نحوه به دست آوردن انرژی هسته ای کاربرد انرژی اتمی. راکتور هسته ای آب سنگین

استفاده گسترده از انرژی هسته ای به لطف پیشرفت علمی و فناوری نه تنها در زمینه نظامی، بلکه برای اهداف صلح آمیز آغاز شد. امروزه بدون آن در صنعت، انرژی و پزشکی غیرممکن است.

با این حال، استفاده از انرژی هسته ای نه تنها مزایا، بلکه معایبی نیز دارد. اول از همه، این خطر تشعشعات، هم برای انسان و هم برای محیط زیست است.

استفاده از انرژی هسته ای در دو جهت در حال توسعه است: استفاده در انرژی و استفاده از ایزوتوپ های رادیواکتیو.

در ابتدا قرار بود از انرژی اتمی فقط برای مقاصد نظامی استفاده شود و همه پیشرفت ها به این سمت پیش رفت.

استفاده از انرژی هسته ای در عرصه نظامی

مقدار زیادی از مواد بسیار فعال برای تولید سلاح های هسته ای استفاده می شود. کارشناسان تخمین می زنند که کلاهک های هسته ای حاوی چندین تن پلوتونیوم هستند.

سلاح های هسته ای به این دلیل مورد توجه قرار می گیرند که باعث تخریب سرزمین های وسیع می شوند.

بر اساس برد و قدرت بار، سلاح های هسته ای به دو دسته تقسیم می شوند:

تاکتیکی.
عملیاتی - تاکتیکی.
راهبردی.

سلاح های هسته ای به دو دسته اتمی و هیدروژنی تقسیم می شوند. سلاح های هسته ای بر اساس واکنش های زنجیره ای کنترل نشده شکافت هسته های سنگین و واکنش ها هستند و برای یک واکنش زنجیره ای از اورانیوم یا پلوتونیوم استفاده می شود.

ذخیره چنین مقادیر زیادی از مواد خطرناک یک تهدید بزرگ برای بشریت است. و استفاده از انرژی هسته ای برای مقاصد نظامی می تواند منجر به عواقب ناگواری شود.

سلاح های هسته ای اولین بار در سال 1945 برای حمله به شهرهای هیروشیما و ناکازاکی ژاپن مورد استفاده قرار گرفت. عواقب این حمله فاجعه بار بود. همانطور که مشخص است، این اولین و آخرین استفاده از انرژی هسته ای در جنگ بود.

آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA)

آژانس بین المللی انرژی اتمی در سال 1957 با هدف توسعه همکاری بین کشورها در زمینه استفاده از انرژی اتمی برای مقاصد صلح آمیز ایجاد شد. این آژانس از همان ابتدا برنامه ایمنی هسته ای و حفاظت از محیط زیست را اجرا می کند.

اما مهمترین کارکرد کنترل بر فعالیت کشورها در حوزه هسته ای است. این سازمان تضمین می کند که توسعه و استفاده از انرژی هسته ای فقط برای اهداف صلح آمیز انجام می شود.

هدف از این برنامه اطمینان از استفاده ایمن از انرژی هسته ای، محافظت از مردم و محیط زیست در برابر اثرات تشعشعات است. این آژانس همچنین پیامدهای حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل را بررسی کرد.

این آژانس همچنین از مطالعه، توسعه و استفاده از انرژی هسته ای برای اهداف صلح آمیز حمایت می کند و به عنوان یک واسطه در تبادل خدمات و مواد بین اعضای آژانس عمل می کند.

آژانس بین‌المللی انرژی اتمی به همراه سازمان ملل استانداردهایی را در زمینه ایمنی و بهداشت تعریف و تنظیم می‌کند.

قدرت هسته ای

در نیمه دوم دهه چهل قرن بیستم، دانشمندان شوروی شروع به توسعه اولین پروژه ها برای استفاده صلح آمیز از اتم کردند. جهت اصلی این تحولات صنعت برق بود.

و در سال 1954، یک ایستگاه در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شد. پس از این، برنامه هایی برای رشد سریع انرژی هسته ای در ایالات متحده آمریکا، بریتانیا، آلمان و فرانسه آغاز شد. اما اکثر آنها اجرا نشدند. همانطور که معلوم شد، نیروگاه هسته ای نمی تواند با نیروگاه هایی که با زغال سنگ، گاز و نفت کوره کار می کنند رقابت کند.

اما پس از شروع بحران جهانی انرژی و افزایش قیمت نفت، تقاضا برای انرژی هسته ای افزایش یافت. در دهه 70 قرن گذشته، کارشناسان معتقد بودند که قدرت تمام نیروگاه های هسته ای می تواند جایگزین نیمی از نیروگاه ها شود.

در اواسط دهه 1980، رشد انرژی هسته ای دوباره کاهش یافت و کشورها شروع به تجدید نظر در برنامه های خود برای ساخت نیروگاه های هسته ای جدید کردند. این امر با سیاست های صرفه جویی در انرژی و کاهش قیمت نفت و همچنین فاجعه در ایستگاه چرنوبیل تسهیل شد که پیامدهای منفی نه تنها برای اوکراین داشت.

پس از آن، برخی کشورها به طور کلی ساخت و بهره برداری از نیروگاه های هسته ای را متوقف کردند.

انرژی هسته ای برای پروازهای فضایی

بیش از سه دوجین راکتور هسته ای به فضا پرواز کردند و برای تولید انرژی مورد استفاده قرار گرفتند.

آمریکایی ها اولین بار در سال 1965 از یک راکتور هسته ای در فضا استفاده کردند. اورانیوم 235 به عنوان سوخت استفاده شد. او 43 روز کار کرد.

