Cum se obține energie nucleară. Aplicarea energiei atomice. Reactorul nuclear cu apă grea

Utilizarea pe scară largă a energiei nucleare a început datorită progresului științific și tehnologic nu numai în domeniul militar, ci și în scopuri pașnice. Astăzi este imposibil să faci fără ea în industrie, energie și medicină.

Cu toate acestea, utilizarea energiei nucleare are nu numai avantaje, ci și dezavantaje. În primul rând, acesta este pericolul radiațiilor, atât pentru oameni, cât și pentru mediu.

Utilizarea energiei nucleare se dezvoltă în două direcții: utilizarea în energie și utilizarea izotopilor radioactivi.

Inițial, energia atomică a fost destinată a fi utilizată numai în scopuri militare, iar toate evoluțiile au mers în această direcție.

Utilizarea energiei nucleare în sfera militară

O cantitate mare de materiale foarte active sunt folosite pentru a produce arme nucleare. Experții estimează că focoasele nucleare conțin câteva tone de plutoniu.

Armele nucleare sunt luate în considerare deoarece provoacă distrugeri pe teritorii vaste.

În funcție de raza de acțiune și puterea lor de încărcare, armele nucleare sunt împărțite în:

Tactic.
Operațional-tactic.
Strategic.

Armele nucleare sunt împărțite în atomice și hidrogen. Armele nucleare se bazează pe reacții în lanț necontrolate de fisiune a nucleelor grele și reacții.Pentru o reacție în lanț se folosește uraniu sau plutoniu.

Depozitarea unor cantități atât de mari de materiale periculoase este o mare amenințare pentru umanitate. Iar utilizarea energiei nucleare în scopuri militare poate duce la consecințe grave.

Armele nucleare au fost folosite pentru prima dată în 1945 pentru a ataca orașele japoneze Hiroshima și Nagasaki. Consecințele acestui atac au fost catastrofale. După cum se știe, aceasta a fost prima și ultima utilizare a energiei nucleare în război.

Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA)

AIEA a fost creată în 1957 cu scopul de a dezvolta cooperarea între țări în domeniul utilizării energiei atomice în scopuri pașnice. De la bun început, agenția a implementat programul de securitate nucleară și protecția mediului.

Dar cea mai importantă funcție este controlul asupra activităților țărilor din domeniul nuclear. Organizația se asigură că dezvoltarea și utilizarea energiei nucleare au loc numai în scopuri pașnice.

Scopul acestui program este de a asigura utilizarea în siguranță a energiei nucleare, protejând oamenii și mediul de efectele radiațiilor. Agenția a studiat și consecințele accidentului de la centrala nucleară de la Cernobîl.

De asemenea, agenția sprijină studiul, dezvoltarea și aplicarea energiei nucleare în scopuri pașnice și acționează ca intermediar în schimbul de servicii și materiale între membrii agenției.

Împreună cu ONU, AIEA definește și stabilește standarde în domeniul securității și sănătății.

Energie nucleara

În a doua jumătate a anilor patruzeci ai secolului XX, oamenii de știință sovietici au început să dezvolte primele proiecte pentru utilizarea pașnică a atomului. Direcția principală a acestor dezvoltări a fost industria energiei electrice.

Și în 1954, a fost construită o stație în URSS. După aceasta, programele de creștere rapidă a energiei nucleare au început să fie dezvoltate în SUA, Marea Britanie, Germania și Franța. Dar majoritatea nu au fost implementate. După cum sa dovedit, centrala nucleară nu a putut concura cu stațiile care funcționează cu cărbune, gaz și păcură.

Dar după declanșarea crizei energetice globale și creșterea prețului petrolului, cererea de energie nucleară a crescut. În anii 70 ai secolului trecut, experții credeau că puterea tuturor centralelor nucleare ar putea înlocui jumătate din centralele electrice.

La mijlocul anilor 1980, creșterea energiei nucleare a încetinit din nou, iar țările au început să-și reconsidere planurile de a construi noi centrale nucleare. Acest lucru a fost facilitat atât de politicile de economisire a energiei, cât și de scăderea prețului petrolului, precum și de dezastrul de la stația de la Cernobîl, care a avut consecințe negative nu numai pentru Ucraina.

Ulterior, unele țări au încetat cu totul să construiască și să opereze centrale nucleare.

Energia nucleară pentru zborurile spațiale

Peste trei duzini de reactoare nucleare au zburat în spațiu și au fost folosite pentru a genera energie.

Americanii au folosit pentru prima dată un reactor nuclear în spațiu în 1965. Uraniul-235 a fost folosit drept combustibil. A lucrat 43 de zile.

