Исследовательская работа "Мирный атом". Мирный атом это

Мирный атом Википедия

АЭС Пало-Верде — крупнейшая в США атомная электростанция, расположена в пустыне, это единственная атомная станция в мире, не расположенная около большого водоёма.

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии[1].

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235[2]. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; Россия осуществляет программу создания и испытания ядерного ракетного двигателя, США прекратили программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.

Технология

Топливный цикл

Ядерная энергетика основана на использовании ядерного топлива, совокупность промышленных процессов которого составляют топливный ядерный цикл. Хотя существуют различные типы топливных циклов, зависящие как от типа реактора, так и от характеристик конечной стадии цикла, в целом у него существуют общие этапы[3].

1. Добыча урановой руды.
2. Измельчение урановой руды
3. Отделение диоксида урана, т. н. жёлтого хека, от отходов, тоже радиоактивных, идущих в отвал.
4. Преобразование диоксида урана в газообразный гексафторид урана.
5. Обогащение урана — процесс повышения концентрации урана-235, производится на специальных заводах по разделению изотопов.
6. Обратное превращение гексафторида урана в диоксид урана в виде топливных таблеток.
7. Изготовление из таблеток тепловыделяющих элементов (сокр. твэл), которые в скомпонованном виде вводятся в активную зону ядерного реактора АЭС.
8. Извлечение отработанного топлива.
9. Охлаждение отработанного топлива.
10. Захоронение отработанного топлива в специальном хранилище[3].

В ходе эксплуатации в процессах технического обслуживания удаляются образующиеся низкорадиоактивные отходы. С окончанием срока службы производится вывод из эксплуатации самого реактора, демонтаж сопровождается дезактивацией и удалением в отходы деталей реактора[3].

Ядерный реактор

Ядерный реактор — устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии.

Первый ядерный реактор построен и запущен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. Первым реактором, построенным за пределами США, стал ZEEP, запущенный в Канаде 5 сентября 1945 года[4]. В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1, заработавшая 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова[5]. К 1978 году в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов.

Существуют разные типы реакторов, основные отличия в них обусловлены используемым топливом и теплоносителем, применяемым для поддержания нужной температуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скорости нейтронов, которые выделяются в результате распада ядер, для поддержания нужной скорости цепной реакции[3].

1. Наиболее распространенным типом является легководный реактор, использующий в качестве топлива обогащённый уран, в нём в качестве и теплоносителя, и замедлителя используется обычная вода, т. н. «легкая». У него есть две основные разновидности:
   1. кипящий реактор, где пар, вращающий турбины, образуется непосредственно в активной зоне
   2. водо-водяной энергетический реактор, где пар образуется в контуре, связанном с активной зоной теплообменниками и парогенераторами.
2. Газоохлаждаемый ядерный реактор с графитовым замедлителем получил широкое распространение благодаря возможности эффективно вырабатывать оружейный плутоний и возможности использовать необогащённый уран.
3. В тяжеловодном реакторе в качестве и теплоносителя, и замедлителя используется тяжелая вода, а топливом является необогащённый уран, используется в основном в Канаде, имеющей собственные месторождения урановых руд[3].

История

Исторический обзор статистики строительства атомных электростанций

Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 года в Чикагском университете с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя. Первая электроэнергия из энергии ядерного распада была получена 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Произведённая мощность составляла около 100 кВт[6].

9 мая 1954 года на ядерном реакторе в г. Обнинск была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом. 26 июня в 17:30 энергия, выработанная здесь, стала поступать в потребительскую электросеть Мосэнерго[6].

Военные корабли США — атомные крейсера «Бейнбридж» и «Лонг Бич», и первый в мире авианосец с ядерным реактором «Энтерпрайз», самое длинное в мире военное судно, в 1964 году во время рекордного кругосветного путешествия, в течение которого они преодолели 49,190 км за 65 дней без дозаправки

В декабре 1954 года в США вошла в строй первая атомная подводная лодка «Наутилус»[6].

В 1956 году в Великобритании начала работу пятидесятимегаваттная АЭС «Calder Hall-1». Далее последовали в 1957 году АЭС Шиппингпорт в США — 60 МВт[2][6] и в 1959 году АЭС Маркуль во Франции — 37 МВт[6]. В 1958 начала выдавать электроэнергию первая очередь второй советской АЭС — Сибирской, мощностью 100 Мвт, полная проектная мощность которой составляла 600 Мвт[2]. В 1959 году в СССР спущено на воду первое в мире невоенное атомное судно — ледокол «Ленин»[6].

Ядерная энергетика, как новое направление в энергетике, получила признание на проходившей в Женеве в августе 1955 года 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии[2], положившей начало международному сотрудничеству в области мирного использования ядерной энергии и ослабившей завесу секретности над ядерными исследованиями, существовавшей со времён Второй мировой войны[6].

В 1960-х годах в США происходил перевод ядерной энергетики на коммерческую основу. Первой коммерческой АЭС стала «Yankee Rowe» мощностью 250 МВТ, проработавшая с 1960 до 1992 года. Первой атомной станцией в США, строительство которой финансировалось из частных источников, стала АЭС Дрезден[7].

В СССР в 1964 году вступили в строй Белоярская АЭС (первый блок 100МВт) и Нововоронежская АЭС (первый блок 240МВт). В 1973 году на Ленинградской АЭС в городе Сосновый бор был запущен первый высокомощный энергоблок (1000 МВт). Энергия пущенного в 1972 году в Казахстане первого промышленного реактора на быстрых нейтронах (150 МВт) использовалась для производства электроэнергии и опреснения воды из Каспийского моря[7].

В начале 1970-х годов существовали видимые предпосылки для развития ядерной энергетики. Потребность в электроэнергии росла, гидроэнергетические ресурсы большинства развитых стран были практически полностью задействованы, соответственно росли цены на основные виды топлива. Ситуацию усугубляло введение эмбарго на поставки нефти арабскими странами в 1973–1974 годах. Предполагалось снижение стоимости строительства АЭС[3].

Тем не менее, к началу 1980-х годов обозначились серьёзные экономические трудности, причинами которых стали стабилизация спроса на электроэнергию, прекращение роста цен на природное топливо, удорожание, вместо прогнозируемого удешевления, строительства новых АЭС[3].

Экономическое значение

Доля атомной энергетики в общем производстве электроэнергии в различных странах.

В 2014 году ядерная энергия обеспечивала 2,6 % всей потребляемой человечеством энергии[8]. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов — во Франции, на Украине[9], в Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. Эти страны производят от 20 до 76 % (во Франции) электроэнергии на АЭС.

В 2013 году мировое производство ядерной энергии выросло впервые с 2010 года — по сравнению с 2012 годом произошёл рост на 0,5 % — до 6,55 млрд МВт ч (562,9 млн тонн нефтяного эквивалента). Наибольшее потребление энергии атомных станций в 2013 году составило в США — 187,9 млн тонн нефтяного эквивалента. В России потребление составило 39,1 млн тонн нефтяного эквивалента, в Китае — 25 млн тонн нефтяного эквивалента, в Индии — 7,5 млн тонн[10].

Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на конец 2016 года насчитывалось 450 действующих ядерных энергетических[11] (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в 31 стране мира[12] (кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие).

Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны — США и Францию. США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства.

Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд кВт⋅ч, из них — 15,5 Игналинской АЭС[13]). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт[14]. Однако, под давлением ЕС (из-за сомнений в её безопасности — ИАЭС использовала энергоблоки того же типа, что и Чернобыльская АЭС), с 1 января 2010 года эта АЭС была окончательно закрыта (предпринимались попытки добиться продолжения эксплуатации станции и после 2009 года, но они не увенчались успехом[источник не указан 642 дня]), сейчас[когда?] решается вопрос о строительстве на той же площадке АЭС современного типа.

Объёмы производства ядерной электроэнергии по странам

Страны с атомными электростанциями.      Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки.      Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков.      Нет АЭС, станции строятся.      Нет АЭС, планируется строительство новых энергоблоков.      Эксплуатируются АЭС, строительство новых энергоблоков пока не планируется.      Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества.      Гражданская ядерная энергетика запрещена законом.      Нет АЭС..

За 2016 год суммарно АЭС мира выработали 2477 млрд кВт⋅ч энергии, что составило 10,8 % всемирной генерации электричества.

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии на 2017 год являются[15]:

• США (804 млрд кВт·ч/год), работает 99 атомных реакторов (20 % от вырабатываемой электроэнергии)[16]
• Франция (379 млрд кВт·ч/год), 58 реакторов, 71,6%[17].
• Китай (210 млрд кВт·ч/год), 39 реакторов, 3,6%[18].
• Россия (202,868 млрд кВт.ч /год), 35 реакторов, 18,9%[19].
• Южная Корея (141 млрд кВт·ч/год), 24 реактора, 27,1%[20].
• Канада (96 млрд кВт·ч/год), 19 реакторов, 14,6%[21].
• Украина (85 млрд кВт·ч/год), 15 реакторов, 55,1%[22].
• Германия (72 млрд кВт·ч/год), 9 реакторов, 11,6%[23].
• Швеция (63 млрд кВт·ч/год), 8 реакторов, 39,6%[24].
• Великобритания (65 млрд кВт·ч/год), 15 реакторов, 19,3%[25].

Примерно половина всемирной выработки электроэнергии на АЭС приходится на США и Францию.

Проблемы

Безопасность

Ядерная энергетика остаётся предметом острых дебатов. Сторонники и противники ядерной энергетики резко расходятся в оценках её безопасности, надёжности и экономической эффективности. Опасность связана с проблемами утилизации отходов, авариями, приводящими к экологическим и техногенным катастрофам, а также с возможностью использовать повреждение этих объектов (наряду с другими: ГЭС, химзаводами и тому подобным) обычным оружием или в результате теракта — как оружие массового поражения. «Двойное применение» предприятий ядерной энергетики, возможная утечка (как санкционированная, так и преступная) ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его теоретическое использование для производства ядерного оружия служат постоянными источниками общественной озабоченности, политических интриг и поводов к военным акциям (например, Операция «Опера», Иракская война).

Вместе с тем, выступающая за продвижение ядерной энергетики Всемирная ядерная ассоциация опубликовала в 2011 году данные, согласно которым гигаватт·год электроэнергии, произведённой на угольных электростанциях, в среднем (учитывая всю производственную цепочку) обходится в 342 человеческих жертвы, на газовых — в 85, на гидростанциях — в 885, тогда как на атомных — всего в 8[26][27].

