¿Cómo se puede utilizar la energía del núcleo atómico? Energía Atómica. Reactor nuclear natural

Cuando quedó claro que las fuentes de hidrocarburos de materias primas como el petróleo, el gas, el carbón se estaban agotando. Esto significa que debemos buscar nuevos tipos de energía. Ahora ha surgido una pregunta muy seria sobre la posibilidad de cambios climáticos catastróficos asociados con el hecho de que las estaciones térmicas convencionales crean una capa de gases de efecto invernadero. Y como resultado, se está produciendo un calentamiento global en la Tierra. Esto es absolutamente cierto. Necesitamos buscar nuevos tipos de energía que no conduzcan a esto.

Kuvshinov Vyacheslav Ivanovich:
La estructura del átomo y la estructura del átomo (lo que tiene dentro del núcleo) se conocieron solo en el siglo pasado. Cuando se estaba desarrollando la Segunda Guerra Mundial, quedó claro que se puede extraer una energía colosal del núcleo del átomo. Naturalmente, se pensó en una opción sobre cómo podría utilizarse desde el punto de vista de las armas, desde el punto de vista de una bomba atómica.
Y solo en los años 50 surgió la cuestión del uso pacífico de la energía atómica, surgió el concepto de "átomo pacífico".

La primera central nuclear de la Unión Soviética se construyó en Obninsk. Es curioso que el director de la primera planta de energía nuclear fuera el académico Andrei Kapitonovich Krasin, quien, dicho sea de paso, más tarde se convirtió en director del Instituto Sosny de Investigación Energética e Nuclear.

Kuvshinov Vyacheslav Ivanovich:
Tome los protones y neutrones que forman el núcleo. Si se encuentran dentro del núcleo, están estrechamente vinculados por fuerzas nucleares. ¿Por qué está lleno de gente? Debido a que, por ejemplo, dos protones tienen la misma carga eléctrica, deben repeler colosalmente, sin embargo, están unidos. Por tanto, hay fuerzas nucleares dentro del núcleo. Y resulta que parte de la masa de protones y neutrones se convierte en energía. Y hay una fórmula tan famosa, que ahora incluso está escrita en camisetas. E \u003d Mc2... E es energía, M es la masa de partículas, DE al cuadrado es la velocidad de la luz.
Resulta que también hay una energía especial que está asociada con la masa corporal. Y si hay algo de energía almacenada en el núcleo, si el núcleo se divide, esta energía se libera en forma de energía de los fragmentos. Y es su cantidad (E) que es igual a (M) por (cuadrado de la velocidad de la luz). Como resultado de la fisión de un núcleo, tienes algo de energía en forma de energía de los fragmentos.
Es interesante que cuando se produce una gran cantidad de fisión, por ejemplo, combustible de uranio, se produce una reacción en cadena nuclear. Esto significa que los núcleos se dividen casi simultáneamente. Esto libera una enorme cantidad de energía. Por ejemplo, 1,5 kg de combustible de uranio pueden sustituir a 1,5 vagones de carbón.

¿Qué papel juega la velocidad de la luz en esta fórmula universal?

Kuvshinov Vyacheslav Ivanovich:
Einstein construyó sus fórmulas para cambiar la velocidad de la luz de un sistema de coordenadas a otro, de lo que se sigue que la velocidad de la luz es constante y que todas las demás velocidades de otros cuerpos y objetos cambian. ¡Es curioso que de la fórmula de la relatividad de Einstein se deduzca que el viaje en el tiempo es posible! De ella se sigue la llamada "paradoja de los gemelos". Es que uno de los gemelos, que está en un cohete acelerado a una velocidad cercana a la de la luz, envejecerá menos que su hermano, que permanece en la Tierra.

Kuvshinov Vyacheslav Ivanovich, profesor, director general del Instituto Conjunto de Investigación Energética y Nuclear Sosny:
Según el OIEA, solo la inclusión de la energía nuclear da el menor costo de electricidad. Los bielorrusos verán esta ventaja en sus "cremalleras".

Según los estudios del OIEA, para 2020, como dicen, aparecerá un agujero en el balance de combustible y energía de Bielorrusia. Los expertos dicen que cerrar la brecha en el consumo de energía solo será posible con la ayuda de una central nuclear en funcionamiento.

Según el OIEA, en el mundo funcionan 441 unidades de energía. Hay 5 plantas de energía nuclear alrededor de Bielorrusia. En la vecina Ucrania, opera la central nuclear de Rivne, en Rusia: Smolensk, Leningrado y en proceso de construcción la central nuclear del Báltico.

Nikolay Grusha, Director del Departamento de Energía Nuclear del Ministerio de Energía de la República de Bielorrusia:
La principal tarea de la construcción de una central nuclear y, en general, la principal tarea de la política energética en Bielorrusia es reducir la dependencia del suministro de gas natural.
En la puesta en servicio de una central nuclear con una capacidad de más de 2 millones de kilovatios, en primer lugar, se generará alrededor del 27-29% de toda la electricidad generada en la central nuclear. Esto reemplazará aproximadamente 5 mil millones metros cubicos gas natural. Es decir, casi una cuarta parte de lo que consumimos hoy.

En la naturaleza, la energía nuclear se libera en las estrellas, y los humanos la utilizan principalmente en armas nucleares y energía nuclear, en particular, en plantas de energía nuclear.

Fundamentos físicos

Energía de comunicación

Aunque el núcleo está compuesto por nucleones, la masa del núcleo no es simplemente la suma de las masas de los nucleones. La energía que mantiene unidos a estos nucleones se observa como la diferencia en la masa del núcleo y las masas de sus nucleones individuales constituyentes, con una precisión del coeficiente c 2, relacionando masa y energía por la ecuación E \u003d metro ⋅ do 2. (\\ Displaystyle E \u003d m \\ cdot c ^ (2).) Así, habiendo determinado la masa de un átomo y la masa de sus componentes, es posible determinar la energía media por nucleón que mantiene juntos diferentes núcleos.

Se puede ver en el gráfico que los núcleos muy livianos tienen una energía de unión por nucleón más baja que los núcleos que son ligeramente más pesados \u200b\u200b(en el lado izquierdo del gráfico). Esta es la razón por la que se libera energía en las reacciones termonucleares (es decir, cuando los núcleos ligeros se fusionan). Por el contrario, los núcleos muy pesados \u200b\u200ben el lado derecho del gráfico tienen una energía de unión por nucleón más baja que los núcleos de masa promedio. En este sentido, la fisión de núcleos pesados \u200b\u200btambién es energéticamente favorable (es decir, ocurre con la liberación de energía nuclear). También debe tenerse en cuenta que al fusionar (a la izquierda), la diferencia de masa es mucho mayor que al dividir (a la derecha).