În Uniunea Sovietică, reactorul Romashka a fost lansat la Institutul de Energie Atomică. Trebuia să fie folosit pe nave spațiale împreună cu Dar după toate testele, nu a fost niciodată lansat în spațiu.

Următoarea instalație nucleară Buk a fost folosită pe un satelit de recunoaștere radar. Primul dispozitiv a fost lansat în 1970 din Cosmodromul Baikonur.

Astăzi, Roscosmos și Rosatom își propun să construiască o navă spațială care va fi echipată cu un motor de rachetă nucleară și va putea ajunge pe Lună și Marte. Dar deocamdată totul este în stadiul de propunere.

Aplicarea energiei nucleare în industrie

Energia nucleară este folosită pentru a crește sensibilitatea analizelor chimice și a producerii de amoniac, hidrogen și alte substanțe chimice utilizate pentru a face îngrășăminte.

Energia nucleară, a cărei utilizare în industria chimică face posibilă obținerea de noi elemente chimice, ajută la recrearea proceselor care au loc în scoarța terestră.

Energia nucleară este folosită și pentru desalinizarea apei sărate. Aplicarea în metalurgia feroasă permite recuperarea fierului din minereul de fier. În culoare - folosit pentru producția de aluminiu.

Utilizarea energiei nucleare în agricultură

Utilizarea energiei nucleare în agricultură rezolvă problemele de reproducere și ajută la combaterea dăunătorilor.

Energia nucleară este folosită pentru a provoca mutații în semințe. Acest lucru se face pentru a obține noi soiuri care produc un randament mai mare și sunt rezistente la bolile culturilor. Astfel, mai mult de jumătate din grâul cultivat în Italia pentru fabricarea pastelor a fost crescut prin mutații.

Radioizotopii sunt, de asemenea, utilizați pentru a determina cele mai bune metode de aplicare a îngrășămintelor. De exemplu, cu ajutorul lor s-a stabilit că la cultivarea orezului este posibil să se reducă aplicarea îngrășămintelor cu azot. Acest lucru nu numai că a economisit bani, dar a și conservat mediul.

O utilizare ușor ciudată a energiei nucleare este iradierea larvelor de insecte. Acest lucru se face pentru a le îndepărta într-un mod ecologic. În acest caz, insectele care ies din larvele iradiate nu au descendenți, dar în alte privințe sunt destul de normale.

Medicina nucleara

Medicina folosește izotopi radioactivi pentru a face un diagnostic precis. Izotopii medicali au un timp de înjumătățire scurt și nu prezintă un pericol deosebit atât pentru ceilalți, cât și pentru pacient.

O altă aplicație a energiei nucleare în medicină a fost descoperită destul de recent. Aceasta este tomografia cu emisie de pozitroni. Poate ajuta la detectarea cancerului în stadiile sale incipiente.

Aplicarea energiei nucleare în transporturi

La începutul anilor 50 ai secolului trecut, s-au făcut încercări de a crea un tanc cu propulsie nucleară. Dezvoltarea a început în SUA, dar proiectul nu a fost niciodată adus la viață. În principal din cauza faptului că în aceste tancuri nu au putut rezolva problema ecranării echipajului.

Celebra companie Ford lucra la o mașină care să funcționeze cu energie nucleară. Dar producția unei astfel de mașini nu a depășit macheta.

Chestia este că instalația nucleară a ocupat mult spațiu, iar mașina s-a dovedit a fi foarte mare. Reactoarele compacte nu au apărut niciodată, așa că proiectul ambițios a fost abandonat.

Probabil cel mai faimos transport care funcționează cu energie nucleară este diferitele nave atât pentru scopuri militare, cât și civile:

Nave de transport.
Portavioane.
Submarine.
Croaziere.
Submarine nucleare.

Avantaje și dezavantaje ale utilizării energiei nucleare

Astăzi, ponderea producției globale de energie este de aproximativ 17 la sută. Deși omenirea îl folosește, rezervele sale nu sunt nesfârșite.

Prin urmare, este folosit ca alternativă, dar procesul de obținere și utilizare este asociat cu un risc mare pentru viață și mediu.

Desigur, reactoarele nucleare sunt în permanență îmbunătățite, se iau toate măsurile de siguranță posibile, dar uneori acest lucru nu este suficient. Un exemplu sunt accidentele de la Cernobîl și Fukushima.

Pe de o parte, un reactor care funcționează corespunzător nu emite radiații în mediu, în timp ce centralele termice eliberează o cantitate mare de substanțe nocive în atmosferă.

Cel mai mare pericol vine din combustibilul uzat, din reprocesarea și depozitarea acestuia. Pentru că până în prezent nu a fost inventată o metodă complet sigură de eliminare a deșeurilor nucleare.