Рентабельность

Высказываются сомнения в рентабельности ядерной энергетики. В связи с тем, что производство электричества на АЭС дорожает, а цена некоторых других источников электричества снижается, в условиях свободного рынка ядерные станции становятся убыточными. Так в США по причине нерентабельности были закрыты два реактора: АЭС Вермонт Янки и АЭС Кевони[28]. Множество проектов строительства новых реакторов отменено или заморожено. В 2005 году Финляндия выдала разрешение на строительство третьего блока АЭС Олкилуото. Предполагалось, что энергоблок будет введён в эксплуатацию в 2010 году. По состоянию на 2015 год предполагалось, что реактор не будет запущен ранее 2018 года. Стоимость строительства данного реактора оценивалась в 3 миллиарда евро. На 2015 год затраты возросли на 2 миллиарда евро. В итоге Финляндия отменила запланированное строительство четвёртого энергоблока на Олкилуото. Правительства могут страховать АЭС от закрытия, гарантируя закупку электричества по установленной цене. Однако такие схемы также подвергаются критике из-за ограничения конкуренции и чрезмерной растраты денег налогоплательщиков.

Тепловое загрязнение

Одной из проблем ядерной энергетики является тепловое загрязнение. По мнению некоторых специалистов, атомные электростанции, «в расчёте на единицу производимой электроэнергии», выделяют в окружающую среду больше тепла, чем сопоставимые по мощности ТЭС. В качестве примера можно привести проект строительства в бассейне Рейна нескольких атомных и теплоэлектростанций. Расчеты показали, что, в случае запуска всех запланированных объектов, температура в ряде рек поднялась бы до +45°С, уничтожив в них всякую жизнь.[29]

Подотрасли

Ядерная электроэнергетика

А́томная электроста́нция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом), предназначенная для производства электрической энергии (ОПБ-88/97).

Ядерная транспортная энергетика

Атомоход (атомное судно) — общее название судов с ядерной энергетической установкой, обеспечивающей ход судна. Различают атомоходы гражданские (атомные ледоколы, транспортные суда) и военные (авианосцы, подводные лодки, крейсеры, тяжёлые фрегаты).

Ядерная теплоэнергетика

См. также

Примечания

1. ↑ [1]Ядерная энергетика // Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — 1-е изд. — М. : Большая российская энциклопедия, 1991. — ISBN 5-85270-160-2.
2. ↑ 1 2 3 4 Атомная электростанция // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Атомная Энергетика. Энциклопедия Кольера.
4. ↑ «ZEEP — Canada’s First Nuclear Reactor», Canada Science and Technology Museum.
5. ↑ Грешилов А. А., Егупов Н. Д., Матущенко А. М. Ядерный щит. — М.: Логос, 2008. — 438 с. — ISBN 978-5-98704-272-0.
6. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 50 Years of Nuclear Energy (англ.). International Atomic Energy Agency (2004). Проверено 17 марта 2016.
7. ↑ 1 2 Nuclear share figures, 2004-2014 (англ.). World Nuclear Association (2015). Проверено 13 марта 2016.
8. ↑ REN21: Renewables Global Status Report 2015
9. ↑ АЭС Украины в 2015 г. выработали 87,6 млрд кВтч электроэнергии
10. ↑ В 2013 году производство ядерной энергии на планете выросло впервые за 3 года — ИА «Финмаркет»
11. ↑ IAEA — Power Reactor Information System
12. ↑ World Nuclear Power Reactors 2007-08 and Uranium Requirements. World Nuclear Association (9 июня 2008). Проверено 21 июня 2008. Архивировано 3 марта 2008 года.
13. ↑ Vatesi Brosiura+RUS.indd
14. ↑ energo.net.ua — НОВОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ в 2003 году Игналинская АЭС реализовала на внутреннем рынке Литвы 6,8 млрд кВт⋅ч электроэнергии и экспортировала 7,5 млрд кВт⋅ч
15. ↑ Top 10 Nuclear Generating Countries — Nuclear Energy Institute
16. ↑ PRIS - Country Details USA (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
17. ↑ PRIS - Country Details France (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
18. ↑ PRIS - Country Details China (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
19. ↑ PRIS - Country Details Russia (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
20. ↑ PRIS - Country Details South Korea (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
21. ↑ PRIS - Country Details Canada (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
22. ↑ PRIS - Country Details Ukraine (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
23. ↑ PRIS - Country Details Germany (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
24. ↑ PRIS - Country Details Sweden (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
25. ↑ PRIS - Country Details UK (англ.). www.iaea.org. Проверено 25 марта 2018.
26. ↑ Управление риском «ядерного страха»
27. ↑ От редакции: Страшная безопасность. // Ведомости, 26.04.2011, № 74 (2840). Проверено 26 апреля 2011. Архивировано 25 августа 2011 года.
28. ↑ First US nuclear power closures in 15 years signal wider industry problems | Environment | The Guardian
29. ↑ Родионов В. Г. Проблемы традиционной энергетики // Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего. — М.: ЭНАС, 2010. — С. 22. — 352 с. — ISBN 978-5-4248-0002-3.

Ссылки

Российское законодательство

Международные соглашения

Учебные пособия

Отрасли промышленности

wikiredia.ru

фото, символ. Может ли атом быть мирным? Есть ли будущее у мирного атома?

В конце Второй мировой войны над японскими городами Хиросимой и Нагасаки были сброшены две ядерные бомбы. Новое оружие оказалась самым смертоносным в человеческой истории. Последовавшая ядерная гонка между СССР и США еще больше усугубила страхи мирового сообщества перед ядерным фактором. Однако помимо атомных боеголовок, появился и атом мирный. Под этой фразой подразумевают ядерную энергетику.

Принцип работы АЭС

В основе работы любой АЭС лежит реакция деления атома. Для того чтобы ее вызвать, необходимо провести нейтронную бомбардировку ядер урана-235. Мельчайшие частицы делятся на фрагменты, при этом вырабатывая колоссальное количество гамма-лучей и тепловой энергии.

Мирный атом может оставаться мирным только под жестким контролем, обязательным для АЭС. Дело в том, что при делении возникают нейтроны, которые порождают новые цепные реакции. Бесконтрольное охватывание ядер приводит к взрыву. Именно этот принцип лежит в основе срабатывания атомных бомб. На электростанциях же процесс контролируется, а избыточная энергия направляется в полезное для людей русло.

Уран-235

Ядерное топливо перед использованием помещается в специальные стержни. Его хранят в виде таблеток, изготовленных из окиси урана. Следует понимать, что это вещество неоднородно. 3% таких таблеток состоит из урана-235 (при реакции делится именно он), остальная часть приходится на уран-238 (этот изотоп не делится).

Зачем нужно такое соотношение? Чтобы держать процесс под контролем. Работающий реактор запускает реакцию деления. По ходу ее развития количество урана-235 уменьшается. В то же время увеличивается объем продуктов деления. Это ядерные отходы. Они представляют серьезную опасность для окружающей среды, поэтому должны правильно утилизироваться. Может ли атом быть мирным? Как видно из описанной технологии, только при точном соблюдении инструкций и правил производственного процесса.

Предпосылки появления

Ядерная (атомная) энергетика зародилась в середине XX века. С тех пор в мире были построены сотни АЭС (сегодня работает 442). Мирный атом обеспечивает больше половины энергии, необходимой Франции, Польше, Литве, Словакии, Швеции и Южной Корее. В Западной Европе АЭС вырабатывают около трети электричества.

Началось все в 1939 году, когда в Германии было открыто деление ядер урана. Исследованиями немцев крайне заинтересовались в СССР. Ученым сразу стало ясно, что только что открытый процесс позволяет производить гигантские объемы энергии. Если бы специалистам удалось научиться контролировать сложные реакции, это позволило бы решить множество экономических проблем. Первые советские исследования, связанные с мирным атомом, прошли в РИАН (Радиевом институте Академии наук) под руководством выдающегося физика Игоря Курчатова.

Ядерная гонка

Работа советских ученых тормозилась из-за отсутствия у СССР собственных запасов урана. Кроме того, в 1941 году началась Великая Отечественная война, и о революционных открытиях пришлось на время забыть. На этом фоне повестку дня перехватили в Великобритании, США и Германии. Парадокс заключается в том, что ядерная энергетика появилась как ответвление милитаристского проекта. Разумеется, воевавшие страны в первую очередь пытались получить самое мощное оружие, а уже затем думали о мирных способах использования своих открытий.

Первый экспериментальный атомный реактор был запущен в США в декабре 1942-го года. Руководителем проекта являлся итальянский ученый Энрико Ферми. В СССР первый реактор появился в конце 1946-го года в Институте атомной энергии. К этому времени уже произошли американские бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. В СССР атомную бомбу создали в 1949 году, а водородную – в 1953 году. Война уже закончилась, и ученые начали готовить ядерный реактор для работы на народное хозяйство Советского Союза.

Строительство АЭС

Первая атомная электростанция в мире была запущена летом 1954-го года. Ею оказалась Обнинская АЭС, расположенная в Калужской области. В США с небольшим опозданием также начали реализовывать энергетический атомный проект. В 1956 году американцам впервые удалось с помощью реактора получить электричество. Постепенно в двух сверхдержавах основывались все новые АЭС. Каждая из них била очередной рекорд мощности.

Пик развития атомной энергетики пришелся на вторую половину 1960-х гг. Затем количество строек АЭС стало уменьшаться. В США в Конгрессе и научном сообществе началась дискуссия о проблемах, связанных с безопасностью мирного атома. Тем не менее к 1986 году выработка электричества на АЭС достигла отметки в 15% от объема, производимого обычными электростанциями.

Символ атомной энергетики

В 1958 году в Брюсселе, где проходила очередная Всемирная выставка, открылся Атомиум. Над концепцией конструкции работал архитектор Андре Ватеркейнер. Атомиум выглядит как увеличенная кристаллическая решетка железа: девять атомов, объединенных между собой. Вес конструкции – 2400 тонн, а высота равна 102 метрам. Посетители могут попасть в шесть из девяти сфер. Эти модели атомов, увеличенные в сотни миллиардов раз, соединены друг с другом двадцатью 23-метровыми трубами. Внутри них находятся коридоры и эскалаторы.

Фото «мирного атома», появившегося в Брюсселе в самый разгар атомной эпохи, быстро облетели мир, а Атомиум стал символом всей ядерной энергетики и идеи о том, что революционные научные открытия нужно использовать во благо человечества, а не для войн и разрушений. Бельгийская достопримечательность упоминается в романе знаменитых советских фантастов братьев Стругацких «Понедельник начинается в субботу». Символ мирного атома фигурирует на множестве рисунков, а также на эмблемах, посвященных атомной энергетике.