La energía que se requiere para dividir un núcleo completamente en nucleones separados se llama energía de comunicación mi desde el núcleo. Energía de enlace específica (es decir, la energía de enlace por nucleón, ε \u003d mi de / UNA dónde UNA - el número de nucleones en el núcleo, o el número de masa), no es el mismo para diferentes elementos químicos e incluso para isótopos del mismo elemento químico. La energía de unión específica de un nucleón en el núcleo varía en promedio de 1 MeV en núcleos ligeros (deuterio) hasta 8,6 MeV en núcleos de masa media (con un número de masa Y ≈ 100). Núcleos pesados \u200b\u200b( Y ≈ 200), la energía de unión específica de un nucleón es menor que la de los núcleos de masa promedio, en aproximadamente 1 MeV, por lo que su transformación en núcleos de peso promedio (división en 2 partes) va acompañada de la liberación de energía en una cantidad de aproximadamente 1 MeV por nucleón, o aproximadamente 200 MeV por núcleo. La transformación de núcleos ligeros en núcleos más pesados \u200b\u200bproporciona una ganancia de energía aún mayor por nucleón. Entonces, por ejemplo, la reacción de combinar núcleos de deuterio y tritio

1 D 2 + 1 T 3 → 2 H e 4 + 0 norte 1 (\\ displaystyle \\ mathrm ((_ (1)) D ^ (2) + (_ (1)) T ^ (3) \\ rightarrow (_ ( 2)) Él ^ (4) + (_ (0)) n ^ (1)))

acompañado de la liberación de energía 17,6 MeV, es decir, 3,5 MeV por nucleón.

Fisión de núcleos

La aparición de 2,5 neutrones por acto de fisión permite que se produzca una reacción en cadena si al menos uno de estos 2,5 neutrones es capaz de producir una nueva fisión del núcleo de uranio. Normalmente, los neutrones emitidos no fisionan inmediatamente los núcleos de uranio, sino que primero deben ralentizarse a velocidades térmicas (2200 m / sa T \u003d 300 K). La desaceleración se logra de manera más efectiva con la ayuda de los átomos circundantes de otro elemento con una pequeña UNA como hidrógeno, carbono, etc., un material llamado moderador.

Algunos otros núcleos también pueden fisionarse al capturar neutrones lentos, como 233 U o 239. Sin embargo, también es posible la fisión por neutrones rápidos (alta energía) de núcleos tales como 238 U (es 140 veces más que 235 U) o 232 (es 400 veces más que 235 U en la corteza terrestre).

La teoría elemental de la fisión fue creada por Niels Bohr y J. Wheeler utilizando el modelo de gotas del núcleo.

La fisión nuclear también se puede lograr con partículas alfa rápidas, protones o deuterones. Sin embargo, estas partículas, a diferencia de los neutrones, deben tener una alta energía para superar la barrera de Coulomb del núcleo.

Liberación de energía nuclear

Se conocen reacciones nucleares exotérmicas que liberan energía nuclear.

Por lo general, para obtener energía nuclear, se utiliza una reacción en cadena nuclear de fisión de uranio-235 o núcleos de plutonio, con menos frecuencia otros núcleos pesados \u200b\u200b(uranio-238, torio-232). Núcleos de fisión cuando un neutrón los golpea, y se producen nuevos neutrones y fragmentos de fisión. Los neutrones de fisión y los fragmentos de fisión tienen una alta energía cinética. Como resultado de las colisiones de fragmentos con otros átomos, esta energía cinética se convierte rápidamente en calor.

La fusión es otra forma de liberar energía nuclear. En este caso, dos núcleos de elementos ligeros se combinan en uno pesado. En la naturaleza, estos procesos ocurren en el Sol y en otras estrellas, siendo la principal fuente de su energía.

Muchos núcleos atómicos son inestables. Con el tiempo, algunos de estos núcleos se transforman espontáneamente en otros núcleos, liberando energía. Este fenómeno se llama desintegración radiactiva.

Aplicaciones de la energía nuclear

División

Actualmente, de todas las fuentes de energía nuclear, la mayor uso práctico tiene la energía liberada durante la fisión de núcleos pesados. Ante la escasez de recursos energéticos, la energía nuclear en los reactores de fisión se considera la más prometedora de las próximas décadas. En las centrales nucleares, la energía nuclear se utiliza para generar calor, que se utiliza para generar electricidad y calefacción. Las centrales nucleares han resuelto el problema de las embarcaciones con un área de navegación ilimitada (

Introducción

En 1939, el átomo de uranio se dividió por primera vez. Pasaron otros 3 años y se creó un reactor en Estados Unidos para llevar a cabo una reacción nuclear controlada. Luego en 1945. se fabricó y probó una bomba atómica, y en 1954. En nuestro país se puso en marcha la primera central nuclear del mundo. En todos estos casos se utilizó la enorme energía de desintegración del núcleo atómico. Se libera aún más energía como resultado de la síntesis de núcleos atómicos. En 1953, se probó por primera vez una bomba termonuclear en la URSS y el hombre aprendió a reproducir los procesos que ocurren en el sol. Si bien es imposible utilizar la fusión nuclear con fines pacíficos, si es posible, las personas se abastecerán de energía barata durante miles de millones de años. Este problema ha sido una de las áreas más importantes de la física moderna durante los últimos 50 años.

La energía nuclear se libera durante la desintegración o fusión de los núcleos atómicos. Cualquier energía, física, química o nuclear, se manifiesta por su capacidad para realizar un trabajo, emitir calor o radiación. La energía en cualquier sistema siempre se conserva, pero se puede transferir a otro sistema o cambiar de forma.

Hasta alrededor de 1800 la madera era el principal combustible. La dendroenergía se obtiene de energía solaralmacenados en plantas durante su vida. Desde la Revolución Industrial, la gente ha dependido de minerales como el carbón y el petróleo, que también provienen de la energía solar almacenada. Cuando se quema un combustible como el carbón, los átomos de hidrógeno y carbono del carbón se combinan con los átomos de oxígeno del aire. Cuando se produce dióxido de carbono o acuoso, se genera una temperatura alta equivalente a aproximadamente 1,6 kilovatios hora por kilogramo o aproximadamente 10 electronvoltios por átomo de carbono. Esta cantidad de energía es típica para reacciones químicasconduciendo a un cambio en la estructura electrónica de los átomos. Parte de la energía liberada como calor es suficiente para mantener la reacción.