در اتحاد جماهیر شوروی، راکتور رومشکا در موسسه انرژی اتمی راه اندازی شد. قرار بود همراه با فضاپیما از آن استفاده شود اما پس از تمام آزمایشات هرگز به فضا پرتاب نشد.

تاسیسات هسته ای بعدی Buk در یک ماهواره شناسایی راداری مورد استفاده قرار گرفت. اولین دستگاه در سال 1970 از کیهان بایکونور به فضا پرتاب شد.

امروز، Roscosmos و Rosatom پیشنهاد ساخت فضاپیمایی را دادند که مجهز به موتور موشک هسته‌ای باشد و بتواند به ماه و مریخ برسد. اما در حال حاضر همه اینها در مرحله پیشنهاد است.

کاربرد انرژی هسته ای در صنعت

انرژی هسته ای برای افزایش حساسیت تجزیه و تحلیل شیمیایی و تولید آمونیاک، هیدروژن و سایر مواد شیمیایی مورد استفاده در ساخت کودها استفاده می شود.

انرژی هسته ای که استفاده از آن در صنایع شیمیایی دستیابی به عناصر شیمیایی جدید را ممکن می سازد، به بازسازی فرآیندهایی که در پوسته زمین رخ می دهد کمک می کند.

از انرژی هسته ای نیز برای نمک زدایی آب نمک استفاده می شود. کاربرد در متالورژی آهنی امکان بازیابی آهن از سنگ آهن را فراهم می کند. در رنگ - برای تولید آلومینیوم استفاده می شود.

استفاده از انرژی هسته ای در کشاورزی

استفاده از انرژی هسته ای در کشاورزی مشکلات پرورشی را حل می کند و به کنترل آفات کمک می کند.

از انرژی هسته ای برای ایجاد جهش در دانه ها استفاده می شود. این کار برای به دست آوردن ارقام جدیدی انجام می شود که عملکرد بیشتری تولید می کنند و در برابر بیماری های محصول مقاوم هستند. بنابراین، بیش از نیمی از گندمی که در ایتالیا برای تهیه ماکارونی کشت می‌شود، از طریق جهش‌ها پرورش داده می‌شود.

رادیوایزوتوپ ها همچنین برای تعیین بهترین روش های استفاده از کودها استفاده می شوند. به عنوان مثال، با کمک آنها مشخص شد که هنگام رشد برنج می توان مصرف کودهای نیتروژنی را کاهش داد. این نه تنها باعث صرفه جویی در پول شد، بلکه محیط زیست را نیز حفظ کرد.

استفاده کمی عجیب از انرژی هسته ای تابش لارو حشرات است. این کار به منظور حذف آنها به روشی سازگار با محیط زیست انجام می شود. در این حالت، حشرات خارج شده از لاروهای پرتودهی شده، نسلی ندارند، اما از جهات دیگر کاملاً طبیعی هستند.

پزشکی هسته ای

پزشکی برای تشخیص دقیق از ایزوتوپ های رادیواکتیو استفاده می کند. ایزوتوپ های پزشکی نیمه عمر کوتاهی دارند و خطر خاصی هم برای دیگران و هم برای بیمار ایجاد نمی کنند.

یکی دیگر از کاربردهای انرژی هسته ای در پزشکی اخیراً کشف شده است. این توموگرافی گسیل پوزیترون است. می تواند به تشخیص سرطان در مراحل اولیه کمک کند.

کاربرد انرژی هسته ای در حمل و نقل

در اوایل دهه 50 قرن گذشته، تلاش هایی برای ایجاد یک تانک هسته ای انجام شد. توسعه در ایالات متحده آغاز شد، اما این پروژه هرگز به زندگی تبدیل نشد. عمدتاً به دلیل این واقعیت است که در این تانک ها نتوانستند مشکل محافظت از خدمه را حل کنند.

شرکت معروف فورد روی خودرویی کار می کرد که با انرژی هسته ای کار می کرد. اما تولید چنین ماشینی فراتر از ماکت نبود.

موضوع این است که تاسیسات هسته ای فضای زیادی را اشغال کرد و ماشین بسیار بزرگ بود. راکتورهای فشرده هرگز ظاهر نشدند، بنابراین این پروژه بلندپروازانه لغو شد.

احتمالاً معروف ترین حمل و نقلی که با انرژی هسته ای کار می کند، کشتی های مختلف برای اهداف نظامی و غیرنظامی است:

کشتی های حمل و نقل
ناوهای هواپیمابر.
زیردریایی ها
رزمناوها
زیردریایی های هسته ای

مزایا و معایب استفاده از انرژی هسته ای

امروزه سهم تولید جهانی انرژی تقریباً 17 درصد است. اگرچه بشریت از آن استفاده می کند، اما ذخایر آن بی پایان نیست.

بنابراین به عنوان جایگزین مورد استفاده قرار می گیرد، اما فرآیند به دست آوردن و استفاده از آن با خطر بزرگی برای زندگی و محیط زیست همراه است.

البته، راکتورهای هسته ای دائماً در حال بهبود هستند، تمام اقدامات ایمنی ممکن در حال انجام است، اما گاهی اوقات این کافی نیست. نمونه آن حوادث چرنوبیل و فوکوشیما است.

از یک سو، راکتوری که به درستی کار می کند هیچ تشعشعی به محیط ساطع نمی کند، در حالی که نیروگاه های حرارتی مقدار زیادی مواد مضر را در جو آزاد می کنند.

بزرگترین خطر ناشی از سوخت مصرف شده، بازفرآوری و ذخیره سازی آن است. زیرا تا به امروز روش کاملاً ایمن برای دفع زباله های هسته ای اختراع نشده است.