Deja la sfârșitul secolului XX, problema găsirii surselor alternative de energie a devenit foarte urgentă. În ciuda faptului că planeta noastră este cu adevărat bogată în resurse naturale, precum petrol, cărbune, lemn etc., toate aceste resurse, din păcate, sunt finite. În plus, nevoile omenirii cresc în fiecare zi și trebuie să căutăm surse de energie mai noi și mai avansate.
Multă vreme, omenirea a găsit una sau alta soluție la problema surselor alternative de energie, dar adevărata descoperire în istoria energiei a fost apariția energiei nucleare. Teoria nucleară a parcurs mult înainte ca oamenii să învețe să o folosească în propriile lor scopuri. Totul a început în 1896, când A. Becquerel a înregistrat raze invizibile care erau emise de minereul de uraniu și care aveau o mare putere de penetrare. Acest fenomen a fost numit mai târziu radioactivitate. Istoria dezvoltării energiei nucleare conține câteva zeci de nume remarcabile, inclusiv fizicieni sovietici. Etapa finală de dezvoltare poate fi numită 1939 - când Yu.B. Khariton și Ya.B. Zeldovich au arătat teoretic posibilitatea efectuării unei reacții în lanț de fisiune a nucleelor de uraniu-235. Mai mult, dezvoltarea energiei nucleare a continuat cu salturi și limite. Conform celor mai aproximative estimări, energia care se eliberează atunci când 1 kilogram de uraniu este împărțit poate fi comparată cu energia care se obține prin arderea a 2.500.000 kg de cărbune.

Dar, din cauza izbucnirii războiului, toate cercetările au fost redirecționate către domeniul militar. Primul exemplu de energie nucleară pe care omul a putut să-l demonstreze lumii întregi a fost bomba atomică... Apoi bomba cu hidrogen... Abia ani mai târziu comunitatea științifică și-a îndreptat atenția către zone mai pașnice în care se folosește energia nucleară. ar putea deveni cu adevărat util.
Astfel au început zorii celui mai tânăr câmp de energie. Au început să apară centrale nucleare (CNP), iar prima centrală nucleară din lume a fost construită în orașul Obninsk, regiunea Kaluga. Astăzi există câteva sute de centrale nucleare în întreaga lume. Dezvoltarea energiei nucleare a fost incredibil de rapidă. În mai puțin de 100 de ani, a reușit să atingă un nivel ultra-înalt de dezvoltare tehnologică. Cantitatea de energie eliberată în timpul fisiunii nucleelor de uraniu sau plutoniu este incomparabil de mare - acest lucru a făcut posibilă crearea unor centrale nucleare mari de tip industrial.
Deci, cum obții această energie? Totul este despre reacția în lanț de fisiune a nucleelor unor elemente radioactive. De obicei se folosește uraniu-235 sau plutoniu. Fisiunea nucleară începe atunci când un neutron îl lovește - o particulă elementară care nu are sarcină, dar are o masă relativ mare (0,14% mai mult decât masa unui proton). Ca urmare, se formează fragmente de fisiune și noi neutroni, care au energie cinetică mare, care la rândul său este transformată activ în căldură.

Acest tip de energie este produsă nu numai în centralele nucleare. Este, de asemenea, utilizat pe submarine nucleare și spărgătoare de gheață nucleare.
Pentru ca centralele nucleare să funcționeze normal, au nevoie de combustibil. De regulă, acesta este uraniu. Acest element este larg răspândit în natură, dar este greu de obținut. Nu există zăcăminte de uraniu în natură (cum ar fi petrolul, de exemplu); acesta este, așa cum ar fi, „untat” pe toată scoarța terestră. Cele mai bogate minereuri de uraniu, care sunt foarte rare, conțin până la 10% uraniu pur. Uraniul se găsește de obicei în mineralele care conțin uraniu ca element de înlocuire izomorf. Dar, în ciuda tuturor acestor lucruri, cantitatea totală de uraniu de pe planetă este enorm de mare. Poate că în viitorul apropiat, cele mai recente tehnologii vor crește procentul de producție de uraniu.
Dar o sursă atât de puternică de energie și, prin urmare, puterea, nu poate decât să provoace îngrijorare. Există o dezbatere constantă cu privire la fiabilitatea și siguranța acestuia. Este dificil de evaluat daunele pe care energia nucleară le cauzează mediului. Este atât de eficient și de profitabil încât să neglijăm astfel de pierderi? Cât de sigur este? Mai mult, spre deosebire de orice alt sector energetic, nu vorbim doar de siguranța mediului. Toată lumea își amintește foarte bine de consecințele teribile ale evenimentelor de la Hiroshima și Nagasaki. Când omenirea are o asemenea putere, se pune întrebarea: este demnă de o asemenea putere? Vom reuși să gestionăm în mod adecvat ceea ce avem și să nu-l distrugem?
Dacă mâine planeta noastră ar rămâne fără toate rezervele de surse tradiționale de energie, atunci energia nucleară ar deveni, probabil, singura zonă care ar putea-o înlocui cu adevărat. Beneficiile sale nu pot fi negate, dar nu trebuie să uităm de posibilele consecințe.