Un átomo consta de un núcleo pequeño, masivo y cargado positivamente rodeado de electrones. El núcleo constituye la mayor parte de la masa de un átomo. Consiste en neutrones y protones (denominados colectivamente nucleones), unidos por fuerzas nucleares muy grandes, que superan con creces las fuerzas eléctricas que unen los electrones al núcleo. La energía de un núcleo está determinada por la fuerza con la que sus neutrones y protones se mantienen unidos por las fuerzas nucleares. La energía del nucleón es la energía necesaria para eliminar un neutrón o un protón de un núcleo. Si dos núcleos ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado, o si un núcleo pesado se divide en dos núcleos más ligeros, se libera una gran cantidad de energía en ambos casos.

La energía nuclear, medida en millones de electronvoltios, se produce por la fusión de dos núcleos ligeros, cuando dos isótopos de hidrógeno (deuterio) se combinan en la siguiente reacción:

En este caso, se forma un átomo de helio con una masa de 3 amu. , un neutrón libre y 3,2 MeV, o 5,1 * 10 6 J (1,2 * 10 3 cal).

La energía nuclear también se genera cuando un núcleo pesado (por ejemplo, el núcleo del isótopo uranio-235) se divide debido a la absorción de un neutrón:

Como resultado, se descompone en cesio-140, rubidio-93, tres neutrones y 200 MeV, o 3,2 10 16 J (7,7 10 8 cal). Una reacción de fisión nuclear libera 10 millones de veces más energía que una reacción química similar.

Fusión nuclear

La liberación de energía nuclear puede ocurrir en el extremo inferior de la curva de energía cuando dos núcleos ligeros se combinan en uno más pesado. La energía emitida por estrellas como el sol es el resultado de las mismas reacciones de fusión en sus intestinos.

A una enorme presión y temperatura de 15 millones de grados C 0. Los núcleos de hidrógeno existentes se combinan según la ecuación (1) y como resultado de su síntesis se forma la energía del sol.

La fusión nuclear se logró por primera vez en la Tierra a principios de la década de 1930. En el ciclotrón, un acelerador de partículas elementales, se bombardearon núcleos de deuterio. Al mismo tiempo, se liberó una temperatura alta, sin embargo, esta energía no se pudo utilizar. En la década de 1950, Estados Unidos, la URSS, Gran Bretaña y Francia demostraron la primera liberación de energía de fusión a gran escala pero incontrolada en pruebas de armas termonucleares. Sin embargo, esta fue una reacción incontrolable y de corta duración que no se pudo utilizar para generar electricidad.

En las reacciones de desintegración, un neutrón que no tiene carga eléctrica puede acercarse fácilmente y reaccionar con un núcleo fisionable como el uranio-235. Sin embargo, en una reacción de fusión típica, los núcleos que reaccionan tienen una carga eléctrica positiva y, por lo tanto, son repelidos de acuerdo con la ley de Coulomb, por lo que las fuerzas que surgen de la ley de Coulomb deben superarse antes de que los núcleos puedan fusionarse. Esto ocurre cuando la temperatura del gas reaccionante - bastante alto de 50 a 100 millones de grados C 0. En un gas de isótopos de hidrógeno pesados \u200b\u200bde deuterio y tritio, se produce una reacción de fusión a esta temperatura:

emitiendo alrededor de 17,6 MeV. La energía aparece al principio como la energía cinética del helio-4 y el neutrón, pero pronto se manifiesta en forma de calor en los materiales y el gas circundantes.

Si a una temperatura tan alta, la densidad del gas es de 10 -1 atmósferas (es decir, casi vacío), entonces el helio-4 activo puede transferir su energía al hidrógeno circundante. Por tanto, se mantiene una temperatura elevada y se crean las condiciones para que se produzca una reacción de síntesis espontánea. En estas condiciones, se produce la "ignición nuclear".

Varios problemas principales obstaculizan el logro de las condiciones para la fusión termonuclear controlada. Primero, debe calentar el gas a una temperatura muy alta. En segundo lugar, es necesario controlar el número de núcleos que reaccionan durante un tiempo suficientemente largo. En tercer lugar, la cantidad de energía liberada debe ser mayor que la utilizada para calentar y limitar la densidad del gas. El siguiente problema es almacenar esta energía y convertirla en electricidad.

A temperaturas de incluso 100.000 C 0, todos los átomos de hidrógeno están completamente ionizados. El gas consta de una estructura eléctricamente neutra: núcleos cargados positivamente y electrones libres cargados negativamente. Esta condición se llama plasma.

El plasma, lo suficientemente caliente para la fusión, no se puede encontrar en materiales normales. El plasma se enfriaría muy rápidamente y las paredes del recipiente serían destruidas por la caída de temperatura. Sin embargo, dado que el plasma está formado por núcleos cargados y electrones que giran alrededor líneas ley campo magnético, el plasma puede estar contenido en un área limitada de campo magnético sin reaccionar con las paredes del recipiente.

En cualquier dispositivo de fusión controlado, la liberación de energía debe exceder la energía requerida para confinar y calentar el plasma. Esta condición se puede cumplir cuando el tiempo de confinamiento del plasma t y su densidad n exceden aproximadamente 10 14. Relación tn > 10 14 se denominan prueba de Lawson.

Se han probado numerosos esquemas de confinamiento de plasma magnético desde 1950 en los Estados Unidos, la URSS, Gran Bretaña, Japón y otros lugares. Se han observado reacciones termonucleares, pero el criterio de Lawson rara vez excedió de 10 12. Sin embargo, un dispositivo "Tokamak" (este nombre es una abreviatura de las palabras rusas: CÁMARA TOroidal con bobinas magnéticas), propuesto originalmente en la URSS por Igor Tamm y Andrey Sakharov, comenzó a dar buenos resultados a principios de la década de 1960.

Un tokamak es una cámara de vacío toroidal en la que se colocan bobinas que crean un fuerte campo magnético toroidal. Un campo magnético toroidal de aproximadamente 50.000 Gauss se mantiene dentro de esta cámara mediante potentes electroimanes. Las bobinas del transformador crean un flujo longitudinal de varios millones de amperios en el plasma. Las líneas cerradas del campo magnético confinan constantemente el plasma.

Basado en el éxito del pequeño "Tokamak" experimental en varios laboratorios, se construyeron dos dispositivos grandes a principios de la década de 1980, uno en la Universidad de Princeton en los Estados Unidos y otro en la URSS. En Tokamak, una alta temperatura de plasma surge como resultado de la liberación de calor debido a la resistencia de un poderoso flujo toroidal, así como debido al calentamiento adicional al introducir un rayo neutro, que en conjunto deberían conducir a la ignición.