Экологический фактор

Проблема экологического загрязнения радиоактивными отходами с каждым годом становится все актуальнее. К примеру, в современной России мирным атомом занимается персонал 10 АЭС. Все эти предприятия нуждаются в особенном внимании экологов и государственных ведомств.

В Европейском Союзе каждый год скапливается 50 тысяч кубометров радиоактивных отходов. Ключевая проблема заключается в том, что подобный мусор остается опасным на протяжении тысяч лет (к примеру, период распада плутония-239 составляет 24 тысячи лет).

Утилизация отходов

Сегодня существует несколько концепций о том, как лучше всего избавиться от радиоактивных отходов. Первая идея заключается в создании могильников, находящихся на дне Мирового океана. Это довольно сложно реализуемый способ. Контейнеры должны находиться на значительной глубине, кроме того, их может повредить морское течение.

Вторая идея рассматривается в НАСА, где предлагают отправлять ядерные отходы в открытый космос. Такой способ безопасен для Земли, но чреват чрезмерными тратами. Есть и другие идеи: вывозить отходы на необитаемые острова или хоронить их в льдах Антарктиды. Самым же приемлемым сегодня считается вариант строительства могильников в скальных подземных породах. Исследования, связанные с этой идеей, продолжают проводиться в Германии и Швейцарии.

Урок Чернобыля

Долгое время атомная энергетика считалась безальтернативной. На протяжении нескольких десятилетий мирный атом в СССР и других странах продолжал свою экономическую экспансию. Однако в 1986 году в Чернобыле произошла трагедия, которая заставила человечество переосмыслить свое отношение к АЭС. На станции рядом с Припятью произошел взрыв, последствием которого стало разрушение реактора и выброс в окружающую среду значительного количества опасных для здоровья радиоактивных веществ.

Знаменитый советский лозунг «Мирный атом в каждый дом» оказался скомпрометированным. В первые месяцы после аварии погибло 30 человек. Однако истинные последствия облучения сказались позже. В течение последующих лет в муках от страшного недуга скончались еще десятки людей. Тысячи граждан СССР оказались в зоне заражения. Значительные территории Белоруссии, Украины и России стали непригодными для сельского хозяйства. Авария на ЧАЭС привела к вспышке общественной фобии по отношению к атомной энергетике. После той трагедии были закрыты многие станции по всему миру.

Хотя за 30 лет меры безопасности на подобных предприятиях заметно улучшились, теоретически трагедия, похожая на чернобыльскую, может повториться вновь. Случались аварии и до, и после ЧАЭС: в 1957 году - в Великобритании (Уиндскейл), в 1979 году - в США (Три-Майл-Айленд), в 2011 году - в Японии (Фукусима). Сегодня в МАГАТЭ собраны сведения более чем о 1000 внештатных ситуаций на станциях. Причины аварий: человеческий фактор (80% случаев), реже - конструкторские недостатки. На Фукусиме в Японии чрезвычайная ситуация произошла из-за мощнейшего землетрясения и последовавшего за ним цунами.

Перспективы ядерной энергетики

Вопрос о том, есть ли будущее у мирного атома, с экономической точки зрения сложен и вызывает множество споров специалистов. Из-за большого количества противоречивых факторов его будущее неясно и туманно. Последние прогнозы, которые выпускает Международное энергетическое агентство, говорят о том, что при сохранении сегодняшних тенденций доля электроэнергии, производимой на АЭС, к 2030 году упадет с 15% до 9%.

До недавнего времени атомная энергетика пользовалась спросом в том числе и из-за высоких цен на нефть. Однако в 2014 году они резко упали. Таким образом, появилась еще одна подешевевшая альтернатива АЭС. Важно и то, что атом мирный обеспечивает людей только электроэнергией (то есть даже при повсеместном применении не может полностью избавить общество от энергетической зависимости).

Нефть или электричество?

Нефть, несмотря ни на что, важна для промышленности и транспорта. Около 40% энергии, которую потребляют США, обеспечивается этим ресурсом. От зависимости от нефти не смогли избавиться Япония и Франция (хотя они активно используют АЭС). Так есть ли будущее у мирного атома или он обречен оставаться в тени «черного золота»? Упомянутые тенденции говорят о том, что АЭС могут оказаться в прошлом. Однако некоторые недавние события дали атомной энергетике новый шанс.

Речь идет о появлении автомобилей, работающих не на бензине, а на электричестве. Сегодня такой транспорт все больше завоевывает рынки США и Европы. Через несколько десятилетий электромобили станут нормой. Именно в этот момент на выручку мировой экономике может вновь прийти атом мирный. АЭС в силах решить проблему все возрастающей потребности разных стран в электричестве.

Термоядерная энергетика

Есть еще одна перспектива, при которой атом мирный может совершить экономический триумф. Одной из важнейших проблем, связанных с эксплуатацией АЭС, является экологическая безопасность. Вопрос о сложности захоронения радиационных отходов и отработанного топлива породил идею о переформатировании атомных реакторов в новые атомно-термоядерные. Такие предприятия будут совершенно безопасны для окружающей среды. Но прежде чем эта технология мирного атома будет внедрена в производство, специалистам придется проделать значительный путь.

Сегодня над термоядерным проектом уже работают команды из 33 стран мира. Глобальность затеи с термоядерным топливом обуславливается множеством его преимуществ. Оно не только безопасно с точки зрения экологии, но и неисчерпаемо. Необходимый ученым ресурс – дейтерий, который получают из Мирового океана. Главное технологическое отличие термоядерной станции от АЭС заключается в том, что на новых предприятиях будет происходить ядерный синтез (на прежних АЭС осуществляется расщепление ядра). Возможно, именно в этой технологии заключается будущее мирного атома.

fb.ru

Мирный атом

Первые ядерные реакторы нарабатывали плутоний для атомного оружия. Но лидеры атомного проекта СССР, как и зарубежные ученые, искали способы использования энергии атома в мирных целях. Результатом стал пуск в 1954 году в поселке Обнинское Калужской области первой в мире АЭС мощностью 5 МВт и создание в 1956 году первой промышленной атомной электростанции в Колдер Холле (Великобритания).

И в реакторе, и в бомбе используется энергия, выделяющаяся при цепной ядерной реакции. Минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала реакции, называют критической массой. Например, критическая масса урана-235 — 50 кг.

Таким образом, устройство реактора предусматривает, чтобы авария, если таковая случится, не могла иметь столь разрушительных последствий, как взрыв атомной бомбы. Потенциальная опасность энергетического реактора заключается в накопленных за время работы радиоактивных веществах. Чтобы эти вещества не вышли в окружающую среду, в конструкцию АЭС заложен принцип глубокоэшелонированной защиты: установлен ряд последовательных физических барьеров, надежно удерживающих радиоактивные вещества в заданных границах.

Первая в мире АЭС, СССР

 

Здания Колдер Холл, Великобритания

 

Прототипом первых реакторов для АЭС были реакторы для наработки оружейного плутония. Параллельно создавались более безопасные реакторы для подводных лодок. Эти технические решения были использованы для промышленных реакторов второго поколения, которые являются основой мировой атомной энергетики и сегодня.

После успешного пуска первых АЭС создавались все более мощные реакторы для производства тепла и электроэнергии. К 1970 году число промышленных атомных реакторов в мире выросло до 116.

Когда Резерфорду задали вопрос: «Как вы думаете, когда открытая вами ядерная энергия найдет практическое применение?», ученый коротко ответил: «Никогда!» Затем, подумав, добавил: «В крайнем случае, лет через 200–300».

Это было произнесено за 5 лет до запуска первого ядерного реактора и за 8 лет до взрыва первой атомной бомбы.

rb.mchs.gov.ru

Мирный атом: Ядерная энергетика | Журнал Популярная Механика

Человек использует энергию атомного ядра уже пятьдесят лет. Это до сих пор гораздо сложнее, чем топить печку углем или сжигать бензин в двигателе внутреннего сгорания.

Путь от первого атомного котла до атомной электростанции оказался почти вчетверо длиннее, чем дорога к атомной бомбе

Офицер охраны Дэен Филипс несет охрану на атомной электростанции Diablo Canyon

Пульт управления атомной электростанцией

Как устроен ядерный реактор АМ ("Атом Мирный")

Спустя полвека после своего рождения ядерная энергетика занимает заметную долю в мировом производстве электроэнергии

Перезагрузка: техники наблюдают за выключением реактора. После открытия крышки в реактор загрузят новое топливо

«Я до сих пор изумляюсь, когда смотрю на ядерный реактор». Нильс Бор (Москва, 1961 г.)

В мельчайших частичках вещества — ядрах атомов — скрыта колоссальная энергия. Судите сами. В ядерном реакторе, который поставляет электричество для круглосуточного свечения 10 миллионов стоваттных лампочек, за год работы исчезает всего 1 килограмм ядерного горючего из нескольких десятков тонн. Казалось бы, вот оно — энергетическое изобилие. В августе 1945 года американский журналист Джон О’Нейл, вдохновленный мощью атомной бомбы, написал в одной из своих статей: «Производство атомной энергии, несомненно, будет чрезвычайно дешевым… В наших автомобилях со временем появятся атомные энергетические установки… и нам не нужно будет заправляться топливом… В сравнительно короткие сроки мы сможем прекратить добычу угля».

Однако время показало, что американский журналист был чересчур оптимистичен. Потребовались десятилетия работы, лучшие научные умы и сложные инженерные решения, чтобы откусить маленький кусочек от этого необъятного природного пирога. Только девять лет спустя первый реактор с символическим названием «Атом мирный» был подключен к мирной энергосети.

Это произошло недалеко от Москвы, в небольшом поселке Обнинске на реке Протве, и с тех пор 27 июня 1954 года считается днем рождения ядерной энергетики.