Energia atomică este energia eliberată în timpul transformării nucleelor atomice. Sursa de energie atomică este energia internă a nucleului atomic.

O denumire mai exactă pentru energia atomică este energia nucleară. Există două tipuri de producție de energie nucleară:
- implementarea unei reacţii nucleare în lanţ de fisiune a nucleelor grele;
- implementarea unei reacţii termonucleare de fuziune a nucleelor uşoare.

Mituri despre energia nucleară

Rezervele mondiale de uraniu se epuizează. Chiar și un copil știe despre epuizarea resurselor naturale în zilele noastre. Într-adevăr, rezervele multor minerale se epuizează rapid. Rezervele de uraniu sunt în prezent evaluate ca fiind „relativ limitate”, dar acestea nu sunt atât de mici. Pentru comparație, există la fel de mult uraniu cât staniu și de 600 de ori mai mult decât aur. Potrivit estimărilor preliminare ale oamenilor de știință, rezervele acestui metal radioactiv ar trebui să fie suficiente pentru umanitate pentru următorii 500 de ani. În plus, reactoarele moderne pot folosi toriu drept combustibil, iar rezervele sale mondiale, la rândul lor, depășesc rezervele de uraniu de 3 ori.

Energia nucleară are un impact extrem de negativ asupra mediului. Reprezentanții diferitelor campanii antinucleare susțin adesea că energia nucleară conține „emisii ascunse” de gaze care au un impact negativ asupra mediului. Dar, conform tuturor informațiilor și calculelor moderne, energia nucleară, chiar și în comparație cu energia solară sau hidroenergetică, care sunt considerate practic ecologice, conține un nivel destul de scăzut de carbon.

Energia eoliană și a valurilor sunt mult mai puțin dăunătoare din punct de vedere al mediului.În realitate, parcuri eoliene sunt construite sau au fost deja construite pe situri cheie de coastă, iar construcția în sine deja cu siguranță poluează mediul. Dar construcția stațiilor de undă este încă experimentală, iar impactul său asupra mediului nu este cunoscut cu precizie, așa că este greu să le numim mult mai durabile din punct de vedere ecologic în comparație cu energia nucleară.

În zonele în care sunt amplasate reactoare nucleare, incidența leucemiei este mai mare. Nivelul de leucemie în rândul copiilor din vecinătatea centralelor nucleare nu este mai mare decât, de exemplu, în zonele din apropierea așa-numitelor ferme ecologice. Zona de răspândire a acestei boli poate acoperi atât zona din jurul centralei nucleare, cât și a parcului național; gradul de pericol este absolut același.

Reactoarele nucleare produc prea multe deșeuri. Energia nucleară produce de fapt deșeuri minime, contrar susținărilor ecologiștilor. Pământul nu este deloc plin cu deșeuri radioactive. Tehnologiile moderne de producere a energiei nucleare vor face posibilă reducerea la minimum a ponderii cantității totale de deșeuri radioactive în următorii 20-40 de ani.

Energia nucleară contribuie la proliferarea armelor în lume. O creștere a numărului de centrale nucleare va duce tocmai la o reducere a proliferării armelor. Ogioasele nucleare produc combustibil pentru reactoare de foarte bună calitate, iar focoasele pentru reactoare produc aproximativ 15% din combustibilul nuclear mondial. Creșterea cererii de combustibil pentru reactoare este de așteptat să „deturneze” astfel de focoase de la potențialii teroriști.

Teroriştii aleg reactoare nucleare drept ţinte. După tragedia din 11 septembrie 2001, au fost efectuate o serie de studii științifice pentru a determina probabilitatea unui atac asupra instalațiilor nucleare. Cu toate acestea, studii britanice recente au demonstrat că centralele nucleare sunt destul de capabile să „reziste” chiar și unui raid Boeing 767-400. Noua generație de reactoare nucleare va fi proiectată cu niveluri sporite de protecție împotriva potențialelor atacuri din partea tuturor aeronavelor existente și, de asemenea, există planuri de introducere a unor caracteristici speciale de siguranță care pot fi activate fără intervenția umană sau controlul computerului.