Otra posible forma de obtener energía de fusión es también de naturaleza inercial. En este caso, el combustible (tritio o deuterio) está contenido dentro de una pequeña bola, bombardeada desde varios lados por un rayo láser pulsado. Esto hace que el globo explote, formando una reacción termonuclear que enciende el combustible. Varios laboratorios en los Estados Unidos y en otros lugares están investigando actualmente esta posibilidad. Los avances en la investigación de la fusión han sido prometedores, pero el desafío de crear sistemas prácticos para una reacción de fusión sostenible que produzca más energía de la que consume sigue sin resolverse y aún requerirá mucho tiempo y esfuerzo.

1. Introducción

2.Radioactividad

3 reactores nucleares

4. Aspectos de ingeniería de un reactor de fusión

5. Reacción nuclear. Ingeniería de energía nuclear.

6.radiación gamma

7 reactor nuclear

8.Principios de construcción de energía atómica

9 fusión nuclear mañana

10.Salida

11.Lista de literatura

INTRODUCCIÓN: ¿Qué estudia la física?

La física es la ciencia de la naturaleza que estudia las leyes más simples y al mismo tiempo más generales de la naturaleza, la estructura y las leyes del movimiento de la materia. La física pertenece a las ciencias exactas. Sus conceptos y leyes forman la base de las ciencias naturales. Los límites que dividen a la física y otras ciencias naturales son históricamente condicionales. En general, se acepta que la física es fundamentalmente una ciencia experimental, ya que las leyes descubiertas por ella se basan en datos establecidos empíricamente. Las leyes físicas se presentan en forma de proporciones cuantitativas expresadas en el lenguaje de las matemáticas. En general, la física se divide en experimental, que se ocupa de la realización de experimentos para establecer nuevos hechos y probar hipótesis y leyes físicas conocidas, y teórica, centrada en la formulación de leyes físicas, una explicación basada en estas leyes de los fenómenos naturales y la predicción de nuevos fenómenos.

La estructura de la física es compleja. Incluye varias disciplinas o secciones. Dependiendo de los objetos en estudio, se distinguen la física de partículas elementales, la física nuclear, la física de átomos y moléculas, la física de gases y líquidos, la física del plasma y la física del estado sólido. Dependiendo de los procesos o formas de movimiento de la materia estudiados, se distingue la mecánica de los puntos y sólidos materiales, la mecánica de los medios continuos (incluida la acústica), la termodinámica y la mecánica estadística, la electrodinámica (incluida la óptica), la teoría de la gravitación, la mecánica cuántica y la teoría cuántica de campos. La física fundamental y aplicada se distinguen en función del enfoque en el consumidor de los conocimientos adquiridos. También es costumbre destacar la doctrina de vibraciones y ondas, que considera las vibraciones y ondas mecánicas, acústicas, eléctricas y ópticas desde un único ángulo de visión. La física se basa en principios y teorías físicas fundamentales que cubren todas las ramas de la física y reflejan más plenamente la esencia de los fenómenos físicos y los procesos de la realidad.

De las primeras civilizaciones que surgieron a orillas del Tigris, Éufrates y Nilo (Babilonia, Asiria, Egipto), no hay evidencia de logros en el campo del conocimiento físico, excepto aquellos plasmados en estructuras arquitectónicas, hogar, etc. productos de conocimiento. Al levantar varios tipos de estructuras y fabricar artículos para el hogar, armas, etc., la gente utilizó ciertos resultados de numerosas observaciones físicas, experimentos técnicos y sus generalizaciones. Podemos decir que existía un cierto conocimiento físico empírico, pero no existía un sistema de conocimiento físico.

Las representaciones físicas en la antigua China también aparecieron sobre la base de varios tipos de actividades técnicas, en cuyo proceso se desarrollaron varias recetas tecnológicas. Naturalmente, en primer lugar, se desarrollaron conceptos mecánicos. Entonces, los chinos tenían ideas sobre la fuerza (lo que te hace moverte), la reacción (lo que detiene el movimiento), la palanca, el bloqueo, la comparación de pesos (comparación con un estándar). En el campo de la óptica, los chinos fueron conscientes de la formación de una imagen inversa en "cámara oscura". Ya en el siglo VI a.C. conocían los fenómenos del magnetismo: la atracción del hierro por un imán, sobre cuya base se creó la brújula. En el campo de la acústica, conocían las leyes de la armonía, los fenómenos de resonancia. Pero estas eran todavía ideas empíricas que no tenían explicación teórica.

En la India antigua, la base de los conceptos filosóficos naturales es la doctrina de los cinco elementos: tierra, agua, fuego, aire y éter. También hubo una conjetura sobre la estructura atómica de la materia. Se desarrollaron ideas únicas sobre propiedades de la materia como gravedad, fluidez, viscosidad, elasticidad, etc., sobre el movimiento y sus causas. Hacia el siglo VI. ANTES DE CRISTO. Los conceptos físicos empíricos en algunas áreas muestran una tendencia de transición hacia una especie de construcciones teóricas (en óptica, acústica).

El fenómeno de la radiactividad, o desintegración espontánea de los núcleos, fue descubierto por el físico francés A. Becquerel en 1896. Descubrió que el uranio y sus compuestos emiten rayos o partículas que penetran a través de cuerpos opacos y son capaces de iluminar una placa fotográfica, Becquerel estableció que la intensidad de la radiación es solo proporcional a la concentración uranio y no depende de condiciones externas (temperatura, presión) y si el uranio se encuentra en algún compuesto químico.

Los físicos ingleses E. Rutherford y F. Soddy demostraron que en todos los procesos radiactivos tienen lugar transformaciones mutuas de núcleos atómicos de elementos químicos. El estudio de las propiedades de la radiación que acompaña a estos procesos en campos magnéticos y eléctricos mostró que se divide en partículas a (núcleos de helio), partículas b (electrones) y rayos g (radiación electromagnética con una longitud de onda muy corta).

Un núcleo atómico que emite g-quanta, a-, b- u otras partículas se llama núcleo radiactivo... Hay 272 núcleos atómicos estables en la naturaleza. Todos los demás núcleos son radiactivos y se denominan radioisótopos.

La energía de enlace de un núcleo caracteriza su resistencia a descomponerse en sus componentes. Si la energía de enlace del núcleo es menor que la energía de enlace de los productos de su desintegración, esto significa que el núcleo puede desintegrarse espontáneamente (espontáneamente). En la desintegración alfa, las partículas alfa se llevan casi toda la energía y solo el 2% de ella cae sobre el núcleo secundario. En la desintegración alfa, el número de masa cambia en 4 unidades y el número atómico en dos unidades.