Окно в атомную эру

Прямой путь к овладению атомной энергией указало одно важное открытие, сделанное в 1939 году немецкими физиками О. Ганом и Ф. Штрассманом. Они обнаружили деление ядер урана под действием нейтронов. Не прошло и месяца после того, как эта потрясающая новость достигла всех ведущих физических лабораторий, а на конференции в Вашингтоне ученые уже полушутя-полусерьезно заговорили о высвобождении ядерной энергии (см. врезку о цепной реакции деления ядер). Но прежде надо было ответить на принципиальный вопрос: сколько в каждом акте деления получается новых нейтронов? Достаточно ли их для цепной реакции? Начались кропотливые эксперименты, и в итоге догадки подтвердились: было обнаружено, что при делении одного ядра урана высвобождается в среднем несколько нейтронов — что-то порядка одного, двух или трех. Итак, предпосылки для цепной реакции были найдены. Дальше выяснилось, что основной компонент природного урана — уран-238 — в большей степени поглощает нейтроны, чем делится ими. А главный делящийся компонент — уран-235 — составляет всего 0,7% в естественной смеси изотопов. И хотя при делении урана-235 образуется достаточно нейтронов, большинство из них пропадает зря, сталкиваясь с многочисленными ядрами основного изотопа. Как справиться с этой проблемой? Первый очевидный способ — обогащение урановой руды и выделении чистого изотопа урана-235. Но по тем временам разделение изотопов урана в промышленных масштабах было чересчур трудоемким, а проще говоря, почти безнадежным делом. Более того, тогда еще никто точно не знал и не мог сосчитать, сколько килограммов или десятков (а может, и сотен) килограммов этого продукта понадобится для запуска цепной реакции.

Второй путь предполагал использование естественной смеси изотопов урана и опирался на результаты опытов, которые свидетельствовали, что более медленно летящие (так называемые тепловые) нейтроны гораздо эффективнее делят ядра урана-235 и гораздо меньше поглощаются ядрами урана-238. Следовательно, замедлив нейтроны, можно уменьшить паразитное поглощение и увеличить вероятность деления. Замедлители тоже были известны: легкие вещества типа воды, углерода или бериллия.

Первый атомный «котел»

Поскольку нейтроны — основные участники цепной реакции, не удивительно, что эксперименты по сооружению первого атомного «котла» возглавил главный по тем временам специалист по нейтронам и лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми, который эмигрировал из фашистской Италии и работал в Колумбийском университете. Здесь в 1941 году и начали строить пробную установку. В качестве замедлителя выбрали простой и доступный в больших количествах материал — углерод в форме графита. Как вспоминал Ферми, физики, покрытые черной пылью графита и окиси урана, перетаскивали многокилограммовые блоки, и, сжалившись над ними, декан позволил нанять для этой работы студентов-футболистов. Дело пошло веселее — они гораздо легче справлялись с упаковками уранового порошка весом по 20−40 кг. Но когда решетчатая конструкция из банок с окисью урана и примерно 30 т графита была наконец готова, результаты измерений обескуражили — нейтронов было недостаточно для цепной реакции. Подвело качество материалов. Там, где каждый нейтрон на счету, любая примесь, поглощающая нейтроны, сводит все усилия на нет.

В 1942 году команда физиков под руководством Ферми переехала в Чикаго, в Металлургическую лабораторию, где были сконцентрированы все основные научные силы по исследованию цепной реакции. Эксперименты продолжились. Промышленность под давлением военных постепенно повышала качество поставляемого графита и обогащенного урана, и в конце концов, судя по экспериментальным данным, оно стало достаточным для осуществления цепной реакции.

Поскольку к октябрю 1942 года участок, купленный для лаборатории в Аргоннском лесу, был еще совершенно не готов, возводить «котел» решили прямо в центре большого города — на кортах для игры в сквош в спортгородке Чикагского университета. Работали круглосуточно, в две смены, укладывая слои графита и урановых блоков, причем самое качественное топливо — как можно ближе к центру. После укладки каждого слоя проводились измерения, Ферми делал расчеты и давал указания по поводу следующего слоя. Меньше чем за месяц собрали конструкцию в форме эллипсоида размером примерно 3х4 метра из 385 тонн графита и 46 тонн урана. В ней были сделаны щели для деревянных стержней, обитых кадмиевой жестью (кадмий сильно поглощает нейтроны и может остановить цепную реакцию). Стержни вынимали только на время измерений, а затем вводили в котел и запирали на висячий замок, ключи от которого были только у начальников смен.

Решающий момент наступил 2 декабря 1942 года. По расчетам было набрано достаточно слоев для начала самоподдерживающейся цепной реакции. На испытании присутствовало около 40 человек. Это были главным образом физики, собиравшие установку. На всякий случай в конструкции предусмотрели аварийные стержни — достаточно было просто перерезать веревку, и они падали в котел, а несколько добровольцев стояли наверху с ведрами раствора кадмиевой соли, готовые при необходимости вылить его внутрь сооружения. Удалили все кадмиевые полосы, кроме одной, а затем начали постепенно выдвигать и ее. После каждого шага измеряли количество нейтронов, и Ферми делал расчет на логарифмической линейке. В 2 часа 20 минут дня, когда вынули 2,5 метра полосы, интенсивность начала расти все быстрее и быстрее, пока не стало ясно, что она может сделаться бесконечно большой. Тогда кадмиевые стержни вернули на место. Первое испытание продолжалось 28 минут, котел удерживали при мощности не более полуватта, чтобы свести к минимуму радиоактивное облучение, ведь никакой защиты предусмотрено не было. После остановки котла распили бутылку кьянти, а успешный исход испытаний скромно отметили у Ферми дома (хотя жена его так и осталась в неведении о причинах торжества). А на спортивных кортах университета, там, где человеку впервые удалось осуществить управляемую цепную реакцию, теперь стоит бронзовый монумент.

Оловянно-керамический кристаллизатор

Путь от первого атомного котла до атомной электростанции оказался почти вчетверо длиннее, чем дорога к атомной бомбе. Первыми промышленными установками с управляемой цепной реакцией деления стали реакторы для получения плутония-239 (который образуется при поглощении нейтронов ураном-238). После этого пришла очередь малых энергетических установок для подводных лодок, а в 1951 году на опытной американской станции в Айдахо удалось даже получить немного электричества — его хватило, чтобы зажечь целых четыре лампочки.

Проблема заключалась в том, что для функционирования полноценной энергетической установки, сравнимой по мощности с тепловыми станциями, требовались совершенно другие температурные и мощностные режимы. Чтобы превратить четыре лампочки в миллионы, нужно не просто другое количество — другое качество. Необходимо организовать теплообмен при высоких тепловых потоках и высоких давлениях — вопросы эти были слабо изучены. Топливные элементы в активной зоне должны работать в условиях высоких температур без разрушения, а конструкционные материалы — выдерживать огромные радиационные нагрузки. И все же в 1950 году в СССР было принято решение о строительстве экспериментальной реакторной установки — агрегата «АМ» (Атом Мирный). Все было засекречено, и в документах тех лет можно встретить забавные шифрованные обозначения: уран назвали «активным полимером», нейтроны — «нулевыми точками», а уран-графитовый реактор — «оловянно-керамическим кристаллизатором».

Предлагалось несколько вариантов конструкции, но окончательный проект, утвержденный академиками И.В. Курчатовым и Н.А. Доллежалем, был таков: строить уран-графитовый реактор с трубчатыми тепловыделяющими элементами, где в качестве теплоносителя используется некипящая вода под давлением 100 атмосфер. Проектная мощность реактора — 30 МВт, но не из теоретических соображений, а из-за вполне конкретных обстоятельств. В то время, в условиях общего послевоенного дефицита и разрухи, даже на таких приоритетных направлениях часто приходилось довольствоваться имеющимися ресурсами. И вот в поисках турбоагрегата в Москве наткнулись на старую, снятую с эксплуатации турбину небольшой мощности — порядка 6 МВт, которая вполне подходила для опытной атомной станции. Характеристики этой турбины и определили в конечном итоге мощность ядерной установки Первой АЭС.

Весь процесс сооружения атомной станции, начиная с сентября 1951 года, представлял собой череду экспериментов и испытаний. Анализируя потенциальные аварийные ситуации, пришли к выводу, что при определенных параметрах реактора самое опасное — заполнение кладки водой, например, при разрыве канала охлаждения. Тогда увеличивается коэффициент размножения нейтронов, и мощность начинает нарастать. А при отключении подачи воды, наоборот, цепная реакция полностью прекращается. Впоследствии оказалось, что эти расчеты проверены самой природой: через 20 лет в Габоне обнаружили природный ядерный реактор, работавший по такому «водяному» принципу.

Несколько лабораторий занимались разработкой твэлов — тепловыделяющих элементов. Именно они содержат ядерное горючее и располагаются в самой агрессивной зоне реактора. Сначала изготовили твэлы в виде стальных трубок, на которые насаживались втулки из урана. Температурные испытания показали, что эти трубки никуда не годятся — время их работы в рабочих тепловых потоках исчислялось всего несколькими часами. Когда чистый уран заменили сплавом с 9% молибдена, дела пошли лучше: срок службы увеличился до нескольких сот часов. Но самым удачным оказалось решение по диспергированию уранмолибденового сплава в магниевой матрице. Эта конструкция при испытаниях справлялась с тепловыми потоками, больше которых не могла выдержать и сама установка.

В начале мая 1954 года приступили к загрузке активной зоны топливом. Первый полный комплект ядерного горючего содержал 546 кг урана с 5-процентным обогащением ураном-235. Полтора месяца продолжались испытания, и вот 26 июня 1954 года в 17 часов 45 минут пар был подан на турбину и первая в мире атомная электростанция получила промышленную нагрузку при мощности электрогенератора 1,5 МВт. А на следующий день об этом событии сообщил ТАСС. Впрочем, до выхода на проектную нагрузку в 5 МВт строителям и сотрудникам станции еще в течение нескольких месяцев пришлось устранять разные неожиданные проблемы и опасные ситуации, например появление кислорода в кладке реактора. Но постепенно работа наладилась, а свой экспериментальный характер Первая АЭС сохранила на все 48 лет эксплуатации: в центре ее активной зоны был предусмотрен специальный канал для физических экспериментов.

По грустной иронии судьбы осенью 1954 года, когда первая мирная атомная электростанция достигла своей проектной мощности, умер великий физик Энрико Ферми, которому впервые удалось обуздать цепную реакцию. А 29 апреля 2002 года реактор Первой АЭС был остановлен навсегда.

Пятьдесят на пятьдесят

Теперь, спустя полвека с момента своего рождения, ядерная энергетика занимает заметную долю в мировом производстве электроэнергии. Основная масса энергетических реакторов работает на тепловых нейтронах с урановым топливом, как и Первая АЭС. В них есть активная зона, твэлы, замедлитель, теплоноситель. Но на этом сходство и заканчивается. В разных типах реакторов используют разные замедлители, разные способы отвода тепла, разные конструкции тепловыделяющих элементов, разную степень обогащения урана. Например, канадским реакторам CANDU вообще достаточно необогащенного топлива — они могут работать на естественной смеси изотопов урана.