در پایان قرن بیستم، مشکل یافتن منابع انرژی جایگزین بسیار فوری شد. علیرغم این واقعیت که سیاره ما واقعاً از نظر منابع طبیعی مانند نفت، زغال سنگ، الوار و غیره غنی است، متاسفانه همه این منابع محدود هستند. علاوه بر این، نیازهای بشر هر روز در حال افزایش است و ما باید به دنبال منابع جدیدتر و پیشرفته تر انرژی باشیم.
برای مدت طولانی، بشریت راه حلی برای موضوع منابع انرژی جایگزین پیدا کرده است، اما پیشرفت واقعی در تاریخ انرژی، ظهور انرژی هسته ای بود. تئوری هسته ای قبل از اینکه مردم یاد بگیرند از آن برای اهداف خود استفاده کنند، راه طولانی را طی کرده است. همه چیز در سال 1896 شروع شد، زمانی که A. Becquerel پرتوهای نامرئی را ثبت کرد که از سنگ معدن اورانیوم ساطع می شد و قدرت نفوذ بالایی داشت. این پدیده بعدها رادیواکتیویته نامیده شد. تاریخ توسعه انرژی هسته ای شامل ده ها نام برجسته از جمله فیزیکدانان شوروی است. مرحله نهایی توسعه را می توان سال 1939 نامید - زمانی که Yu.B. Khariton و Ya.B. Zeldovich از نظر تئوری امکان انجام یک واکنش زنجیره ای شکافت هسته اورانیوم 235 را نشان دادند. علاوه بر این، توسعه انرژی هسته ای با جهش و مرزها ادامه یافت. بر اساس تخمین های خشن، انرژی آزاد شده در هنگام تقسیم 1 کیلوگرم اورانیوم را می توان با انرژی حاصل از سوزاندن 2500000 کیلوگرم زغال سنگ مقایسه کرد.

اما با توجه به شروع جنگ، تمام تحقیقات به حوزه نظامی هدایت شد. اولین نمونه از انرژی هسته ای که بشر توانست به تمام دنیا نشان دهد بمب اتم بود... بعد بمب هیدروژنی... تنها سالها بعد جامعه علمی توجه خود را به مناطق صلح آمیزتر معطوف کرد که در آن از انرژی هسته ای استفاده می شد. می تواند واقعا مفید باشد
بدین ترتیب طلوع جوانترین میدان انرژی آغاز شد. نیروگاه های هسته ای (NPP) شروع به ظهور کردند و اولین نیروگاه هسته ای جهان در شهر اوبنینسک در منطقه کالوگا ساخته شد. امروزه چند صد نیروگاه هسته ای در سراسر جهان وجود دارد. توسعه انرژی هسته ای فوق العاده سریع بود. در کمتر از 100 سال، توانست به سطح فوق العاده بالایی از توسعه فناوری دست یابد. مقدار انرژی آزاد شده در طول شکافت هسته های اورانیوم یا پلوتونیوم به طور غیرقابل مقایسه ای زیاد است - این امکان ایجاد نیروگاه های هسته ای بزرگ از نوع صنعتی را فراهم کرد.
پس چگونه این انرژی را دریافت می کنید؟ همه چیز در مورد واکنش زنجیره ای شکافت هسته برخی از عناصر رادیواکتیو است. معمولا از اورانیوم 235 یا پلوتونیوم استفاده می شود. شکافت هسته ای زمانی شروع می شود که یک نوترون به آن برخورد می کند - یک ذره بنیادی که بار ندارد، اما جرم نسبتاً زیادی دارد (0.14٪ بیشتر از جرم یک پروتون). در نتیجه، قطعات شکافت و نوترون های جدید تشکیل می شوند که انرژی جنبشی بالایی دارند که به نوبه خود فعالانه به گرما تبدیل می شود.

این نوع انرژی نه تنها در نیروگاه های هسته ای تولید می شود. همچنین در زیردریایی های هسته ای و یخ شکن های هسته ای استفاده می شود.
برای اینکه نیروگاه های هسته ای به طور عادی کار کنند، همچنان به سوخت نیاز دارند. به عنوان یک قاعده، این اورانیوم است. این عنصر در طبیعت گسترده است، اما به سختی به دست می آید. هیچ ذخایر اورانیومی در طبیعت وجود ندارد (مثلاً مانند نفت)؛ اورانیوم، همانطور که گفته شد، در سراسر پوسته زمین «آلوده شده است». غنی ترین سنگ معدن اورانیوم، که بسیار کمیاب است، حاوی 10 درصد اورانیوم خالص است. اورانیوم معمولاً در مواد معدنی حاوی اورانیوم به عنوان یک عنصر جایگزین ایزومورف یافت می شود. اما با وجود همه اینها، مقدار کل اورانیوم در این سیاره بسیار زیاد است. شاید در آینده نزدیک، آخرین فناوری ها درصد تولید اورانیوم را افزایش دهند.
اما چنین منبع قدرتمند انرژی، و در نتیجه قدرت، نمی تواند باعث نگرانی شود. بحث دائمی در مورد قابلیت اطمینان و ایمنی آن وجود دارد. ارزیابی آسیب انرژی هسته ای به محیط زیست دشوار است. آیا آنقدر مؤثر و سودآور است که از چنین ضررهایی غفلت کنیم؟ چقدر امن است؟ علاوه بر این، بر خلاف هر بخش انرژی دیگر، ما فقط در مورد ایمنی محیط زیست صحبت نمی کنیم. همه به خوبی عواقب وحشتناک وقایع هیروشیما و ناکازاکی را به یاد دارند. وقتی بشریت چنین قدرتی دارد، این سوال پیش می آید که آیا شایسته چنین قدرتی است؟ آیا ما قادر خواهیم بود آنچه را که داریم به اندازه کافی مدیریت کنیم و آن را نابود نکنیم؟
اگر فردا سیاره ما تمام ذخایر منابع انرژی سنتی را تمام کند، آنگاه انرژی هسته ای شاید تنها منطقه ای باشد که می تواند واقعاً جایگزین آن شود. مزایای آن را نمی توان انکار کرد، اما نباید عواقب احتمالی آن را فراموش کرد.