La energía inicial de una partícula alfa es de 4 a 10 MeV. Dado que las partículas alfa tienen una gran masa y carga, su camino libre en el aire es corto. Así, por ejemplo, la trayectoria libre media en el aire de las partículas alfa emitidas por un núcleo de uranio es de 2,7 cm y la emitida por el radio es de 3,3 cm.

Este es el proceso de transformación de un núcleo atómico en otro núcleo con un cambio en el número de serie sin cambiar el número de masa. Hay tres tipos de desintegración b: electrónica, de positrones y captura de un electrón orbital por un núcleo atómico. tipo Last decay también se llama A-captura, ya que la absorción de un electrón desde el más cercano al núcleo es más probable. A cáscara. Absorción de electrones con L y METRO las conchas también son posibles, pero menos probables. La vida media de los núcleos b-activos varía en un rango muy amplio.

El número de núcleos beta activos que se conocen actualmente es de aproximadamente mil quinientos, pero solo 20 de ellos son isótopos beta radiactivos naturales. Todo el resto se obtiene por medios artificiales.

La distribución continua de energía cinética de los electrones emitidos durante la desintegración se explica por el hecho de que, junto con el electrón, también se emite antineutrino. Si no hubiera antineutrino, entonces los electrones tendrían un momento estrictamente definido igual al momento del núcleo residual. Se observa un corte brusco del espectro a una energía cinética igual a la energía de desintegración beta. En este caso, las energías cinéticas del núcleo y los antineutrinos son iguales a cero y el electrón se lleva toda la energía liberada durante la reacción.

En la desintegración electrónica, el núcleo residual tiene un número de serie uno más que el inicial, manteniendo el número de masa. Esto significa que el número de protones en el núcleo residual ha aumentado en uno, mientras que el número de neutrones, por el contrario, ha disminuido: N \u003d A- (Z + 1).

En la desintegración de positrones se conserva el número total de nucleones, pero en el núcleo final hay un neutrón más que en el inicial. Por tanto, la desintegración de positrones se puede interpretar como una reacción de la transformación dentro del núcleo de un protón en un neutrón con la emisión de un positrón y un neutrino.

A captura electronica se refiere al proceso de absorción por un átomo de uno de los electrones orbitales de su átomo. Dado que la captura de un electrón de la órbita más cercana al núcleo es más probable, lo más probable es que los electrones se absorban A-conchas. Por lo tanto, este proceso también se llama A-capturar.

Es mucho menos probable que los electrones se capturen de L-,METRO-conchas. Después de capturar un electrón de A-shell, se produce una serie de transiciones de electrones de órbita a órbita, se forma un nuevo estado atómico, se emite un cuanto de rayos X.

Los núcleos estables se encuentran en un estado correspondiente a la energía más baja. Este estado se llama básico. Sin embargo, al irradiar núcleos atómicos con varias partículas o protones de alta energía, es posible transferirles cierta energía y, por tanto, transferirlos a estados correspondientes a mayor energía. Pasando después de algún tiempo del estado excitado al estado fundamental, el núcleo atómico puede emitir una partícula, si la energía de excitación es lo suficientemente alta, o una radiación electromagnética de alta energía, un cuanto gamma.

Dado que el núcleo excitado se encuentra en estados de energía discretos, la radiación gamma también se caracteriza por un espectro de líneas.

La fisión de núcleos pesados \u200b\u200bproduce varios neutrones libres. Esto permite organizar la llamada reacción en cadena de fisión, cuando los neutrones, al propagarse en un medio que contiene elementos pesados, pueden provocar su fisión con la emisión de nuevos neutrones libres. Si el medio es tal que aumenta el número de neutrones recién nacidos, entonces el proceso de fisión crece como una avalancha. En el caso de que el número de neutrones disminuya durante las siguientes fisiones, la reacción en cadena nuclear se extingue.

Para obtener una reacción en cadena nuclear estacionaria, obviamente es necesario crear condiciones tales que cada núcleo que haya absorbido un neutrón libere, en promedio, un neutrón durante la fisión, que entra en la fisión del segundo núcleo pesado.

Un reactor nuclear es un dispositivo en el que se lleva a cabo y se mantiene una reacción en cadena controlada de fisión de algunos núcleos pesados.

Una reacción nuclear en cadena en un reactor solo se puede llevar a cabo con un cierto número de núcleos fisionables, que pueden fisionarse con cualquier energía neutrónica. De los materiales fisionables, el más importante es el isótopo 235 U, cuya participación en el uranio natural es solo del 0,714%.

Aunque el 238 U está fisionado por neutrones cuyas energías superan los 1,2 MeV, la reacción en cadena autosostenida de los neutrones rápidos en el uranio natural no es posible debido a la alta probabilidad de interacción inelástica de los núcleos de 238 U con los neutrones rápidos. En este caso, la energía de neutrones se vuelve menor que la energía de fisión umbral de 238 U núcleos.

El uso de un moderador conduce a una disminución en la absorción resonante en 238 U, ya que un neutrón puede atravesar la región de energías de resonancia como resultado de colisiones con los núcleos moderadores y ser absorbido por núcleos 235 U, 239 Pu, 233 U, cuya sección transversal de fisión aumenta significativamente con la disminución de la energía neutrónica. Como moderadores se utilizan materiales con un número de masa bajo y una sección transversal de absorción pequeña (agua, grafito, berilio, etc.).

Para caracterizar la reacción en cadena de la fisión, se utiliza una cantidad, llamada factor de multiplicación K. Esta es la relación entre el número de neutrones de una determinada generación y el número de neutrones de la generación anterior. Para una reacción en cadena estacionaria de fisión, K \u003d 1. El sistema de multiplicación (reactor), en el que K \u003d 1, se denomina crítico. Si K\u003e 1, el número de neutrones en el sistema aumenta, y en este caso se llama demasiado crítico. En K< 1 происходит уменьшение числа нейтронов, и система называется под критической. В стационарном состоянии реактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающих реактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическом реакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемый энергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтронов различных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектра нейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) и других материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если большая часть делений происходит при поглощении тепловых нейтронов, то такой реактор называется реактором на тепловых нейтронах. Энергия нейтронов в такой системе не превышает 0.2 эВ. Если большая часть делений в реакторе происходит при поглощении быстрых нейтронов, такой реактор называется реактором на быстрых нейтронах.

En el núcleo de un reactor de neutrones térmicos, junto con el combustible nuclear, hay una masa significativa de una sustancia moderadora, que se caracteriza por una gran sección transversal de dispersión y una pequeña sección transversal de absorción.