Еще более перспективными считаются реакторы на быстрых нейтронах. Они работают без замедлителя, но требуют несколько иного топлива — произведенного в обычных (тепловых) реакторах плутония. Главное их достоинство с точки зрения энергетики — способность в процессе работы не только производить электроэнергию, но и утилизировать непригодный в качестве ядерного горючего уран-238 для получения новых порций плутония. Фактически появляется возможность организовать так называемый «замкнутый топливный цикл». Впрочем, пока природный уран сравнительно дешев и доступен, эти технологии мало привлекают инвесторов, и за редким исключением реакторы на быстрых нейтронах — это просто реакторы-размножители для производства плутония и потенциальные установки для сжигания ядерных отходов.

Человек использует энергию атомного ядра уже 50 лет. Это до сих пор гораздо сложнее, чем топить печку углем или сжигать бензин в двигателе внутреннего сгорания. Начинка ядерных электростанций сделана из того же материала, что и атомная бомба, и все эти годы нас не покидает интуитивное ощущение тревоги и недоверия. Возможно, еще лет через сто, когда подойдут к концу обычные источники энергии, а возобновляемой замены им так и не найдется, у человечества не будет иного выбора, кроме ядерной энергетики. И будучи реалистом, генеральный директор МАГАТЭ Мохаммед эль-Барадеи, выступая в июне 2004 года на конференции в Москве, осторожно сказал так: «…сейчас, когда атомная энергетика отмечает свое 50-летие, ее будущее — хоть оно, возможно, и становится многообещающим — все же остается неопределенным».

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2005).

www.popmech.ru

Мирный атом? | Циркуль

Трагические события последних дней в Японии заставляют переживать миллионы человек по всему миру. Катастрофическое разрушение части ядерного реактора станции «Фукусима-1» в результате землетрясения грозит перерасти в общемировую экологическую катастрофу, сопоставимую по своим последствиям с чернобыльской. Это заставляет под новым углом взглянуть на целесообразность использования атомной энергетики и обеспечение безопасности людей, проживающих в непосредственной близости от станции. Какие причины заставляют государства мира вкладывать огромные средства в изучение цепной ядерной реакции? Существует ли альтернатива данному способу получения энергии для современного общества?

Чтобы понять сущность проблемы, необходимо рассмотреть основы возникновения атомной энергетики, путь её становления. В этом нам должны помочь знания в области химии и физики. Основополагающим термином этого направления науки является понятие атома. Это самая маленькая химически неделимая частица любого элемента окружающего мира, выступающая в качестве базового носителя его свойств. Визуально атом можно представить в виде большой частицы – ядра и окружающего его электронного облака. В ходе экспериментов было установлено, что ядро имеет положительный заряд, а окружающее его облако – отрицательный. Электрические заряды равны между собой, поэтому атом находится в равновесном состоянии.

В начале ХХ века учёные Нильс Бор и Эрнест Резерфорд провели ряд опытов, в процессе которых моделировалось столкновение атомов для выведения их из состояния равновесия. В результате были открыты субатомные частицы: протоны, нейтроны и электроны. Таким образом, ядро любого атома состоит из протонов, имеющих положительный электрический заряд, и нейтронов, которые заряда не имеют. Окружающее облако образовано отрицательно заряженными электронами, хаотично передвигающимися по своим орбитам.

Изучением процесса столкновения атомов химических элементов с различными частицами занимались многие учёные во всём мире: Джеймс Чедвик, Ирен Кюри, Фредерик Жолио, Энрико Ферми, Отто Ган, Фриц Штрассман. В числе прочих веществ в ходе опытов изучались свойства ядер урана – самого тяжёлого из химических элементов. Было отмечено, что при столкновении стороннего нейтрона с атомом урана или плутония происходит процесс расщепления, при котором образуются элементы с более лёгкими ядрами, а также выделяются новые нейтроны. Они обладают достаточно большой кинетической энергией (скоростью), поэтому, распространяясь среди других атомов в куске урана, вызывают всеохватный процесс деления ядер. Эта особенность и получила название цепной реакции ядерного деления. Она является основой всей атомной энергетики.

В процессе цепной ядерной реакции происходит процесс высвобождения колоссального количества энергии в результате нарушения баланса ядра элемента. Чем ядро тяжелее, тем больше энергии можно получить при его разрушении (делении). Получаемую энергию человечество научилось использовать как в мирных, так и в военных целях.

В атомной бомбе процесс деления ядер ничем не контролируется, цепная реакция происходит свободно, и мгновенно выделяется огромный заряд энергии в виде взрыва. Сопутствующими элементами являются проникающая радиация и заражение окружающей местности.

В ядерном реакторе атомной станции реакцией деления пытаются управлять. С этой целью применяют различные замедлители и отражатели для разлетающихся нейтронов и таким образом контролируют число распадающихся ядер. Высвобождаемая энергия нагревает специальное вещество – теплоноситель, - который циркулирует по системе труб вокруг активной зоны. Теплоноситель поступает в теплогенератор, представляющий собой большую ёмкость, наполненную водой. Происходит нагрев воды до точки кипения – образуется пар. Он поступает к турбинам, которые соединены с электрогенераторами. Лопасти турбин приходятв движение – вырабатывается электрический ток. Отработанный пар направляется в конденсатор, где охлаждается большим потоком воды, поступающей из водохранилища.

Основную опасность для окружающей среды представляет рабочая зона, в которой происходит процесс разрушения ядер – цепная реакция. В случае выхода процесса из-под контроля имеется реальная возможность разрушения атомной станции и выброса радиоактивных веществ на большой участок местности.

Почему же атомные станции нашли своё применение во многих странах мира? Они обладают рядом преимуществ по сравнению с тепловыми электростанциями (ТЭС). Во-первых, объёмы топлива, требующиеся для выработки энергии, очень незначительны. Они не могут сравниться с огромными затратами угля или мазута, потребляемыми ТЭС. При сжигании горючих материалов во внешнюю среду выбрасываются тонны вредных веществ, содержащих тяжёлые элементы и ядовитые газы. Существует реальная угроза парникового эффекта. Атомная же станция минимально загрязняет природу при работе в штатном режиме.

Но и отрицательные моменты не менее серьёзны, в какой-то мере они полностью перекрывают все положительные свойства. Первый и самый главный недостаток – тяжелейшие последствия в случае выхода из штатного режима работы и создания аварийных ситуаций. В этом случае последствия бывают самыми катастрофическими. Об этом свидетельствуют итоги аварии на Чернобыльской АЭС и недавние события на станции «Фукусима-1». Другим отрицательным моментом является трудность утилизации отходов, имеющих повышенный радиационный фон и представляющих опасность для здоровья человека.

Всё чаще звучат призывы отказаться от атомной энергетики, перейти на более безопасное топливо. Определённые наработки в этой области имеются. Основной упор делается на возобновляемые источники энергии: солнечную, ветряную, волновую. Существуют проекты по использованию биотоплива. Однако полностью перейти на новые ресурсы не удалось ни одному государству мира. Для массового промышленного внедрения необходимы огромные средства и, что немаловажно, политическая воля.

В каком направлении будет развиваться энергетический сектор, смогут ли в качестве приоритета при строительстве различных станций учитывать экологический фактор, мы узнаем уже в ближайшем будущем. Если оно будет…

cirkul.info

МИРНЫЙ АТОМ

Человек использует энергию атомного ядра уже пятьдесят лет. Это до сих пор гораздо сложнее, чем топить печку углем или сжигать бензин в двигателе внутреннего сгорания

В мельчайших частичках вещества - ядрах атомов - скрыта колоссальная энергия. Судите сами. В ядерном реакторе, который поставляет электричество для кругло­суточного свечения 10 миллионов стоваттных лампочек, за год работы исчезает всего 1 килограмм ядерного горючего из нескольких десятков тонн. Казалось бы, вот оно - энергетическое изобилие. В августе 1945 года американский журналист Джон О'Нейл, вдохновленный мощью атомной бомбы, написал в одной из своих статей: "Производство атомной энергии, несомненно, будет чрезвычайно деше­вым... В наших автомобилях со временем появятся атомные энергетические уста­новки... и нам не нужно будет заправ­ляться топливом... В сравнительно ко­роткие сроки мы сможем прекратить добычу угля".

Однако время показало, что американский журналист был чересчур оптимистичен. Потребовались десятилетия работы, лучшие научные умы и сложные инженерные решения, чтобы откусить маленький кусочек от этого необъятного природного пирога. Только девять лет спустя первый реактор с символическим названием "Атом мирный" был подключен к мирной энергосети. Это произошло недалеко от Москвы, в небольшом посел­ке Обнинске на реке Протве, и с тех пор 27 июня 1954 го­да считается днем рождения ядерной энергетики.

Прямой путь к овладению атомной энергией указало одно важное открытие, сделанное в 1939 году немецкими физи­ками О. Ганом и Ф. Штрассманом. Они обнаружили деление ядер урана под действием нейтронов. Не прошло и месяца после того, как эта потрясающая новость достигла всех ведущих физических лабораторий, а на конферен­ции в Вашингтоне ученые уже полушутя-полусерьезно заговорили о высвобождении ядерной энергии (см. врезку о цепной реакции деления ядер). Но прежде надо было ответить на принципиальный вопрос: сколько в каждом акте деления получается новых нейтронов? Достаточно ли их для цепной реакции? Начались кропотливые эксперименты, и в итоге догадки подтвердились: было обнаружено, что при делении одного ядра урана высвобождается в среднем несколько нейтронов - что-то порядка одного, двух или трех. Итак, предпосылки для цепной реакции были найдены. Дальше выяснилось, что основной компонент природного урана - уран-238 - в большей степени поглощает нейтроны, чем делится ими. А главный делящийся компонент - уран-235 - составляет всего 0,7% в естественной смеси изотопов. И хотя при делении урана-235 образуется достаточно нейтронов, большинство из них пропадает зря, сталкиваясь с многочисленными ядрами основного изотопа. Как спра­виться с этой проблемой? Первый очевидный способ - обогащение урановой руды и выделение чистого изотопа урана-235. Но по тем временам разделение изотопов урана в промышленных масштабах было чересчур трудоемким, а проще говоря, почти безнадежным делом. Более того, тогда еще никто точно не знал и не мог сосчитать, сколько килограммов или десятков (а может, и сотен) килограммов этого продукта понадобится для запуска цепной реакции.