انرژی اتمی انرژی آزاد شده در طول تبدیل هسته های اتمی است. منبع انرژی اتمی انرژی درونی هسته اتم است.

نام دقیق تر انرژی اتمی انرژی هسته ای است. دو نوع تولید انرژی هسته ای وجود دارد:
- اجرای یک واکنش زنجیره ای هسته ای شکافت هسته های سنگین.
- اجرای یک واکنش گرما هسته ای از همجوشی هسته های سبک.

افسانه ها در مورد انرژی هسته ای

ذخایر اورانیوم جهان رو به اتمام است.حتی یک کودک هم از تحلیل رفتن منابع طبیعی این روزها آگاه است. در واقع، ذخایر بسیاری از مواد معدنی به سرعت در حال کاهش است. ذخایر اورانیوم در حال حاضر به عنوان "نسبتا محدود" ارزیابی می شود، اما این مقدار کمی نیست. برای مقایسه، اورانیوم به اندازه قلع و 600 برابر طلا وجود دارد. بر اساس برآوردهای اولیه دانشمندان، ذخایر این فلز رادیواکتیو باید برای 500 سال آینده برای بشریت کافی باشد. علاوه بر این، راکتورهای مدرن می توانند از توریم به عنوان سوخت استفاده کنند و ذخایر جهانی آن به نوبه خود 3 برابر از ذخایر اورانیوم بیشتر است.

انرژی هسته ای تاثیر بسیار منفی بر محیط زیست دارد.نمایندگان کمپین های مختلف ضد هسته ای اغلب ادعا می کنند که انرژی هسته ای حاوی "انتشارهای پنهان" گازهایی است که تأثیر منفی بر محیط زیست دارد. اما بر اساس تمام اطلاعات و محاسبات مدرن، انرژی هسته‌ای، حتی در مقایسه با انرژی خورشیدی یا آبی که عملاً دوستدار محیط‌زیست محسوب می‌شوند، حاوی سطح نسبتاً کمی کربن است.

انرژی باد و امواج از نظر محیطی بسیار کمتر مضر هستند.در واقع، مزارع بادی در حال ساخته شدن یا قبلاً در سایت‌های کلیدی ساحلی ساخته شده‌اند و خود ساخت و ساز در حال حاضر قطعاً محیط‌زیست را آلوده می‌کند. اما ساخت ایستگاه های موج هنوز آزمایشی است و تأثیر آن بر محیط زیست به طور دقیق مشخص نیست، بنابراین دشوار است که آنها را از نظر زیست محیطی بسیار پایدارتر در مقایسه با انرژی هسته ای نامید.

در مناطقی که راکتورهای هسته ای قرار دارند، بروز سرطان خون بیشتر است.سطح لوسمی در بین کودکان در مجاورت نیروگاه های هسته ای بیشتر از مناطقی نیست که به عنوان مثال در نزدیکی مزارع به اصطلاح ارگانیک هستند. منطقه شیوع این بیماری می تواند هم اطراف نیروگاه اتمی و هم منطقه پارک ملی را در بر گیرد؛ درجه خطر کاملاً یکسان است.

راکتورهای هسته ای زباله زیادی تولید می کنند.انرژی هسته ای بر خلاف ادعای محیط بانان در واقع کمترین زباله را تولید می کند. زمین اصلاً پر از زباله های رادیواکتیو نیست. فن آوری های مدرن تولید انرژی هسته ای امکان به حداقل رساندن سهم کل زباله های رادیواکتیو را طی 20 تا 40 سال آینده فراهم می کند.

انرژی هسته ای به گسترش سلاح ها در جهان کمک می کند.افزایش تعداد نیروگاه های هسته ای دقیقاً به کاهش تکثیر تسلیحات منجر خواهد شد. کلاهک های هسته ای سوخت رآکتور با کیفیت بسیار خوبی تولید می کنند و کلاهک های راکتور حدود 15 درصد سوخت هسته ای جهان را تولید می کنند. انتظار می‌رود افزایش تقاضا برای سوخت رآکتور این کلاهک‌ها را از تروریست‌های بالقوه منحرف کند.

تروریست ها راکتورهای هسته ای را به عنوان هدف انتخاب می کنند.پس از فاجعه 11 سپتامبر 2001، تعدادی از مطالعات علمی برای تعیین احتمال حمله به تاسیسات هسته ای انجام شد. با این حال، مطالعات اخیر بریتانیا ثابت کرده است که نیروگاه های هسته ای کاملاً قادر به "مقاومت" حتی در برابر حمله بوئینگ 767-400 هستند. نسل جدید راکتورهای هسته‌ای با سطوح حفاظتی افزایش یافته در برابر حملات احتمالی از سوی همه هواپیماهای موجود طراحی می‌شوند و همچنین برنامه‌هایی برای معرفی ویژگی‌های ایمنی ویژه‌ای وجود دارد که می‌توانند بدون دخالت انسان یا کنترل کامپیوتری فعال شوند.