Energia nucleară este foarte scumpă. Declarație controversată. Potrivit Departamentului Britanic de Comerț și Industrie, costul producerii energiei electrice din centralele nucleare depășește doar prețul gazului și este de 10-20 de ori mai mic decât energia produsă de parcurile eoliene de pe uscat. În plus, 10% din costul total al energiei nucleare provine din uraniu, iar energia nucleară nu este la fel de susceptibilă la fluctuațiile constante ale prețurilor la combustibili precum gazul sau petrolul.

Dezafectarea unei centrale nucleare este foarte costisitoare. Această declarație se aplică numai centralelor nucleare construite anterior. Multe dintre reactoarele nucleare actuale au fost construite fără așteptarea dezafectării lor ulterioare. Dar în timpul construcției de noi centrale nucleare acest punct va fi deja luat în considerare. Cu toate acestea, costul dezafectării unei centrale nucleare va fi inclus în costul energiei electrice pe care consumatorii o plătesc. Reactoarele moderne sunt proiectate să funcționeze timp de 40 de ani, iar costul dezafectării acestora va fi plătit în această perioadă lungă și, prin urmare, va avea un impact redus asupra prețului energiei electrice.

Construcția centralei nucleare durează prea mult. Aceasta este poate cea mai nemotivată dintre toate declarațiile campaniilor antinucleare. Construcția unei centrale nucleare durează de la 4 la 6 ani, ceea ce este comparabil cu timpul de construcție al centralelor „tradiționale”. Structura modulară a noilor centrale nucleare poate accelera oarecum procesul de construire a centralelor nucleare.

Introducere

În 1939, a fost posibilă scindarea unui atom de uraniu pentru prima dată. Au mai trecut 3 ani și a fost creat un reactor în SUA pentru a desfășura o reacție nucleară controlată. Apoi, în 1945 Bomba atomică a fost fabricată și testată, iar în 1954. Prima centrală nucleară din lume a fost pusă în funcțiune în țara noastră. În toate aceste cazuri, a fost folosită energia enormă a dezintegrarii nucleului atomic. O cantitate și mai mare de energie este eliberată ca urmare a fuziunii nucleelor atomice. În 1953, o bombă termonucleară a fost testată pentru prima dată în URSS, iar omul a învățat să reproducă procesele care au loc la soare. Deocamdată, fuziunea nucleară nu poate fi folosită în scopuri pașnice, dar dacă acest lucru va deveni posibil, oamenii își vor asigura energie ieftină pentru miliarde de ani. Această problemă a fost una dintre cele mai importante domenii ale fizicii moderne în ultimii 50 de ani.

Energia nucleară este eliberată în timpul dezintegrarii sau fuziunii nucleelor atomice. Orice energie - fizică, chimică sau nucleară - se manifestă prin capacitatea sa de a efectua muncă, de a emite căldură sau radiații. Energia în orice sistem este întotdeauna conservată, dar poate fi transferată într-un alt sistem sau modificată în formă.

Până în jurul anului 1800, lemnul a fost principalul combustibil. Energia lemnului se obține din energia solară stocată în plante în timpul vieții lor. De la Revoluția Industrială, oamenii au depins de minerale precum cărbunele și petrolul, a căror energie provenea și din energia solară stocată. Când un combustibil, cum ar fi cărbunele, este ars, atomii de hidrogen și de carbon conținuti în cărbune se combină cu atomii de oxigen din aer. Când apare dioxid de carbon sau hidratat, este eliberată o temperatură ridicată, echivalentă cu aproximativ 1,6 kilowați-oră per kilogram sau aproximativ 10 electroni volți per atom de carbon. Această cantitate de energie este tipică pentru reacțiile chimice care duc la modificări în structura electronică a atomilor. O parte din energia eliberată sub formă de căldură este suficientă pentru a menține reacția.

Un atom este format dintr-un nucleu mic, masiv, încărcat pozitiv, înconjurat de electroni. Nucleul formează cea mai mare parte a masei unui atom. Este format din neutroni și protoni (numiți în general nucleoni) legați împreună de forțe nucleare foarte puternice, mult mai mari decât forțele electrice care leagă electronii de nucleu. Energia unui nucleu este determinată de cât de puternic sunt ținuți împreună neutronii și protonii săi de forțele nucleare. Energia nucleonilor este energia necesară pentru a elimina un neutron sau un proton dintr-un nucleu. Dacă două nuclee ușoare se combină pentru a forma un nucleu mai greu sau dacă un nucleu greu se împarte în două mai ușoare, ambele eliberează cantități mari de energie.

Energia nucleară, măsurată în milioane de electroni volți, este produsă prin fuziunea a două nuclee ușoare atunci când doi izotopi ai hidrogenului (deuteriu) se combină în următoarea reacție:

În acest caz, se formează un atom de heliu cu o masă de 3 amu. , un neutron liber și 3,2 MeV, sau 5,1 * 10 6 J (1,2 * 10 3 cal).