Второй путь предполагал использование естественной смеси изотопов урана и опирался на результаты опытов, которые свидетельствовали, что более медленно летящие (так называемые тепловые) нейтроны гораздо эффективнее делят ядра урана-235 и гораздо меньше поглощаются ядрами урана-238. Следовательно, замедлив нейтроны, можно уменьшить паразитное поглощение и увеличить вероятность деления. Замедлители тоже были известны: лег­кие вещества типа воды, углерода или бериллия.

Поскольку нейтроны - основные участники цепной реакции, неудивительно, что эксперименты по сооружению первого атомного "котла" возглавил главный по тем временам специалист по нейтронам и лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми, который эмигрировал из фашистской Италии и работал в Колумбийском университете. Здесь в 1941 году и начали строить пробную установку. В качестве замедлителя выбрали простой и доступный в больших количествах материал - углерод в форме графита. Как вспоминал Ферми, физики, покрытые черной пылью графита и окиси урана, перетаскивали многокилограммовые блоки, и, сжалившись над ними, декан позволил нанять для этой работы студентов-футболистов. Дело пошло веселее - они гораздо легче справлялись с упаковками уранового порошка весом по 20-40 кг. Но когда решетчатая конструкция из банок с окисью урана и примерно 30 т графита была наконец гото­ва, результаты измерений обескуражили - нейтронов было недостаточно для цепной реакции. Подвело качество материалов. Там, где каждый нейтрон на счету, любая примесь, поглощающая нейтроны, сводит все усилия на нет.

В 1942 году команда физиков под руководством Ферми переехала в Чикаго, в Металлургическую лабораторию, где были сконцентрированы все основные научные силы по исследованию цепной реакции. Эксперименты продолжились. Промышленность под давлением военных постепен­но повышала качество поставляемого графита и обога­щенного урана, и в конце концов, судя по экспериментальным данным, оно стало достаточным для осуществления цепной реакции.

Поскольку к октябрю 1942 года участок, купленный для лаборатории в Аргоннском лесу, был еще совершенно не готов, возводить "котел" решили прямо в центре большого города - на кортах для игры в сквош в спортгородке Чикагского университета. Работали круглосуточно, в две смены, укладывая слои графита и урановых блоков, причем самое качественное топливо - как можно ближе к центру. После укладки каждого слоя проводились измерения, Ферми делал расчеты и давал указания по поводу следующего слоя. Меньше чем за месяц собрали конструкцию в форме эллипсоида размером примерно 3x4 метра из 385 тонн графита и 46 тонн урана. В ней были сделаны щели для деревянных стержней, обитых кадмиевой жестью (кадмий сильно поглощает нейтроны и может остановить цепную реакцию). Стержни вынимали только на время измерений, а затем вводили в котел и запирали на висячий замок, ключи от которого были только у начальников смен. Решающий момент наступил 2 декабря 1942 года. По расчетам, было набрано достаточно слоев для начала самоподдерживающейся цепной реакции. На испытании при­сутствовало около 40 человек. Это были главным образом физики, собиравшие установку. На всякий случай в конст­рукции предусмотрели аварийные стержни - достаточно было просто перерезать веревку, и они падали в котел, а несколько добровольцев стояли наверху с ведрами раствора кадмиевой соли, готовые при необходимости вылить его внутрь сооружения. Удалили все кадмиевые полосы, кроме одной, а затем на­чали постепенно выдвигать и ее. После каждого шага измеряли количество нейтронов, и Ферми делал расчет на логарифмической линейке. В 2 часа 20 минут дня, когда вынули 2,5 метра полосы, интенсивность начала расти все быстрее и быстрее, пока не стало ясно, что она может сделаться бесконечно большой. Тогда кадмиевые стержни вернули на место. Первое испытание продолжалось 28 минут, котел удерживали при мощности не более полуватта, чтобы свести к минимуму радиоактивное облучение, ведь никакой защиты предусмотрено не было. После остановки котла распили бутылку кьянти, а успешный исход испытаний скромно отметили у Ферми дома (хотя жена его так и осталась в неведении о причинах торжества).

А на спортивных кортах университета, там, где человеку впервые удалось осуществить управляемую цепную реакцию, теперь стоит бронзовый монумент.

Путь от первого атомного котла до атомной электростанции оказался почти вчетверо длиннее, чем дорога к атомной бомбе. Первыми промышленными установками с управляемой цепной реакцией деления стали реакторы для получения плутония-239 (который образуется при поглощении нейтронов ураном-238). После этого пришла очередь малых энергетических установок для подводных лодок, а в 1951 году на опытной американской станции в Айдахо удалось даже получить немного электричества - его хватило, чтобы зажечь целых четыре лампочки.

Проблема заключалась в том, что для функционирования полноценной энергетической установки, сравнимой по мощности с тепловыми станциями, требовались совершенно другие температурные и мощностные режимы. Чтобы превратить четыре лампочки в миллионы, нужно не просто другое количество - другое качество. Необходимо организовать теплообмен при высоких тепловых потоках и высоких давлениях - вопросы эти были слабо изучены. Топливные элементы в активной зоне должны работать в условиях высоких температур без разрушения, а конструкционные материалы - выдерживать огромные радиационные нагрузки. И все же в 1950 году в СССР было принято решение о строительстве экспериментальной реакторной установки - агрегата "АМ" (Атом Мирный). Все было засекречено, и в документах тех лет можно встретить забавные шифрованные обозначения: уран назвали "активным полимером", нейтроны - "нулевыми точками", а уран-графитовый реактор - "оловянно-керамическим кристаллизатором".

Предлагалось несколько вариантов конструкции, но окончательный проект, утвержденный академиками И.В. Курчатовым и Н.А. Доллежалем, был таков: строить уран-графитовый реактор с трубчатыми тепловыделяющими элементами, где в качестве теплоносителя используется некипящая вода под давлением 100 атмосфер. Проектная мощность реактора - 30 МВт, но не из теоретических соображений, а из-за вполне конкретных обстоятельств. В то время, в условиях общего послевоенного дефицита и разрухи, даже на таких приоритетных направлениях часто приходилось довольствоваться имеющимися ресурсами. И вот в поисках турбоагрегата в Москве наткнулись на старую, снятую с эксплуатации турбину небольшой мощности - порядка 6 МВт, которая вполне подходила для опытной атомной станции. Характеристики этой турбины и определили в конечном итоге мощность ядерной установки Первой АЭС. Весь процесс сооружения атомной станции, начиная с сентября 1951 года, представлял собой череду экспериментов и испытаний. Анализируя потенциальные аварийные ситуации, пришли к выводу, что при определенных параметрах реактора самое опасное - заполнение кладки водой, например, при разрыве канала охлаждения. Тогда увеличивается коэффициент размножения нейтронов, и мощность начинает нарастать. А при отключении подачи воды, наоборот, цепная реакция полностью прекращается. Впоследствии оказалось, что эти расчеты проверены самой природой: через 20 лет в Габоне обнаружили природный ядерный реактор, работавший по такому "водяному" принципу.

Несколько лабораторий занимались разработкой твэлов - тепловыделяющих элементов. Именно они содержат ядерное горючее и располагаются в самой агрессивной зоне реактора. Сначала изготовили твэлы в виде стальных трубок, на которые насаживались втулки из урана. Темпе­ратурные испытания показали, что эти трубки никуда не годятся - время их работы в рабочих тепловых потоках исчислялось всего несколькими часами. Когда чистый уран заменили сплавом с 9% молибдена, дела пошли лучше: срок службы увеличился до нескольких сот часов. Но самым удачным оказалось решение по диспергированию уран-молибденового сплава в магниевой матрице. Эта конструкция при испытаниях справлялась с тепловыми потоками, больше которых не могла выдержать и сама установка.

В начале мая 1954 года приступили к загрузке активной зоны топливом. Первый полный комплект ядерного горю­чего содержал 546 кг урана с 5-процентным обогащением ураном-235. Полтора месяца продолжались испытания, и вот 26 июня 1954 года в 17 часов 45 минут пар был подан на турбину и первая в мире атомная электростанция получила промышленную нагрузку при мощности электрогене­ратора 1,5 МВт. А на следующий день об этом событии сообщил ТАСС. Впрочем, до выхода на проектную нагрузку в 5 МВт строителям и сотрудникам станции еще в течение нескольких месяцев пришлось устранять разные неожиданные проблемы и опасные ситуации, например появление кислорода в кладке реактора. Но постепенно работа наладилась, а свой экспериментальный характер Первая АЭС сохранила на все 48 лет эксплуатации: в центре ее активной зоны был предусмотрен специальный канал для физических экспериментов.

По грустной иронии судьбы осенью 1954 года, когда первая мирная атомная электростанция достигла своей проектной мощности, умер великий итальянский физик Энрико Ферми, которому впервые удалось обуздать цепную реакцию. А 29 апреля 2002 года реактор Первой АЭС был остановлен навсегда.

Теперь, спустя полвека с момента своего рождения, ядерная энергетика занимает заметную долю в мировом производстве электроэнергии. Основная масса энергетических реакторов работает на тепловых нейтронах с урановым топливом, как и Первая АЭС. В них есть активная зона, твэлы, замедлитель, теплоноситель. Но на этом сходство и заканчивается. В разных типах реакторов используют разные замедлители, разные способы отвода тепла, разные конструкции тепловыделяющих элементов, разную степень обогащения урана. Например, канадским реакторам САЫ01) вообще достаточно необогащенного топлива - они могут работать на естественной смеси изотопов урана.

Еще более перспективными считаются реакторы на быстрых нейтронах. Они работают без замедлителя, но требуют несколько иного топлива - произведенного в обычных (тепловых) реакторах плутония. Главное их достоинство с точки зрения энергетики - способность в процессе работы не только производить электроэнергию, но и утилизировать непригодный в качестве ядерного горючего уран-238 для получения новых порций плутония. Фактически появляется возможность организовать так называемый замкнутый топливный цикл. Впрочем, пока природный уран сравнительно дешев и доступен, эти технологии мало привлекают инвесторов, и за редким исключением реакторы на быстрых нейтронах - это просто реакто­ры-размножители для производства плутония и потенциальные установки для сжигания ядерных отходов.