انرژی هسته ای بسیار گران است.بیانیه جنجالی به گفته وزارت تجارت و صنعت بریتانیا، هزینه تولید برق از نیروگاه های هسته ای فقط از قیمت گاز بیشتر است و 10 تا 20 برابر کمتر از انرژی تولید شده توسط نیروگاه های بادی خشکی است. علاوه بر این، 10 درصد از کل هزینه انرژی هسته‌ای از اورانیوم تامین می‌شود و انرژی هسته‌ای در معرض نوسانات ثابت قیمت سوخت‌هایی مانند گاز یا نفت نیست.

از بین بردن نیروگاه هسته ای بسیار گران است.این بیانیه فقط در مورد نیروگاه های هسته ای که قبلا ساخته شده اند صدق می کند. بسیاری از راکتورهای هسته ای کنونی بدون انتظار از کار افتادن بعدی آنها ساخته شده اند. اما در هنگام ساخت نیروگاه های هسته ای جدید این نکته از قبل در نظر گرفته خواهد شد. با این حال، هزینه از کار انداختن نیروگاه هسته ای در هزینه برقی که مصرف کنندگان برای آن پرداخت می کنند، لحاظ می شود. راکتورهای مدرن برای 40 سال کار طراحی شده اند و هزینه از کار انداختن آنها در این مدت طولانی پرداخت می شود و بنابراین تأثیر کمی بر قیمت برق خواهد داشت.

ساخت نیروگاه هسته ای بیش از حد طول می کشد.این شاید بی انگیزه ترین بیانیه از تمام اظهارات مبارزات ضد هسته ای باشد. ساخت یک نیروگاه هسته ای بین 4 تا 6 سال طول می کشد که با زمان ساخت نیروگاه های "سنتی" قابل مقایسه است. ساختار مدولار نیروگاه های هسته ای جدید می تواند تا حدودی روند ساخت نیروگاه های هسته ای را سرعت بخشد.

معرفی

در سال 1939، برای اولین بار امکان تقسیم یک اتم اورانیوم وجود داشت. 3 سال دیگر گذشت و راکتوری در ایالات متحده برای انجام یک واکنش هسته ای کنترل شده ایجاد شد. سپس در سال 1945م بمب اتمی ساخته و آزمایش شد و در سال 1954م. اولین نیروگاه هسته ای جهان در کشورمان به بهره برداری رسید. در تمام این موارد از انرژی عظیم فروپاشی هسته اتم استفاده شد. در نتیجه همجوشی هسته های اتم، مقدار بیشتری انرژی آزاد می شود. در سال 1953، یک بمب گرما هسته ای برای اولین بار در اتحاد جماهیر شوروی آزمایش شد و انسان یاد گرفت که فرآیندهای رخ داده در خورشید را بازتولید کند. در حال حاضر، گداخت هسته ای را نمی توان برای مقاصد صلح آمیز استفاده کرد، اما اگر این امکان پذیر شود، مردم برای میلیاردها سال انرژی ارزان را برای خود تامین خواهند کرد. این مسئله یکی از مهمترین حوزه های فیزیک مدرن در طول 50 سال گذشته بوده است.

انرژی هسته ای در طی فروپاشی یا همجوشی هسته های اتمی آزاد می شود. هر انرژی - فیزیکی، شیمیایی یا هسته ای - با توانایی آن در انجام کار، انتشار گرما یا تشعشع آشکار می شود. انرژی در هر سیستمی همیشه حفظ می شود، اما می توان آن را به سیستم دیگری منتقل کرد یا شکل آن را تغییر داد.

تا حدود سال 1800، چوب سوخت اصلی بود. انرژی چوب از انرژی خورشیدی ذخیره شده در گیاهان در طول زندگی آنها به دست می آید. از زمان انقلاب صنعتی، مردم به مواد معدنی مانند زغال سنگ و نفت وابسته بودند که انرژی آنها نیز از انرژی خورشیدی ذخیره شده تامین می شد. هنگامی که سوختی مانند زغال سنگ می سوزد، اتم های هیدروژن و کربن موجود در زغال سنگ با اتم های اکسیژن هوا ترکیب می شوند. هنگامی که آب یا دی اکسید کربن رخ می دهد، دمای بالایی آزاد می شود که معادل تقریباً 1.6 کیلووات ساعت بر کیلوگرم یا تقریباً 10 الکترون ولت در هر اتم کربن است. این مقدار انرژی برای واکنش های شیمیایی که منجر به تغییر در ساختار الکترونیکی اتم ها می شود، معمول است. مقداری از انرژی آزاد شده به شکل گرما برای ادامه واکنش کافی است.

یک اتم از یک هسته کوچک، عظیم و با بار مثبت تشکیل شده است که توسط الکترون احاطه شده است. هسته بخش عمده ای از جرم یک اتم را تشکیل می دهد. از نوترون‌ها و پروتون‌ها (که معمولاً نوکلئون‌ها نامیده می‌شوند) تشکیل شده است که توسط نیروهای هسته‌ای بسیار قوی، بسیار بیشتر از نیروهای الکتریکی که الکترون‌ها را به هسته متصل می‌کنند، به هم متصل شده‌اند. انرژی یک هسته با میزان قدرتی که نوترون ها و پروتون های آن توسط نیروهای هسته ای در کنار هم نگه داشته می شوند، تعیین می شود. انرژی نوکلئونی انرژی مورد نیاز برای حذف یک نوترون یا پروتون از یک هسته است. اگر دو هسته سبک با هم ترکیب شوند و هسته سنگین تری تشکیل دهند، یا اگر یک هسته سنگین به دو هسته سبک تر تقسیم شود، هر دو مقدار زیادی انرژی آزاد می کنند.

