcja słabnie - samoregulacja.
Reakcja trwała ~100 000 lat. Obecnie nie jest to możliwe z powodu
uran zubożony w wyniku naturalnego rozpadu.
Prowadzone są badania terenowe w celu zbadania migracji
izotopy – ważne dla rozwoju technik unieszkodliwiania podziemnego
odpady radioaktywne.

17. Obszary wykorzystania energii jądrowej

Elektrownia jądrowa
Schemat działania elektrowni jądrowej w układzie dwuobwodowym
ciśnieniowy reaktor wodny (WWER)

18.

Oprócz elektrowni jądrowych wykorzystywane są reaktory jądrowe:
na lodołamaczach nuklearnych
na atomowych okrętach podwodnych;
podczas działania pocisków nuklearnych
silniki (szczególnie dla AMS).

19. Energia jądrowa w kosmosie

sonda kosmiczna
Cassini, stworzony przez
projekt NASA i ESA,
wprowadzony na rynek 15.10.1997 dla
szereg studiów
obiekty Solar
systemy.
Wytwarzanie energii
przeprowadzone przez trzy
radioizotop
termoelektryczny
generatory: Cassini
przewozi na pokładzie 30 kg 238Pu,
które rozpadając się,
wydziela ciepło
zamienione na
Elektryczność

20. Statek kosmiczny „Prometeusz 1”

NASA opracowuje reaktor jądrowy,
zdolny do pracy w warunkach
nieważkość.
Celem jest zapewnienie przestrzeni
statek „Prometeusz 1” według projektu
szukaj życia na księżycach Jowisza.

21. Bomba. Zasada niekontrolowanej reakcji jądrowej.

Jedyną fizyczną potrzebą jest uzyskanie krytycznego
masy dla k>1,01. Rozwój systemów sterowania nie jest wymagany -
tańsze niż energia jądrowa.
Metoda pistoletu
Dwie podkrytyczne sztabki uranu w połączeniu przekraczają
krytyczny. Stopień wzbogacenia 235U wynosi co najmniej 80%.
Ten rodzaj bomby dziecięcej został zrzucony na Hiroszimę 06.08.45 8:15
(78-240 tys. zabitych, 140 tys. zmarło w ciągu 6 miesięcy)

22. Wybuchowa metoda zaciskania

Bomba na bazie plutonu, która za pomocą kompleksu
system jednoczesnej detonacji konwencjonalnego materiału wybuchowego jest skompresowany do
wielkość nadkrytyczna.
Bomba tego typu „Fat Man” została zrzucona na Nagasaki
09/08/45 11:02
(75 tys. zabitych i rannych).

23. Wniosek

Problem energetyczny jest jednym z najważniejszych problemów, które
dzisiaj decyzja należy do ludzkości. Już się zaznajomiłeś
postęp w nauce i technologii jako środek natychmiastowej komunikacji, szybko
transport, eksploracja kosmosu. Ale to wszystko wymaga
ogromne koszty energii.
Gwałtowny wzrost produkcji i zużycia energii zapowiedział nowy
poważny problem zanieczyszczenia środowiska, jakim jest
poważne zagrożenie dla ludzkości.
Światowe potrzeby energetyczne w nadchodzących dziesięcioleciach
szybko wzrośnie. Brak jednego źródła energii
może je zapewnić, dlatego konieczne jest rozwijanie wszystkich źródeł
energia i efektywne wykorzystanie zasobów energetycznych.
Na kolejnym etapie rozwoju energetyki (pierwsze dekady XXI wieku)
Najbardziej obiecujące pozostaną energetyka węglowa i jądrowa
energetyka z reaktorami termicznymi i neutronami prędkimi. Możesz jednak
nadzieję, że ludzkość nie zatrzyma się na ścieżce postępu,
związane z coraz większym zużyciem energii.