Energia nucleară este, de asemenea, produsă atunci când un nucleu greu (de exemplu, nucleul izotopului uraniu-235) se divide din cauza absorbției unui neutron:

Ca rezultat, descompunerea în cesiu-140, rubidiu-93, trei neutroni și 200 MeV sau 3,2 10 16 J (7,7 10 8 cal). O reacție de fisiune nucleară eliberează de 10 milioane de ori mai multă energie decât o reacție chimică similară.

Fuziune nucleară

Eliberarea energiei nucleare poate avea loc la capătul inferior al curbei de energie atunci când două nuclee ușoare se combină într-unul mai greu. Energia emisă de stele, ca și soarele, este rezultatul acelorași reacții de fuziune în adâncurile lor.

La presiune și temperatură enormă de 15 milioane de grade C 0. Nucleele de hidrogen existente acolo sunt combinate conform ecuației (1) și în urma sintezei lor se formează energia soarelui.

Fuziunea nucleară a fost realizată pentru prima dată pe Pământ la începutul anilor 1930. În ciclotron - un accelerator de particule elementare - s-a efectuat bombardarea nucleelor de deuteriu. În acest caz, a fost eliberată o temperatură ridicată, însă această energie nu a putut fi folosită. În anii 1950, prima eliberare pe scară largă, dar necontrolată, de energie de fuziune a fost demonstrată în testele de arme termonucleare de către Statele Unite, Uniunea Sovietică, Marea Britanie și Franța. Cu toate acestea, aceasta a fost o reacție pe termen scurt și incontrolabilă care nu a putut fi folosită pentru a genera electricitate.

În reacțiile de descompunere, un neutron, care nu are sarcină electrică, se poate apropia cu ușurință și reacționa cu un nucleu fisionabil, cum ar fi uraniul-235. Într-o reacție tipică de fuziune, totuși, nucleele care reacționează au o sarcină electrică pozitivă și, prin urmare, sunt respinse de legea lui Coulomb, astfel încât forțele datorate legii lui Coulomb trebuie depășite înainte ca nucleele să se poată combina. Acest lucru se întâmplă când temperatura gazului de reacție - destul de mare de la 50 la 100 de milioane de grade C 0 . Într-un gaz de izotopi grei de hidrogen de deuteriu și tritiu la această temperatură, are loc o reacție de sinteză:

eliberând aproximativ 17,6 MeV. Energia apare mai întâi ca energia cinetică a heliului-4 și a neutronului, dar în curând se manifestă ca temperatură ridicată în materialele și gazul din jur.

Dacă la o temperatură atât de ridicată, densitatea gazului este de 10 -1 atmosfere (adică aproape un vid), atunci heliul-4 activ își poate transfera energia hidrogenului din jur. Astfel, se menține o temperatură ridicată și se creează condițiile pentru a avea loc o reacție de sinteză spontană. În aceste condiții, are loc „aprinderea nucleară”.

Realizarea condițiilor pentru fuziunea termonucleară controlată este îngreunată de câteva probleme majore. În primul rând, trebuie să încălziți gazul la o temperatură foarte ridicată. În al doilea rând, este necesar să se controleze numărul de nuclee care reacţionează pe un timp suficient de lung. În al treilea rând, cantitatea de energie eliberată trebuie să fie mai mare decât cea cheltuită pentru încălzire și să limiteze densitatea gazului. Următoarea problemă este stocarea acestei energii și transformarea ei în electricitate.

La temperaturi chiar și de 100.000 C 0 toți atomii de hidrogen sunt complet ionizați. Gazul constă dintr-o structură neutră din punct de vedere electric: nuclee încărcate pozitiv și electroni liberi încărcați negativ. Această stare se numește plasmă.

Plasma este suficient de fierbinte pentru fuziune, dar nu poate fi găsită în materialele obișnuite. Plasma s-ar răci foarte repede, iar pereții vasului ar fi distruși de diferența de temperatură. Cu toate acestea, deoarece plasma constă din nuclee încărcate și electroni care spiralează în jurul liniilor de câmp magnetic, plasma poate fi conținută într-o regiune limitată la câmp magnetic fără a reacționa cu pereții containerului.

În orice dispozitiv de fuziune controlată, eliberarea de energie trebuie să depășească energia necesară pentru a închide și încălzi plasma. Această condiție poate fi îndeplinită atunci când timpul de confinare a plasmei t și densitatea sa n depășesc aproximativ 10 14 . Relații tn > 10 14 se numește criteriul lui Lawson.