انرژی هسته‌ای که بر حسب میلیون‌ها الکترون ولت اندازه‌گیری می‌شود، از همجوشی دو هسته‌ی نوری زمانی که دو ایزوتوپ هیدروژن (دوتریوم) در واکنش زیر ترکیب می‌شوند، تولید می‌شود:

در این حالت اتم هلیوم با جرم 3 amu تشکیل می شود. ، یک نوترون آزاد و 3.2 MeV یا 5.1 * 106 J (1.2 * 103 cal).

انرژی هسته ای نیز زمانی تولید می شود که یک هسته سنگین (به عنوان مثال، هسته ایزوتوپ اورانیوم 235) به دلیل جذب یک نوترون شکافته شود:

در نتیجه، به سزیم-140، روبیدیم-93، سه نوترون و 200 مگا ولت یا 3.2 10 16 ژول (7.7 10 8 کالری) تجزیه می شود. یک واکنش شکافت هسته ای 10 میلیون برابر بیشتر از یک واکنش شیمیایی مشابه انرژی آزاد می کند.

سوخت هسته ای

آزاد شدن انرژی هسته ای می تواند در انتهای پایین منحنی انرژی رخ دهد که دو هسته سبک در یک هسته سنگین تر ترکیب شوند. انرژی ساطع شده از ستاره ها، مانند خورشید، نتیجه همان واکنش های همجوشی در اعماق آنهاست.

در فشار و دمای بسیار زیاد 15 میلیون درجه سانتیگراد 0. هسته های هیدروژن موجود در آنجا طبق رابطه (1) با هم ترکیب شده و در نتیجه سنتز آنها انرژی خورشید به وجود می آید.

همجوشی هسته ای برای اولین بار در اوایل دهه 1930 بر روی زمین به دست آمد. در سیکلوترون - شتاب دهنده ذرات بنیادی - بمباران هسته های دوتریوم انجام شد. در این حالت دمای بالایی آزاد شد، اما نمی‌توان از این انرژی استفاده کرد. در دهه 1950، اولین انتشار در مقیاس بزرگ اما کنترل نشده انرژی همجوشی در آزمایش های تسلیحات هسته ای توسط ایالات متحده، اتحاد جماهیر شوروی، بریتانیای کبیر و فرانسه نشان داده شد. با این حال، این یک واکنش کوتاه مدت و غیرقابل کنترل بود که نمی توان از آن برای تولید برق استفاده کرد.

در واکنش های فروپاشی، یک نوترون که بار الکتریکی ندارد، به راحتی می تواند به یک هسته شکافت پذیر مانند اورانیوم 235 نزدیک شود و با آن واکنش نشان دهد. اما در یک واکنش همجوشی معمولی، هسته‌های واکنش‌دهنده دارای بار الکتریکی مثبت هستند و بنابراین توسط قانون کولن دفع می‌شوند، بنابراین قبل از ترکیب شدن هسته‌ها، باید بر نیروهای ناشی از قانون کولن غلبه کرد. این زمانی اتفاق می افتد که دمای گاز واکنش دهنده باشد - بسیار بالا از 50 تا 100 میلیون درجه سانتیگراد 0 . در گاز ایزوتوپ های هیدروژن سنگین دوتریوم و تریتیوم در این دما، یک واکنش سنتز رخ می دهد:

تقریباً 17.6 مگا ولت آزاد می کند. این انرژی ابتدا به عنوان انرژی جنبشی هلیوم-4 و نوترون ظاهر می شود، اما به زودی به صورت دمای بالا در مواد و گاز اطراف خود را نشان می دهد.

اگر در چنین دمای بالایی، چگالی گاز 1-10 اتمسفر (یعنی تقریباً خلاء) باشد، هلیوم-4 فعال می تواند انرژی خود را به هیدروژن اطراف منتقل کند. بنابراین، دمای بالا حفظ می شود و شرایط برای ایجاد یک واکنش سنتز خود به خود ایجاد می شود. تحت این شرایط، "اشتعال هسته ای" رخ می دهد.

دستیابی به شرایط برای همجوشی حرارتی کنترل شده توسط چندین مشکل عمده با مشکل مواجه می شود. ابتدا باید گاز را تا دمای بسیار بالا گرم کنید. ثانیاً، کنترل تعداد هسته های واکنش دهنده در مدت زمان کافی ضروری است. ثالثاً، مقدار انرژی آزاد شده باید بیشتر از آن چیزی باشد که برای گرم کردن و محدود کردن چگالی گاز صرف شده است. مشکل بعدی ذخیره این انرژی و تبدیل آن به برق است.

در دمای 100000 درجه سانتیگراد تمام اتمهای هیدروژن کاملاً یونیزه می شوند. گاز از یک ساختار الکتریکی خنثی تشکیل شده است: هسته های با بار مثبت و الکترون های آزاد با بار منفی. به این حالت پلاسما می گویند.

پلاسما به اندازه کافی برای همجوشی داغ است، اما در مواد معمولی یافت نمی شود. پلاسما خیلی سریع سرد می‌شود و دیواره‌های ظرف در اثر اختلاف دما از بین می‌رود. با این حال، از آنجایی که پلاسما متشکل از هسته‌های باردار و الکترون‌هایی است که در اطراف خطوط میدان مغناطیسی مارپیچ می‌چرخند، پلاسما را می‌توان بدون واکنش با دیواره‌های محفظه در یک ناحیه محدود به میدان مغناطیسی قرار داد.

در هر دستگاه همجوشی کنترل شده، آزاد شدن انرژی باید از انرژی لازم برای محدود کردن و گرم کردن پلاسما بیشتر باشد. زمانی که زمان محبوس شدن پلاسما t و چگالی آن n تقریباً از 10 14 تجاوز کند، این شرایط را می توان برآورده کرد. روابط tn > 10 14 ملاک لاوسون نامیده می شود.

