Этапы освоения ядерной энергии

Открытие и использование ядерной энергии является одним из крупнейших событий прошедшего века. К сожалению, это величайшее достижение науки заявило о себе огромными разрушениями японских городов Хиросима и Нагасаки, на которые в августе 1945 года были сброшены американские атомные бомбы. Но затем наступил и июнь 1954 года, когда в Советском Союзе в г. Обнинске была пущена первая в мире атомная электрическая станция мощностью 5 МВт, открывшая дорогу мирному использованию энергии атома. 27 июня 1954 года признан в мире как день рождения атомной энергетики. Работы над проектами энергетических реакторов начались сразу же после успешного испытания в 1949 году отечественного ядерного оружия и велись теми же темпами.

Ядерная энергетика обязана своим появлением в первую оче­редь природе открытого в 1932 г. нейтрона. Нейтроны входят в состав всех ядер, кроме ядра водорода. Связанные нейтроны в ядре существуют бесконечно долго. В свободном виде они не дол­говечны, так как или распадаются с периодом полураспада 11,7 мин, превращаясь в протон и испуская при этом электрон и нейтрино, или быстро захватываются ядрами атомов.

По значению энергии нейтронов Епих подразделяют на тепло­вые, промежуточные и быстрые. Тепловыми называют такие нейтроны, скорость которых равна скорости их теплового движения, устанавливающей­ся при тепловом равновесии со средой.

В 1938 году немецкие физики О. Ган и Ф. Штрасман обнаружили, что в результате бомбардировки урана нейтронами образуются ядра новых элементов, в том числе бария. Вскоре австрийские физики Л. Майтнер и О. Фриш установили, что ядро изотопа урана с атомным весом 235 под воздействием нейтрона разбивается на два осколка. Этот процесс был назван делением ядер.

В 1940 году советские ученые Г.Н. Флеров и К.А. Петржак обнаружили процесс самопроизвольного деления ядер атомов, являющегося разновидностью радиоактивного распада ядра. При делении ядер тяжелых элементов (уран, плутоний, торий) масса новых элементов оказывается меньше массы исходных ядер, т.е. в результате реакции деления происходит потеря массы, сопровождаемая большим выделением энергии. При этом число нейтронов, испускаемых при делении ядра 235Uоказывается равным 2 или 3, что позволяет осуществить цепную реакцию.



Все эти открытия были сделаны накануне второй мировой войны, развязанной фашистской Германией, и стали основой драматической гонки за лидерство в создании атомной бомбы. Первый атомный реактор был пущен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми, а первый в Европе был построен в СССР в 1946 году под руководством И.В. Курчатова. Успешно завершив разработку вслед за США ядерного оружия советские ученые стали лидерами в мирном применении атомной энергии.

Современная ядерная энергетика основана на использования
энергии, выделяющейся при делении природного изотопа урана-235
или получаемых искусственным путем изотопа урана-233 и плуто-
ния-239, которые принято называть делящимися материалами или
ядерным топливом. Природный уран содержит 99,28 % 238Uи всего 0,71 %
235Uи 0,006 % 233U.

Самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер тяжелых элементов состоит в том, что при соединении нейтрона с ядром образуется возбужденное ядро, которое может оказаться настолько неустойчивым, что распадается на два осколка – два ядра более лёгких элементов с испусканием двух или трех новых нейтронов, вызывающих деление следующих ядер. Отношение числа вновь созданных нейтронов к соответствующему числу исходных нейтронов называется коэффициентом размножения, который для реакции с 235Uна медленных нейтронах равен 2,46. Каждый из испускаемых при делении ядер нейтронов обладает значительной энергией, достаточной для деления всех изотопов урана, а также 232Thи 239Рu. Однако если энергию нейтронов
уменьшить до 0,025– 0,30 эВ, то такие тепловые нейтроны будут не способны вызвать деление ядер 238232Th.

Появляющиеся при делении ядер нейтроны подразделяются на мгновенные и запаздывающие. Мгновенные нейтроны составляют более 99% нейтронов деления. Запаздывающие нейтроны испускаются осколками деления в среднем через 12,4 с после момента деления ядра и составляют менее 1% нейтронов деления. Несмотря на это, они играют огром­ную роль в управлении цепной реакцией деления ядер и регулировании выделяемой энергии.

Технологический процесс получения энергии путем расщепления ядер тяжелых элементов намного сложнее процессов, основанных на сжигании топлива, и требует более тонкой и надежной системы регулирования. Нарушение устойчивости регулируемой цепной реакции может привести к непоправимым последствиям. Но, несмотря на эти сложности и риски после пуска первой АЭС начинается бурный рост атомной энергетики. За четверть века пройден путь от мощности в 5 МВт до крупнейших атомных электростанций с энергоблоками единичной мощностью по 1000 МВт.

Установленная мощность атомных электростанций мира на 2011 год превысила 350 млн. кВт. Общее число реакторов, работающих на АЭС мира, превысило 450. В США работает более 100 реакторов с общей мощностью 101,5 млн. кВт, во Франции – 58 реакторов на 63 млн. кВт, в Японии – 52 реактора на 45 млн. кВт , в России – 33 реактора на 23 млн. кВт.

В чем причина такого стремительного роста? Главная положительная особенность ядерного горючего, используемого на атомных электростанциях, состоит в его высокой «калорийности», что позволяет свести к минимуму транспортные расходы, связан­ные с доставкой топлива. Из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т каменного угля. Поэтому АЭС в первую очередь целесообразны в тех регионах, где развита промышленность и ощутим дефицит органиче­ского топлива. Эксплуатация атомных электростанций в России дает в целом по стране снижение расхода топлива в энергетике на 35– 40 млн. т у. т. еже­годно.

Атомные электростанции имеют большое преимущество перед ТЭС в отношении сохранения чистоты атмосферного воздуха, так как они работают без выбросов золы, вредных оксидов серы и азота. В связи с истощением запасов органического топлива атомные электростанции сегодня представляют пока единственный реальный путь обеспечения быстро растущих потребностей челове­чества в электроэнергии.

Быстрое развитие атомной энергетики стало возможным благо­даря большому размаху работ по ядерной физике, созданию и ос­воению новых типов. атомных реакторов, Но были и периоды. негативного отношении к АЭС после Чернобыля (!986 г.) и Фукусимы (2011 г.), которые заканчивались новым разворотом в сторону ядерной энергетики.

 






Дата добавления: 2016-11-29; просмотров: 233;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2017 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.009 сек.