Человек использует энергию атомного ядра уже 50 лет. Это до сих пор гораздо сложнее, чем топить печку углем или сжигать бензин в двигателе внутреннего сгорания. Начинка ядерных электростанций сделана из того же материала, что и атомная бомба, и все эти годы нас не покидает интуитивное ощущение тревоги и недоверия. Возможно, еще лет через сто, когда подойдут к концу обычные источники энергии, а возобновляемой замены им так и не най­дется, у человечества не будет иного выбора, кроме ядер­ной энергетики. И, будучи реалистом, генеральный дирек­тор МАГАТЭ Мохаммед эль-Барадеи, выступая в июне 2004 года на конференции в Москве, осторожно сказал так: "...сейчас, когда атомная энергетика отмечает свое 50-ле­тие, ее будущее - хоть оно, возможно, и становится многообещающим - все же остается неопределенным".

По данным МАГАТЭ, ядерная энергетика сей­час производит 16% мировой электроэнергии, а в развитых странах и того больше: во Франции - 78%, в Бельгии -55%, в Германии - 28%, в Японии - 25%, в США - 20% и в России - 17%. Всего в мире действует 442 ядерные станции и около 300 исследовательских реакторов, а также поряд­ка 250 судов, подводных лодок, ледоколов и авианосцев с ядерными установками на борту.

Некоторые ядра тяжелых элементов имеют свойства разваливаться на части при попадании в них нейтрона. Это явление называется вынужденным делением. (Бывает еще спонтанное деление, когда ядро вдруг самопроизвольно распадается на два фрагмента.) После деления сумма масс фрагментов оказывается меньше массы исходного ядра, и эта разница в соответствии с известной формулой E=mc2 превращается в энергию движения. Если собрать тепло, выделяющееся при торможении движущихся продуктов деления, можно что-нибудь нагреть, а если процесс деления самовоспроизводится, то он идет до тех пор, пока не кончатся способные к делению ядра (ядерное топливо). Кроме того, освобождаются лишние нейтроны, которые тоже летят довольно быстро (потому и называются быстрыми). Если при первоначальном делении образуется достаточно нейтронов, чтобы вызвать не одно, а несколько новых делений, число образующихся нейтронов и количество актов деления начи­нает нарастать, что и означает цепную реакцию. Часть образовавшихся после деления нейтронов может поглотиться другими ядрами без всякого деления, в этом случае размножения не происходит. К счастью, среди веществ есть хорошие поглотители нейтронов, позволяющие остановить цепную реакцию или контролировать ее. Основной изотоп природного урана 238U практически не делится, а охотно поглощает нейтроны, превращаясь при этом в плутоний - топливо еще более эффективное, чем уран.

В начале 1970-х годов в урановых копях Габона были найдены следы необычного процесса. Повидимому, два миллиарда лет назад здесь функционировала саморегулирующаяся система размером с небольшой исследовательский реактор мощностью в 100 кВт. Ученые тщательно исследовали остатки урана, плутония и других изотопов и попытались восстановить картину этого удивительного явления природы. Мешик, Хохенберг и Правдивцева в своей статье, опубликованной в одном из октябрьских номеров журнала Physical Review Letters за 2004 год, предположили такой механизм: при заполнении уранового пласта водой начиналась цепная реакция, вода закипала и через 30 минут выбрасывалась в виде пара, в отсутствие воды цепная реакция прекращалась, и примерно 2,5 часа реактор отдыхал, пока в нем вновь не накапливалась вода. И так продолжалось примерно 150 тысяч лет.

peaceatom.narod.ru

Исследовательская работа "Мирный атом"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ШКОЛА №2 ГОРОДА ДИМИТРОВГРАДА УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Мирный атом: вчера, сегодня, завтра

Выполнил:

ученик 2 класса В

Аксёнов Роман

Руководитель:

Бессчётнова Л.А.

Димитровград

2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………стр. 3

1. Мирный атом вчера………………………………………………………………..стр. 4

1.1. Что такое атом?...........................................................................................стр. 4

1.2. Что такое атомная энергия?.......................................................................стр. 4

1.3. Ученые-первооткрыватели в освоении атомной энергии……..……….стр. 5

2. Мирный атом сегодня……………………………………………………………..стр. 8

2.1. Мирный атом в производстве электроэнергии…………………………стр. 8

2.2. Мирный атом во флоте…………………………………………………...стр. 9

2.3. Мирный атом в медицине………………………………………………стр. 10

2.4. Другие сферы применения мирного атома…………………………….стр. 10

3. Мирный атом завтра…...………………………………………………………...стр. 12

3.1. Причины развития атомной энергетики……………………………….стр. 12

3.2. Перспективы развития атомной энергетики в Димитровграде………стр. 12

3.3. Проблемы использования мирного атома……………………………..стр. 12

4. Практическая часть………………………………………………………………стр. 14

Заключение………………………………………………………………………….стр. 15

Список используемых источников…………………………………………………стр.16

ВВЕДЕНИЕ

Использование мирного атома - одно из развивающихся направлений в современной науке.

Тема «Мирный атом - вчера, сегодня, завтра» была выбрана мной не случайно. Я живу в городе Димитровграде. Сейчас уже многие знают о планах создания в нашем городе ядерного инновационного кластера. Также в Димитровграде располагается известный не только в нашей стране, но и за ее пределами государственный научный центр НИИАР. Само название центра - Научно-исследовательский институт атомных реакторов заставляет задуматься о том, а что же такое атом и атомная энергия, где ее применяли раньше и используют сейчас и есть ли у нее будущее.

Кроме того, на торжественной линейке, посвящённой Дню Знаний, директор нашей школы объявила о том, что в этом году наше учреждение будет вести совместную исследовательскую работу с ГНЦ НИИАР.

Цель моего исследования выявить, а что же такое мирный атом и где он применяется.

Объектом моего исследования является «работа атома» на человечество.

В ходе работы мне предстояло решить следующие задачи:

1. Изучить источники по данной теме, используя соответствующую литературу и Интернет-ресурсы.

2. Проанализировать все плюсы и минусы использования мирного атома и сделать вывод.

Проблема состоит в том, что материал по данной теме мало освещается в детской литературе, поэтому моя работа поможет учащимся младшего возраста узнать об использовании энергии атома в мирной жизни.

При решении поставленных задач мне необходимо было ответить на ряд вопросов:

1. Что такое атом?

2. Почему люди начали его изучать?

3. Кто сделал важные открытия при его изучении?

4. Где применяли энергию атома раньше?

5. Как используют ее сейчас?

6. Какие перспективы ее ожидают?

7. Почему некоторые люди против развития атомной энергетики?

Для достижения поставленных задач мною были использованы следующие методы:

1. Исследовательский метод.

2. Метод опроса.

3. Метод тестирования.

4. Поиск информации с помощью соответствующей литературы и Интернет-ресурсов.

5. Проведение опыта.

1. МИРНЫЙ АТОМ ВЧЕРА

1.1. Что такое атом?

Атомы - это мельчайшие частицы, из которых состоят все вещества.

Понятие атом (в переводе с греческого - «неделимый») возникло ещё в античном мире. В V в. до н.э. древнегреческим ученым Демокритом была выдвинута идея, что все в мире состоит из атомов. По легенде, эта мысль пришла ему в голову, когда он разрезал яблоко. У него возник вопрос, а до каких пор можно рассекать яблоко на части? Мысль о том, что такое деление когда-нибудь закончится, и побудила его назвать мельчайшие частицы атомами (в буквальном переводе с языка древних греков слово «атом» означает «неразрезаемый», «нерассекаемый»).

Рис. 1. Демокрит

На сегодняшний же день нам известно, что атом - это не самая маленькая частичка, что существуют частицы и меньше, которые находятся внутри самого атома. Атом состоит из ядра и окружающих его частиц. Ядро атома включает в себя протоны и нейтроны, а электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам (их движение напоминает движение планет вокруг Солнца).

Рис. 2. Строение атома

Атомы настолько малы, что их нельзя увидеть невооруженным глазом.

1.2. Что такое атомная энергия?

Атомная энергия - это энергия, которая выделяется при делении ядра атома.

Как правило, чтобы расщепить ядро атома, человеку самому нужно затратить очень много энергии. Но есть вещества, ядра атомов которых могут делиться самостоятельно. К ним, например, относится уран. При делении ядер его атомов выделяется колоссальное количество энергии.

Процесс деления ядра атома называют ядерной реакцией. Все ядерные реакции являются цепными, т.е. деление одного ядра приводит к делению других ядер. Очень важно, чтобы эти реакции были управляемыми человеком, т.к. при неуправляемом процессе мгновенно выделяется такое большое количество энергии, что приводит к взрыву. При ядерном взрыве первый разрушающий фактор - это ядерная волна, которая сносит все на своем пути. После же взрыва частички атомов способны проникать в органы человека и вызывать различные заболевания. Такое воздействие называется радиацией и оно может проявляться многие десятилетия. Воздействию радиации может быть подвержен не только человек, но и все живое на Земле.

1.3. Ученые-первооткрыватели в освоении атомной энергии

Строение веществ изучали многие ученые из разных стран.

Первым, кто начал исследовать строение атомов вещества, был Джон Дальтон, английский химик, живший в начале XIX века.

В конце XIX века эту работу продолжил Эрнест Резерфорд. Он первым предположил, что в центре атома находится ядро и первое искусственное деление ядер провел в 1919 году именно он.

В начале XX века Нильс Бор первым создал теорию строения веществ.

Рис. 3. Джон Дальтон, Эрнест Резерфорд и Нильс Бор (слева направо)

В нашей стране работа по исследованию атома и атомной энергии началась в 1932 году в Ленинграде под руководством Игоря Васильевича Курчатова - основателя советской атомной отрасли.

Рис. 4. Игорь Васильевич Курчатов

С началом Великой Отечественной войны работа была приостановлена, но только до тех пор, пока в 1942 году Советское правительство не получило сведения о том, что в США и Германии ведутся работы по созданию атомного оружия.

Осенью 1942 года Курчатов был вызван из Казани, где он возглавлял эвакуированную лабораторию, в Москву. Группа ученых под руководством Курчатова работала в очень тяжелых условиях. Однако 25 декабря 1946 года И.В. Курчатов с помощниками впервые в Европе осуществили управляемую цепную реакцию деления урана. А уже 29 августа 1949 года прошло испытание атомной бомбы.

Мы видим, что фактически использование атомной энергии началось с создания ядерного оружия. Однако десятилетия спустя, вспоминая события того памятного дня, Курчатов писал, что он надеется на торжество здравого смысла, на то, что атомная энергия не будет расходоваться на изготовление разрушительного оружия, а будет использована лишь в мирных целях: на мирных кораблях и самолётах, на электростанциях, производящих свет и тепло для людей.

Началом мирного использования ядерной энергии принято считать день 26 июля 1954 г., когда в г. Обнинске под Москвой заработала первая в мире атомная электростанция (АЭС). Мощность её была всего 5000 Киловатт!