از سال 1950 طرح‌های محصورکننده پلاسمای مغناطیسی متعددی در ایالات متحده، اتحاد جماهیر شوروی، بریتانیا، ژاپن و جاهای دیگر آزمایش شده است. واکنش های گرما هسته ای مشاهده شد، اما معیار لاوسون به ندرت از 1012 فراتر می رفت. با این حال، یک دستگاه، "Tokamak" (این نام مخفف کلمات روسی است: اتاق حلقوی با سیم پیچ های مغناطیسی)، که در ابتدا در اتحاد جماهیر شوروی توسط ایگور تام و آندری ساخاروف پیشنهاد شد، در اوایل دهه 1960 شروع به ارائه نتایج خوبی کرد.

توکامک یک محفظه خلاء حلقوی حاوی سیم پیچ هایی است که میدان مغناطیسی حلقوی قوی ایجاد می کند. یک میدان مغناطیسی حلقوی تقریباً 50000 گاوس در داخل این محفظه توسط آهنرباهای الکتریکی قوی حفظ می شود. یک جریان طولی چند میلیون آمپری در پلاسما توسط سیم پیچ های ترانسفورماتور ایجاد می شود. خطوط میدان مغناطیسی بسته به طور پایدار پلاسما را محدود می کنند.

بر اساس موفقیت توکامک تجربی کوچک، دو دستگاه بزرگ در چندین آزمایشگاه در اوایل دهه 1980 ساخته شد، یکی در دانشگاه پرینستون در ایالات متحده و دیگری در اتحاد جماهیر شوروی. در توکامک، دمای پلاسما بالا در نتیجه آزاد شدن گرما به دلیل مقاومت جریان حلقوی قدرتمند، و همچنین از طریق گرمایش اضافی هنگام وارد شدن یک پرتو خنثی ایجاد می‌شود که با هم باید منجر به احتراق شود.

یکی دیگر از راه های ممکن برای به دست آوردن انرژی همجوشی نیز خواص اینرسی است. در این مورد، سوخت - تریتیوم یا دوتریوم - درون یک توپ کوچک قرار می گیرد که از چندین طرف توسط پرتو لیزر پالسی بمباران می شود. این باعث می شود توپ منفجر شود و یک واکنش گرما هسته ای ایجاد کند که سوخت را مشتعل می کند. چندین آزمایشگاه در ایالات متحده و جاهای دیگر در حال حاضر در حال بررسی این احتمال هستند. پیشرفت در تحقیقات همجوشی امیدوارکننده بوده است، اما چالش ایجاد سیستم‌های عملی برای یک واکنش همجوشی پایدار که انرژی بیشتری نسبت به مصرف انرژی تولید می‌کند حل‌نشده باقی مانده و به زمان و تلاش بسیار بیشتری نیاز دارد.

بلو ماکسیم، کانیسووا اینا

استفاده از انرژی اتمی برای مقاصد صلح آمیز کار توسط دانش آموزان سال اول دوره متوسطه حرفه ای تهیه شده است............................. ...................................................... ................................ ...................... ................................ ...................... ...................................................... ...................................................... ................................................ ................................................... .......................................................... ...................................................... ...................................

دانلود:

پیش نمایش:

موسسه آموزشی بودجه دولتی آموزش متوسطه حرفه ای "کالج تجاری و اقتصادی سامارا"

گزارش

کاربرد انرژی اتمی

آماده شده؛ بلو ماکسیم، کانیسوا اینا - دانشجویان کالج تجاری و اقتصادی سامارا.

رئیس: اوراکووا احسلو راشیدوونا، معلم فیزیک و ریاضیات.