La zona activa del reactor está casi siempre, a excepción de los reactores especiales, rodeada por un reflector que devuelve algunas de las neuronas a la zona activa debido a la dispersión múltiple.

En los reactores de neuronas rápidas, la zona activa está rodeada por zonas de reproducción. Acumulan isótopos fisionables. Además, las zonas de reproducción también funcionan como reflector.

En un reactor nuclear se acumulan productos de fisión, que se denominan escorias. La presencia de escorias conduce a pérdidas adicionales de neutrones libres.

Los reactores nucleares, según la ubicación relativa del combustible y el moderador, se subdividen en homogéneos y heterogéneos. En un reactor homogéneo, el núcleo es una masa homogénea de combustible, moderador y refrigerante en forma de solución, mezcla o fundido. Un reactor se llama heterogéneo, en el que el combustible en forma de bloques o conjuntos combustibles se coloca en un moderador, formando una red geométrica regular en él.

Durante el funcionamiento del reactor, se libera calor en los elementos extractores de calor (elementos combustibles), así como en todos sus elementos estructurales en diversas cantidades. Esto se debe principalmente a la inhibición de los fragmentos de fisión, su radiación beta y gamma, así como a los núcleos que interactúan con las neuronas y, finalmente, al enlentecimiento de las neuronas rápidas. Los fragmentos de fisión del núcleo de combustible se clasifican de acuerdo con sus velocidades correspondientes a temperaturas de cientos de miles de millones de grados.

De hecho, E \u003d mu 2 \u003d 3RT, donde E es la energía cinética de los fragmentos, MeV; R \u003d 1.38 · 10 -23 J / K - Constante de Boltzmann. Considerando que 1 MeV \u003d 1.6 · 10-13 J, obtenemos 1.6 · 10 -6 E \u003d 2.07 · 10-16 T, T \u003d 7.7 · 10 9 E. Los valores de energía más probables para los fragmentos las fisiones son 97 MeV para un fragmento ligero y 65 MeV para uno pesado. Entonces, la temperatura correspondiente para un fragmento ligero es 7.5 · 10 11 K, uno pesado - 5 · 10 11 K. Aunque la temperatura alcanzable en un reactor nuclear es teóricamente casi ilimitada, en la práctica las limitaciones están determinadas por la temperatura máxima permisible de materiales estructurales y elementos combustibles.

La peculiaridad de un reactor nuclear es que el 94% de la energía de fisión se convierte en calor instantáneamente, es decir, durante el tiempo durante el cual la potencia del reactor o la densidad de los materiales en él no tiene tiempo de cambiar notablemente. Por lo tanto, cuando cambia la potencia del reactor, la liberación de calor sigue el proceso de fisión del combustible sin demora. Sin embargo, cuando el reactor se apaga, cuando la velocidad de fisión disminuye más de decenas de veces, las fuentes de liberación retardada de calor (radiación gamma y beta de los productos de fisión) permanecen en él, que se vuelven predominantes.

La potencia de un reactor nuclear es proporcional a la densidad de flujo de las neuronas en él, por lo que, en teoría, se puede alcanzar cualquier potencia. En la práctica, la potencia límite está determinada por la tasa de eliminación de calor liberada en el reactor. La eliminación de calor específico en los reactores de potencia modernos es de 10 2 - 10 3 MW / m 3, en vórtice - 10 4 - 10 5 MW / m 3.

El calor se elimina del reactor mediante un refrigerante que circula a través de él. Un rasgo característico del reactor es la liberación de calor residual después de la terminación de la reacción de fisión, que requiere la eliminación de calor durante mucho tiempo después de que el reactor se apaga. Aunque la potencia de la liberación de calor residual es mucho menor que la nominal, la circulación del refrigerante a través del reactor debe garantizarse de manera muy confiable, ya que la liberación de calor residual no se puede controlar. Está estrictamente prohibido retirar el refrigerante del reactor que ha estado funcionando durante algún tiempo para evitar el sobrecalentamiento y daños a los elementos combustibles.

Un reactor de energía nuclear es un dispositivo en el que se lleva a cabo una reacción en cadena controlada de fisión de núcleos de elementos pesados, y la energía térmica liberada durante esta es eliminada por un refrigerante. El elemento central de un reactor nuclear es el núcleo. Alberga combustible nuclear y lleva a cabo una reacción en cadena de fisión. El núcleo es un conjunto de elementos combustibles que contienen combustible nuclear, dispuestos de determinada manera. Los reactores térmicos utilizan un moderador. Un refrigerante se balancea a través del núcleo para enfriar los elementos combustibles. En algunos tipos de reactores, el papel de moderador y refrigerante lo realiza la misma sustancia, por ejemplo, agua ordinaria o pesada. por

para controlar el funcionamiento del reactor, se introducen en el núcleo varillas de control hechas de materiales con una gran sección transversal de absorción de neutrones. El núcleo de los reactores de potencia está rodeado por un reflector de neutrones, una capa de material moderador para reducir la fuga de neutrones del núcleo. Además, gracias al reflector, la densidad de neutrones y la liberación de energía se igualan sobre el volumen del núcleo, lo que permite que un tamaño determinado de la zona obtenga más potencia, consiga un quemado de combustible más uniforme, aumente la duración de la operación del reactor sin repostar y simplifique el sistema de extracción de calor. El reflector se calienta por la energía de los neutrones y los gamma quanta que se desaceleran y absorben, por lo tanto, se proporciona para enfriar. El núcleo, el reflector y otros elementos están alojados en una carcasa o carcasa sellada, generalmente rodeada de un blindaje biológico.

El núcleo del reactor debe diseñarse de modo que excluya la posibilidad de un movimiento involuntario de sus componentes, lo que lleva a un aumento de la reactividad. El principal detalle estructural de un núcleo heterogéneo es un elemento combustible, que determina en gran medida su confiabilidad, tamaño y costo. En los reactores de potencia, por regla general, los elementos de combustible de varilla se utilizan con combustible en forma de gránulos prensados \u200b\u200bde dióxido de uranio, encerrados en un revestimiento de acero o aleación de circonio. Por conveniencia, los elementos combustibles se ensamblan en conjuntos combustibles (FA), que se instalan en el núcleo de un reactor nuclear.