Numeroase scheme de izolare cu plasmă magnetică au fost testate din 1950 în Statele Unite, URSS, Marea Britanie, Japonia și în alte părți. Au fost observate reacții termonucleare, dar criteriul Lawson a depășit rar 10 12 . Cu toate acestea, un dispozitiv, „Tokamak” (acest nume este o abreviere a cuvintelor rusești: TOroidal CHAMBER with Magnetic Coils), propus inițial în URSS de Igor Tamm și Andrei Saharov, a început să dea rezultate bune la începutul anilor 1960.

Un tokamak este o cameră toroidală în vid care conține bobine care creează un câmp magnetic toroidal puternic. Un câmp magnetic toroidal de aproximativ 50.000 Gauss este menținut în interiorul acestei camere de electromagneți puternici. Un flux longitudinal de câteva milioane de amperi este creat în plasmă de bobinele transformatorului. Liniile de câmp magnetic închise limitează stabil plasma.

Pe baza succesului micului experimental Tokamak, două dispozitive mari au fost construite în mai multe laboratoare la începutul anilor 1980, unul la Universitatea Princeton din Statele Unite și unul în URSS. În Tokamak, temperatura ridicată a plasmei apare ca urmare a eliberării de căldură datorită rezistenței unui flux toroidal puternic, precum și prin încălzire suplimentară atunci când este introdus un fascicul neutru, care împreună ar trebui să conducă la aprindere.

Un alt mod posibil de a obține energie de fuziune este, de asemenea, de proprietăți inerțiale. În acest caz, combustibilul - tritiu sau deuteriu - este conținut într-o minge minusculă, bombardată din mai multe părți de un fascicul laser pulsat. Acest lucru face ca mingea să explodeze, creând o reacție termonucleară care aprinde combustibilul. Mai multe laboratoare din Statele Unite și din alte părți investighează în prezent această posibilitate. Progresul în cercetarea fuziunii a fost promițător, dar provocarea de a crea sisteme practice pentru o reacție de fuziune durabilă care produce mai multă energie decât consumă rămâne nerezolvată și va necesita mult mai mult timp și efort.

Belov Maxim, Kaniseva INNA

Utilizarea energiei atomice în scopuri pașnice Lucrarea a fost întocmită de elevii din anul I de învățământul secundar profesional............................. ....................... ................................. ............................................................. ................................................... ......................................... ......... ............................................... ... .................................................. ................................................... ........................................................ ............................................................... ..................... .........

Descarca:

Previzualizare:

Instituția de învățământ de la bugetul de stat de învățământ secundar profesional „Colegiul Economic și Comercial din Samara”

RAPORT

Aplicarea energiei atomice

Pregătit; Belov Maxim, Kaniseva Inna - studenți ai Colegiului de Comerț și Economic din Samara.

Șef: Urakova Ahslu Rashidovna, profesor de fizică și matematică.