سامارا 2012

انرژی اتمی

اما با توجه به شروع جنگ، تمام تحقیقات به حوزه نظامی هدایت شد. اولین نمونه از انرژی هسته ای که بشر توانست به تمام دنیا نشان دهد بمب اتم بود... بعد بمب هیدروژنی... تنها سالها بعد جامعه علمی توجه خود را به مناطق صلح آمیزتر معطوف کرد که در آن از انرژی هسته ای استفاده می شد. می تواند واقعا مفید باشد
بدین ترتیب طلوع جوانترین میدان انرژی آغاز شد. نیروگاه های هسته ای (NPP) شروع به ظهور کردند و اولین نیروگاه هسته ای جهان در شهر اوبنینسک در منطقه کالوگا ساخته شد. امروزه چند صد نیروگاه هسته ای در سراسر جهان وجود دارد. توسعه انرژی هسته ای فوق العاده سریع بود. در کمتر از 100 سال، توانست به سطح فوق العاده بالایی از توسعه فناوری دست یابد. مقدار انرژی آزاد شده در طول شکافت هسته های اورانیوم یا پلوتونیوم به طور غیرقابل مقایسه ای زیاد است - این امکان ایجاد نیروگاه های هسته ای بزرگ از نوع صنعتی را فراهم کرد.
پس چگونه این انرژی را دریافت می کنید؟ همه چیز در مورد واکنش زنجیره ای شکافت هسته برخی از عناصر رادیواکتیو است. معمولا از اورانیوم 235 یا پلوتونیوم استفاده می شود. شکافت هسته ای زمانی شروع می شود که یک نوترون به آن برخورد می کند - یک ذره بنیادی که بار ندارد، اما جرم نسبتاً زیادی دارد (0.14٪ بیشتر از جرم یک پروتون). در نتیجه، قطعات شکافت و نوترون های جدید تشکیل می شوند که انرژی جنبشی بالایی دارند که به نوبه خود فعالانه به گرما تبدیل می شود.
این نوع انرژی نه تنها در نیروگاه های هسته ای تولید می شود. همچنین در زیردریایی های هسته ای و یخ شکن های هسته ای استفاده می شود.
برای اینکه نیروگاه های هسته ای به طور عادی کار کنند، همچنان به سوخت نیاز دارند. به عنوان یک قاعده، این اورانیوم است. این عنصر در طبیعت گسترده است، اما به سختی به دست می آید. هیچ ذخایر اورانیومی در طبیعت وجود ندارد (مثلاً مانند نفت)؛ اورانیوم، همانطور که گفته شد، در سراسر پوسته زمین «آلوده شده است». غنی ترین سنگ معدن اورانیوم، که بسیار کمیاب است، حاوی 10 درصد اورانیوم خالص است. اورانیوم معمولاً در مواد معدنی حاوی اورانیوم به عنوان یک عنصر جایگزین ایزومورف یافت می شود. اما با وجود همه اینها، مقدار کل اورانیوم در این سیاره بسیار زیاد است. شاید در آینده نزدیک، آخرین فناوری ها درصد تولید اورانیوم را افزایش دهند.
اما چنین منبع قدرتمند انرژی، و در نتیجه قدرت، نمی تواند باعث نگرانی شود. بحث دائمی در مورد قابلیت اطمینان و ایمنی آن وجود دارد. ارزیابی آسیب انرژی هسته ای به محیط زیست دشوار است. آیا آنقدر مؤثر و سودآور است که از چنین ضررهایی غفلت کنیم؟ چقدر امن است؟ علاوه بر این، بر خلاف هر بخش انرژی دیگر، ما فقط در مورد ایمنی محیط زیست صحبت نمی کنیم. همه به خوبی عواقب وحشتناک وقایع هیروشیما و ناکازاکی را به یاد دارند. وقتی بشریت چنین قدرتی دارد، این سوال پیش می آید که آیا شایسته چنین قدرتی است؟ آیا ما قادر خواهیم بود آنچه را که داریم به اندازه کافی مدیریت کنیم و آن را نابود نکنیم؟
اگر فردا سیاره ما تمام ذخایر منابع انرژی سنتی را تمام کند، آنگاه انرژی هسته ای شاید تنها منطقه ای باشد که می تواند واقعاً جایگزین آن شود. مزایای آن را نمی توان انکار کرد، اما نباید عواقب احتمالی آن را فراموش کرد.

کاربرد انرژی اتمی

انرژی شکافت هسته ایاورانیومیا پلوتونیوماستفاده شده در اتمیو سلاح های گرما هسته ای (به عنوان آغازگر واکنش گرما هسته ای). موتورهای آزمایشی موشک هسته‌ای وجود داشت، اما به دلیل خطر آلودگی رادیواکتیو در صورت وقوع حادثه، فقط روی زمین و تحت شرایط کنترل شده آزمایش شدند.

بر نیروگاه های هسته ایانرژی هسته ای برای تولید گرمای مورد استفاده برای تولید برق و گرمایش استفاده می شود. نیروگاه های هسته ای مشکل کشتی ها را با منطقه ناوبری نامحدود حل کردند (یخ شکن های هسته ای, زیردریایی های هسته ای, ناوهای هواپیمابر هسته ای). در شرایط کمبود منابع انرژیانرژی هسته ای

انرژی آزاد شده در طی واپاشی رادیواکتیو در منابع گرمایی با عمر طولانی و سلول های بتاگالوانیکی استفاده می شود. ایستگاه های بین سیاره ای خودکار"پیشگام"و ویجر از ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ استفاده کنید. منبع گرمای ایزوتوپی که توسط شوروی استفاده می شدلونوخود-1.

انرژی همجوشی دربمب هیدروژنی.

از انرژی هسته ای در پزشکی استفاده می شود:

تشخیص عملکردی:سینتی گرافیو توموگرافی گسیل پوزیترون
تشخیص: رادیو ایمونولوژی
درمان سرطان تیروئید با ایزوتوپ 131 من
جراحی پروتون

امروزه پزشکی هسته ای امکان مطالعه تقریباً تمام سیستم های اندام انسان را فراهم می کند و در آن مورد استفاده قرار می گیرد

فاجعه چرنوبیل

تقریبا 25 سال از حادثه وحشتناکی که تمام جهان را شوکه کرد می گذرد. پژواک این فاجعه قرن برای مدت طولانی روح مردم را به هیجان می آورد و پیامدهای آن بیش از یک بار مردم را تحت تأثیر قرار می دهد.

فاجعه چرنوبیل و پیامدهای آن

پیامدهای فاجعه چرنوبیل در همان ماه های اول پس از انفجار احساس شد. مردم ساکن در مناطق مجاور محل این فاجعه بر اثر خونریزی و آپوپلکسی جان خود را از دست دادند.
انحلال‌طلبان عواقب این حادثه متحمل شدند: از مجموع 600000 انحلال‌طلب، حدود 100000 نفر دیگر زنده نیستند - آنها در اثر تومورهای بدخیم و تخریب سیستم خونسازی جان خود را از دست دادند. وجود انحلال دهندگان دیگر را نمی توان بدون ابر نامید - آنها از بیماری های متعددی از جمله سرطان، اختلالات سیستم عصبی و غدد درون ریز رنج می برند.

اما با این وجود، در شرایط کمبود منابع انرژیانرژی هسته ایامیدوار کننده ترین در دهه های آینده محسوب می شود.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. ایگناتنکو. E.I. چرنوبیل: رویدادها و درس ها. م.، 1989

2. انرژی هسته ای. تاریخ و مدرنیته. م.، علم. 1991