En las barras de combustible, la mayor parte de la energía térmica se genera y se transfiere al refrigerante. Más del 90% de toda la energía liberada durante la fisión de núcleos pesados \u200b\u200bse libera en las barras de combustible y es eliminada por el refrigerante que fluye alrededor de las barras de combustible. Las barras de combustible operan en condiciones térmicas muy difíciles: la densidad máxima de flujo de calor de una barra de combustible a un refrigerante alcanza (1 - 2) 10 6 W / m 2, mientras que en las calderas de vapor modernas es (2 - 3) 10 5 W / m 2. Además, se libera una gran cantidad de calor en un volumen relativamente pequeño de combustible nuclear, es decir, la intensidad energética del combustible nuclear también es muy alta. La liberación de calor específico en el núcleo alcanza los 10 8-10 9 W / m 3, mientras que en las calderas de vapor modernas no supera los 10 7 W / m 3.

Grande el calor fluyeel paso a través de la superficie de los elementos combustibles y la densidad de energía significativa del combustible requieren una durabilidad y fiabilidad extremadamente altas de los elementos combustibles. Además, las condiciones de funcionamiento de los elementos combustibles se complican por la alta temperatura de funcionamiento que alcanza los 300-600 С o en la superficie del revestimiento, la posibilidad de choques térmicos, vibraciones y la presencia de un flujo de neutrones (la fluencia alcanza los 10 27 neutrones / m2).

Alto requerimientos técnicos: simplicidad de diseño; estabilidad mecánica y resistencia en el flujo de refrigerante, asegurando la preservación de dimensiones y estanqueidad; baja absorción de neutrones por el material estructural del elemento combustible y un mínimo de material estructural en el núcleo; la ausencia de interacción del combustible nuclear y los productos de fisión con el revestimiento de los elementos combustibles, refrigerante y moderador a temperaturas de funcionamiento. La forma geométrica del elemento combustible debe garantizar la relación requerida de área superficial y volumen y la tasa máxima de eliminación de calor por el refrigerante de toda la superficie del elemento combustible, así como garantizar una gran combustión del combustible nuclear y un alto grado de retención de productos de fisión. Las barras de combustible deben tener resistencia a la radiación, tener las dimensiones y el diseño requeridos, que aseguren la posibilidad de operaciones de recarga rápida; Tienen sencillez y economía de regeneración de combustible nuclear y bajo costo.

Por razones de seguridad, la estanqueidad fiable del revestimiento de los elementos combustibles debe mantenerse durante todo el período de funcionamiento del núcleo (3-5 años) y el almacenamiento posterior de los elementos combustibles gastados antes de enviarlos para su reprocesamiento (1-3 años). Al diseñar el núcleo, es necesario establecer y fundamentar de antemano los límites de daño permisibles para los elementos combustibles (el número y el grado de daño). El núcleo está diseñado de tal manera que los límites establecidos de daño a los elementos combustibles no se exceden durante el funcionamiento durante toda su vida útil. El cumplimiento de estos requisitos está garantizado por el diseño del núcleo, la calidad del refrigerante, las características y la fiabilidad del sistema de extracción de calor. Durante el funcionamiento, es posible la fuga del revestimiento de elementos combustibles individuales. Hay dos tipos de tales perturbaciones: la formación de microgrietas a través de las cuales los productos de fisión gaseosos dejan el elemento combustible en el refrigerante (un defecto como la densidad del gas); la aparición de defectos en los que es posible el contacto directo del combustible con el refrigerante.

Las condiciones de funcionamiento de las barras de combustible están determinadas en gran medida por el diseño del núcleo, que debe garantizar la geometría de diseño de las barras de combustible y la distribución del refrigerante necesario en términos de condiciones de temperatura. Se debe mantener un caudal estable del refrigerante a través del núcleo durante el funcionamiento del reactor con energía, lo que garantiza una eliminación de calor confiable. El núcleo debe estar equipado con sensores dentro del control del reactor, que brinden información sobre la distribución de energía, el flujo de neutrones, las condiciones de temperatura de los elementos combustibles y el caudal de refrigerante.

El núcleo de un reactor de potencia debería diseñarse de modo que el mecanismo interno de interacción de los procesos físicos de neutrones y físicos de calor establezca un nuevo nivel de potencia seguro ante cualquier perturbación del factor de multiplicación. En la práctica, la seguridad de una central nuclear está garantizada, por un lado, por la estabilidad del reactor (una disminución del factor de multiplicación con un aumento de la temperatura y potencia del núcleo), y, por otro lado, por la fiabilidad del sistema automático de control y protección.

Para garantizar la seguridad en profundidad, el diseño del núcleo y las características del combustible nuclear deben excluir la posibilidad de que se formen masas críticas de materiales fisibles durante la destrucción del núcleo y la fusión del combustible nuclear. El diseño del núcleo debería permitir la posibilidad de introducir un absorbedor de neutrones para terminar la reacción en cadena en cualquier caso asociado con la interrupción del enfriamiento del núcleo.

El núcleo que contiene grandes volúmenes de combustible nuclear para compensar el quemado, el envenenamiento y el efecto de la temperatura tiene, por así decirlo, varias masas críticas. Por lo tanto, cada volumen crítico de combustible debe estar provisto de medios de compensación de reactividad. Deben ubicarse en el núcleo para excluir la posibilidad de masa crítica local.

Los reactores se clasifican según el nivel de energía de los neutrones que participan en la reacción de fisión, según el principio de colocación de combustible y moderador, finalidad, tipo de moderador y refrigerante y su estado físico.

Por el nivel de neutrones energéticos: los reactores pueden operar con neutrones rápidos, térmicos e intermedios (resonancia) y, de acuerdo con esto, se dividen en reactores de neutrones térmicos, rápidos e intermedios (a veces por brevedad se denominan térmicos, rápidos e intermedios).

EN reactor termico la mayor parte de la fisión de los núcleos se produce cuando los núcleos absorben neutrones térmicos de isótopos fisionables. Los reactores en los que la fisión nuclear es producida principalmente por neutrones con energías superiores a 0,5 MeV se denominan reactores de neutrones rápidos. Los reactores en los que la mayor parte de la fisión se produce como resultado de la absorción de neutrones intermedios por los núcleos de isótopos fisionables se denominan reactores de neutrones intermedios (resonancia).

Los reactores térmicos son actualmente los más extendidos. Los reactores térmicos se caracterizan por la concentración de 235 U de combustible nuclear en el núcleo de 1 a 100 kg / m 3 y la presencia de grandes masas del moderador. Un reactor de neutrones rápidos se caracteriza por concentraciones de combustible nuclear de 235 U o 239 U del orden de 1000 kg / m 3 y la ausencia de un moderador en el núcleo.

En reactores de neutrones intermedios en la zona activa del moderador es muy pequeño, y la concentración de combustible nuclear 235 U en él es de 100 a 1000 kg / m 3.