SAMARA 2012

Energie Atomică

Dar, din cauza izbucnirii războiului, toate cercetările au fost redirecționate către domeniul militar. Primul exemplu de energie nucleară pe care omul a putut să-l demonstreze lumii întregi a fost bomba atomică... Apoi bomba cu hidrogen... Abia ani mai târziu comunitatea științifică și-a îndreptat atenția către zone mai pașnice în care se folosește energia nucleară. ar putea deveni cu adevărat util.
Astfel au început zorii celui mai tânăr câmp de energie. Au început să apară centrale nucleare (CNP), iar prima centrală nucleară din lume a fost construită în orașul Obninsk, regiunea Kaluga. Astăzi există câteva sute de centrale nucleare în întreaga lume. Dezvoltarea energiei nucleare a fost incredibil de rapidă. În mai puțin de 100 de ani, a reușit să atingă un nivel ultra-înalt de dezvoltare tehnologică. Cantitatea de energie eliberată în timpul fisiunii nucleelor de uraniu sau plutoniu este incomparabil de mare - acest lucru a făcut posibilă crearea unor centrale nucleare mari de tip industrial.
Deci, cum obții această energie? Totul este despre reacția în lanț de fisiune a nucleelor unor elemente radioactive. De obicei se folosește uraniu-235 sau plutoniu. Fisiunea nucleară începe atunci când un neutron îl lovește - o particulă elementară care nu are sarcină, dar are o masă relativ mare (0,14% mai mult decât masa unui proton). Ca urmare, se formează fragmente de fisiune și noi neutroni, care au energie cinetică mare, care la rândul său este transformată activ în căldură.
Acest tip de energie este produsă nu numai în centralele nucleare. Este, de asemenea, utilizat pe submarine nucleare și spărgătoare de gheață nucleare.
Pentru ca centralele nucleare să funcționeze normal, au nevoie de combustibil. De regulă, acesta este uraniu. Acest element este larg răspândit în natură, dar este greu de obținut. Nu există zăcăminte de uraniu în natură (cum ar fi petrolul, de exemplu); acesta este, așa cum ar fi, „untat” pe toată scoarța terestră. Cele mai bogate minereuri de uraniu, care sunt foarte rare, conțin până la 10% uraniu pur. Uraniul se găsește de obicei în mineralele care conțin uraniu ca element de înlocuire izomorf. Dar, în ciuda tuturor acestor lucruri, cantitatea totală de uraniu de pe planetă este enorm de mare. Poate că în viitorul apropiat, cele mai recente tehnologii vor crește procentul de producție de uraniu.
Dar o sursă atât de puternică de energie și, prin urmare, puterea, nu poate decât să provoace îngrijorare. Există o dezbatere constantă cu privire la fiabilitatea și siguranța acestuia. Este dificil de evaluat daunele pe care energia nucleară le cauzează mediului. Este atât de eficient și de profitabil încât să neglijăm astfel de pierderi? Cât de sigur este? Mai mult, spre deosebire de orice alt sector energetic, nu vorbim doar de siguranța mediului. Toată lumea își amintește foarte bine de consecințele teribile ale evenimentelor de la Hiroshima și Nagasaki. Când omenirea are o asemenea putere, se pune întrebarea: este demnă de o asemenea putere? Vom reuși să gestionăm în mod adecvat ceea ce avem și să nu-l distrugem?
Dacă mâine planeta noastră ar rămâne fără toate rezervele de surse tradiționale de energie, atunci energia nucleară ar deveni, probabil, singura zonă care ar putea-o înlocui cu adevărat. Beneficiile sale nu pot fi negate, dar nu trebuie să uităm de posibilele consecințe.

Aplicarea energiei atomice

Energia de fisiune nuclearăuraniu sau plutoniu folosit in nuclearși arme termonucleare (ca declanșator de reacție termonucleară). Existau motoare de rachetă nucleare experimentale, dar acestea au fost testate doar pe Pământ și în condiții controlate, din cauza pericolului de contaminare radioactivă în cazul unui accident.

Pe centrale nucleareEnergia nucleară este folosită pentru a genera căldură folosită pentru a produce electricitate și încălzire. Centralele nucleare au rezolvat problema navelor cu o zonă de navigație nelimitată (spărgătoare de gheață nucleare, submarine nucleare, portavioane nucleare). În condiţii de deficit de resurse energeticeenergie nucleară

Energia eliberată în timpul dezintegrarii radioactive este utilizată în sursele de căldură cu durată lungă de viață și celulele beta-galvanice. Stații interplanetare automate"Pionier"Și Voyager utilizați generatoare termoelectrice cu radioizotopi. Sursa de căldură izotopică folosită de sovieticiLunokhod-1.

Energia de fuziune este utilizată înbombă cu hidrogen.

Energia nucleară este folosită în medicină:

Diagnosticare funcțională:scintigrafieȘi tomografie cu emisie de pozitroni
Diagnostice: radioimunologie
Tratamentul cancerului tiroidian cu izotop 131 I
Chirurgie cu protoni

Astăzi, medicina nucleară face posibilă studierea aproape a tuturor sistemelor de organe umane și este utilizată în

Dezastrul de la Cernobîl

Au trecut aproape 25 de ani de la teribilul eveniment care a șocat întreaga lume. Ecourile acestei catastrofe a secolului vor agita sufletele oamenilor pentru o lungă perioadă de timp, iar consecințele ei vor afecta oamenii de mai multe ori.

Dezastrul de la Cernobîl și consecințele sale

Consecințele dezastrului de la Cernobîl s-au făcut simțite chiar în primele luni de la explozie. Oamenii care locuiau în zonele adiacente locului tragediei au murit din cauza hemoragiilor și apoplexiei.
Lichidatorii consecințelor accidentului au avut de suferit: dintr-un număr total de lichidatori de 600.000, aproximativ 100.000 de persoane nu mai sunt în viață - au murit din cauza unor tumori maligne și a distrugerii sistemului hematopoietic. Existența altor lichidatori nu poate fi numită fără nori - aceștia suferă de numeroase boli, inclusiv cancer, tulburări ale sistemului nervos și endocrin.

Dar, cu toate acestea, în condiții de deficit de resurse energeticeenergie nuclearăconsiderată cea mai promițătoare din următoarele decenii.

Bibliografie

1. Ignatenko. E.I.Cernobîl: evenimente și lecții. M., 1989

2. Energia nucleară. Istorie și modernitate. M., Știință. 1991