Рис. 5. Обнинская АЭС в 50-е годы XX века и в настоящее время

Атомная энергетика развивалась благодаря самоотверженному и нелегкому труду ученых. Я хочу отметить некоторых из них.

Александров Анатолий Петрович (1903-1994) - выдающийся советский ученый-физик. Являясь директором Института атомной энергии им. И. В. Курчатова, внес большой вклад в развитие атомной науки и техники.

Рис. 6. Александров Анатолий Петрович

Африкантов Игорь Иванович (1916-1969) - выдающийся конструктор и организатор работ по созданию ядерных реакторов и оборудования для атомной промышленности, гражданского и военно-морского флота.

Рис. 7. Африкантов Игорь Иванович

Доллежаль Николай Антонович (1899-2000) - академик РАН, главный конструктор первых советских реакторов.

Рис. 8. Доллежаль Николай Антонович

Харитон Юлий Борисович (1904-1996) - выдающийся конструктор ядерных боеприпасов. Под его непосредственным руководством созданы реакторы для первых атомной электростанции, атомной подводной лодки и атомного ледокола.

Рис. 9. Харитон Юлий Борисович

Таким образом, понятие мирный атом зародилось в 50-х годах XX века и подразумевает использование атомной энергии в мирных целях на благо человечества.

2. МИРНЫЙ АТОМ СЕГОДНЯ

2.1. Мирный атом в производстве электроэнергии

На сегодняшний день энергия атома широко используется во многих сферах: в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса и др. Но наиболее очевидным мирным применением атомной энергии является производство электричества.

Все мы знаем, что такое электричество. Телевизоры, компьютеры, телефоны – все приборы, которые нас окружают, работают от электричества.

Количество электроэнергии, которую мы расходуем каждый день, постоянно растет и этому есть простое объяснение. Мы покупаем все больше бытовой техники и представляете, в некоторых местах уже не хватает электричества!

Рис. 10. Примеры использования электроэнергии

Чтобы получать энергию для производства электричества, люди используют разные виды топлива: уголь, нефть, газ. Запасы их на Земле достаточны, но вместе с тем они рано или поздно закончатся. К тому же их сжигание сильно загрязняет атмосферу.

Поэтому уже сегодня часть электричества в мире производится на атомных электростанциях. Вместо угля или газа на них используется ядерное топливо, которое изготавливается из урана, а запасов урана на Земле достаточно. Кроме того, при правильной эксплуатации АЭС не наносят никакого вреда окружающей среде.

Рис. 11. Влияние ТЭЦ, ГЭС и АЭС на окружающую среду

2.2. Мирный атом во флоте

Атомная энергия используется сейчас и во флоте, особенно подводном.

Атомный двигатель подводных лодок позволяет им месяцами находиться под водой и перемещаться на большие расстояния.

Первая российская АПЛ - «Ленинский комсомол» - была спущена на воду в августе 1956 г.

Рис. 12. Почтовая марка из серии «Боевые корабли ВМФ СССР», 1970

Также в России есть атомные ледоколы, которые построены специально для использования в водах, круглогодично покрытых льдом. В 1977 г. ледокол «Арктика» стал первым надводным судном, достигшим Северного полюса.

Рис. 13. Ледокол «Арктика»

Одной загрузки ледокола ядерным топливом достаточно для проведения трех навигаций. Атомные ледоколы используются для сопровождения грузовых судов, а также в научных целях.

Рис. 14. Российский атомный ледокол «Ямал» с нарисованной на носу

акульей пастью

Атомные ледоколы используются сейчас и для туристических поездок на Северный полюс. Круиз, длящийся три недели, стоит $25 000. Впервые для этих целей в 1989 году был использован атомный ледокол «Сибирь».

Рис. 15. Ледокол «Сибирь», фото 1987 года

2.3. Мирный атом в медицине

Сегодня при диагностике и даже лечении многих заболеваний используется радиоактивное излучение, для этого изготовлена специальная аппаратура.

Рис. 16. Компьютерный томограф (слева) и аппарат для магнитно-резонансной

томографии

Многие операции проводятся с помощью радиоактивной технологии, как правило, без кровотечения и обезболивания.

Интересно, что те же самые расщепляющиеся вещества, которые при взрыве атомной бомбы способны погубить сотни тысяч жизней, в медицине спасают жизнь человека.

2.4. Другие сферы применения мирного атома

Сфера применения мирного атома, помимо человека, охватывает и животных. Ядерные технологии применяются для обеззараживания животноводческой продукции, а также для диагностики и лечения многих болезней скота. Кроме этого, уничтожаются бактерии и вирусы, поражающие растения и животных.

Также с помощью радиоактивного облучения избавляются от насекомых и паразитов, загрязняющих пищевые продукты.

Атомная энергия также нашла применение при разведке полезных ископаемых, обнаружении подземных вод и др.

Таким образом, атомная энергетика будет развиваться и дальше, безотказно поставляя столь необходимую людям энергию.

3. МИРНЫЙ АТОМ ЗАВТРА

3.1. Причины развития атомной энергетики

Развитие атомной энергетики объясняется несколькими причинами.

Во-первых, ядерное топливо заменяет уголь, нефть и газ, запасы которых все ещё большие, но рано или поздно они закончатся. А вот запасов радиоактивного урана на Земле достаточно.

Вторая причина - возможность располагать АЭС вблизи населенных пунктов, что позволит снизить стоимость электроэнергии.

Наконец, третья причина - экологическая чистота работы АЭС. Атомные станции не потребляют кислород, необходимый при сжигании угля или газа, поэтому не выбрасывают в атмосферу вредные вещества.

Именно по этим причинам, в России к 2020 году планируется значительно увеличить использование атомной энергии.

3.2. Перспективы развития атомной энергетики в Димитровграде

В Димитровграде начато строительство Центра ядерной медицины, где будут оказывать помощь людям с онкологическими заболеваниями.

Препараты для лечения будут делать на основе материалов (изотопов), производимых на ГНЦ НИИАР, а диагностика позволит выявлять данные заболевания на ранних стадиях. Причем при лечении радиоактивный препарат будет действовать только на больную клетку, а не на весь организм.

Рис. 17. ГНЦ НИИАР

Димитровградский центр будет обслуживать пациентов со всей страны. Окончание строительства запланировано на 2016 год.

3.3. Проблемы использования мирного атома

К сожалению, атомная энергия используется не только в мирных целях. Она используется и в ядерном оружии. Оно относится к оружию массового поражения и обладает огромной разрушительной силой. Применение ядерного оружия в войне гибельно для всего человечества.

Рис. 18. Ядерный взрыв

Также существует повышенная опасность для людей и в случае аварий на АЭС.

Поэтому некоторые люди выступают против развития атомной энергетики. В связи с этим необходимо предупреждать аварии на АЭС, уменьшать радиоактивные выбросы и ни в коем случае не допускать применение ядерного оружия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В процессе своего исследования я много работал с информацией, изучая соответствующую литературу и Интернет-ресурсы по данной теме.

При изучении вопроса «Что такое атом?» я выяснил, что первым это понятие ввел древнегреческий ученый Демокрит. Натолкнуло его на эту мысль простое разрезание яблока. У него возник вопрос, а до каких пор можно рассекать яблоко на части? Он был убежден, что рано или поздно появится кусок яблока, который разрезать будет уже невозможно. Я решил повторить опыт Демокрита и на самом деле, наступает предел деления кусочков яблока. Вот такие неделимые частицы Демокрит и назвал атомами (в переводе с языка древних греков слово «атом» означает «неразрезаемый», «нерассекаемый»). Однако сейчас ученым известно, что и сам атом состоит из ядра и мельчайших частиц.

При выполнении своей работы мне также стало интересно, а какими знаниями по данной теме обладают мои одноклассники.

Вначале я провел опрос, который включал в себя следующие вопросы:

1. 1. Знаете ли вы, что такое атом и из чего он состоит?

   2. Знаете ли вы, что такое атомная энергия?

   3. Кто занимался изучением атома и атомной энергии?

   4. Где применяется атомная энергия?

   5. Какие предприятия имеются в нашем городе, которые связаны с изучением атомной энергии?

   6. Что вы знаете о создании в нашем городе ядерного кластера?

В ходе опроса выяснилось, что знания учеников моего класса по данным вопросам незначительные. Затем я выступил с докладом по данной теме, после чего провела тестирование. Итоги тестирования показали, что ребята стали лучше ориентироваться в данных вопросах, так как количество правильных ответов возросло.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Понятие мирного атома очень часто сейчас встречается в нашей жизни, поэтому я считаю, что тема моей работы актуальна на сегодняшний день.

Выбор данной темы был обусловлен рядом причин. Мой город является одним из научных центров России в сфере атомных исследований. Здесь расположен ГНЦ НИИАР, с которым наша школа ведет совместную исследовательскую работу. Кроме того, в Димитровграде начата работа по созданию ядерного инновационного кластера. Поэтому у меня возник ряд вопросов: что такое атом и атомная энергия, где ее применяли раньше и как ее используют сейчас в мирных целях и есть ли у нее будущее.

В своей исследовательской работе я указал ответы на эти вопросы, а также рассмотрел плюсы и минусы использования атомной энергии, перечислил перспективы развития атомной энергетики, в том числе и в нашем городе.

Считаю, что все задачи, которые я ставил в начале исследования, были мной решены, а цель работы - достигнута.

При работе над проектом мной были использованы энциклопедии, местная пресса и Интернет-ресурсы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч. 1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира/Глав. Ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – 448 с.: ил.

2. Энциклопедия «Все обо всем»

3. Брошюра «Все ясно!» информационного центра по атомной энергии г. Ульяновска

4. Архив прессы г. Димитровграда

5. Интернет-ресурс http://www.biografguru.ru

6. Интернет-ресурс http://images.yandex.ru

7. Интернет-ресурс http://ru.wikipedia.org

8. Интернет-ресурс http://www.education.ssti.ru/poisk/mir_atom.html

infourok.ru

---

• 
  Неядерная бомба
• 
  Водород в твердом состоянии
• 
  Фалькон 9 запуск
• 
  Фото галлюцинации
• 
  Гигантские скопления звезд во вселенной называются
• 
  Искусственный интеллект google
• 
  Зарплата у космонавтов
• 
  Чем отличается маньяк от серийного убийцы
• 
  Тест тьюринга вопросы
• 
  Самые большие астероиды
• 
  Чем маньяк отличается от серийного убийцы