En los reactores térmicos, la fisión de los núcleos de combustible también ocurre cuando el núcleo captura neutrones rápidos, pero la probabilidad de este proceso es insignificante (1 - 3%). La necesidad de un moderador de neutrones se debe al hecho de que las secciones transversales de fisión efectivas de los núcleos de combustible son mucho mayores con energías neutrónicas bajas que con energías grandes.

En el núcleo de un reactor térmico debe haber un moderador, una sustancia cuyos núcleos tienen un número de masa pequeño. Como moderador se utilizan grafito, agua pesada o ligera, berilio, líquidos orgánicos. Un reactor térmico puede incluso funcionar con uranio natural si se utiliza agua pesada o grafito como moderador. Para otros moderadores, se debe utilizar uranio enriquecido. Las dimensiones críticas requeridas del reactor dependen del grado de enriquecimiento del combustible; con un aumento en el grado de enriquecimiento, son menores. Un inconveniente importante de los reactores térmicos es la pérdida de neutrones lentos como resultado de su captura por parte del moderador, el refrigerante, los materiales estructurales y los productos de fisión. Por lo tanto, en tales reactores es necesario utilizar sustancias con pequeñas secciones transversales de captura de neutrones lentos como moderador, refrigerante y materiales estructurales.

EN reactores de neutrones intermedios, en el que la mayoría de los eventos de fisión son causados \u200b\u200bpor neutrones con energías superiores a la térmica (de 1 eV a 100 keV), la masa del moderador es menor que en los reactores térmicos. Una característica específica del funcionamiento de dicho reactor es que la sección transversal de fisión del combustible con un aumento de la fisión de neutrones en la región intermedia disminuye más débil que la sección transversal de absorción de materiales estructurales y productos de fisión. Por tanto, la probabilidad de que se produzcan actos de fisión aumenta en comparación con las adquisiciones. Los requisitos para las características de neutrones de los materiales estructurales son menos estrictos, su rango es más amplio. En consecuencia, el núcleo de un reactor de neutrones intermedio puede estar hecho de materiales más duraderos, lo que hace posible aumentar la eliminación de calor específico de la superficie de calentamiento del reactor. El enriquecimiento del combustible con un isótopo fisible en los reactores intermedios debido a una disminución de la sección transversal debería ser mayor que en los térmicos. La reproducción de combustible nuclear en reactores que utilizan neutrones intermedios es mayor que en un reactor que utiliza neutrones térmicos.

Una sustancia que ralentiza débilmente los neutrones se utiliza como refrigerante en reactores intermedios. Por ejemplo, metales líquidos. El moderador es grafito, berilio, etc.

Los elementos combustibles con combustible altamente enriquecido se encuentran en el núcleo del reactor de neutrones rápidos. El núcleo está rodeado por una zona de reproducción que consta de elementos combustibles que contienen materia prima de combustible (uranio empobrecido, torio). Los neutrones que escapan del núcleo son capturados en la zona de reproducción por los núcleos de la materia prima del combustible, lo que da como resultado la formación de nuevo combustible nuclear. Una ventaja especial de los reactores rápidos es la posibilidad de organizar una reproducción prolongada de combustible nuclear en ellos, es decir, simultáneamente con la generación de energía, para producir combustible nuclear nuevo en lugar de quemado. Los reactores rápidos no requieren un moderador y el refrigerante no debería ralentizar los neutrones.

Los reactores se dividen en homogéneos y heterogéneos según el método de colocación del combustible en el núcleo.

EN reactor homogéneo El combustible nuclear, el refrigerante y el moderador (si lo hay) están completamente mezclados y ubicados en un condición física, es decir El núcleo de un reactor completamente homogéneo es una mezcla homogénea líquida, sólida o gaseosa de combustible nuclear, refrigerante o moderador. Los reactores homogéneos pueden ser tanto térmicos como neutrones rápidos. En dicho reactor, todo el núcleo está ubicado dentro de un recipiente esférico de acero y es una mezcla líquida homogénea de combustible y moderador en forma de solución o aleación líquida (por ejemplo, una solución de uranil sulfato en agua, una solución de uranio en bismuto líquido), que también sirve como refrigerante.

Una reacción de fisión nuclear ocurre en una solución de combustible dentro de una vasija de reactor esférica, como resultado, la temperatura de la solución aumenta. La solución combustible del reactor ingresa al intercambiador de calor, donde emite calor al agua del circuito secundario, se enfría y se envía de regreso al reactor mediante una bomba circular. Para evitar que ocurra una reacción nuclear fuera del reactor, los volúmenes de las tuberías del bucle, intercambiador de calor y bomba se seleccionan de modo que el volumen de combustible en cada sección del bucle sea mucho menor que el crítico. Los reactores homogéneos tienen una serie de ventajas sobre los heterogéneos. Este es un diseño simple del núcleo y sus dimensiones mínimas, la capacidad de eliminar continuamente los productos de fisión y agregar combustible nuclear nuevo durante la operación sin detener el reactor, la simplicidad de preparación del combustible y el hecho de que el reactor se puede controlar cambiando la concentración de combustible nuclear.

Sin embargo, los reactores homogéneos también tienen serias desventajas. La mezcla homogénea que circula por el circuito emite una fuerte radiación radiactiva, que requiere protección adicional y complica el control del reactor. Solo una parte del combustible está en el reactor y sirve para generar energía, mientras que la otra parte se encuentra en tuberías externas, intercambiadores de calor y bombas. La mezcla circulante provoca una corrosión y erosión severas de los sistemas y dispositivos del reactor y circuito. La formación de una mezcla explosiva explosiva en un reactor homogéneo como resultado de la radiólisis del agua requiere dispositivos para su combustión. Todo esto llevó al hecho de que los reactores homogéneos no se usaran ampliamente.

EN reactor heterogéneo el combustible en forma de bloques se coloca en el moderador, es decir el combustible y el moderador están separados espacialmente.

Actualmente, solo los reactores heterogéneos están diseñados con fines energéticos. El combustible nuclear en un reactor de este tipo se puede utilizar en estado gaseoso, líquido y sólido. Sin embargo, ahora los reactores heterogéneos operan solo con combustible sólido.

Dependiendo del agente moderador, los reactores heterogéneos se dividen en grafito, agua ligera, agua pesada y orgánicos. Según el tipo de refrigerante, los reactores heterogéneos son fácilmente agua, agua pesada, gas y metal líquido. Los refrigerantes líquidos dentro del reactor pueden estar en estados monofásicos y bifásicos. En el primer caso, el refrigerante dentro del reactor no hierve, y en el segundo, hierve.

Los reactores, en cuyo núcleo la temperatura del refrigerante está por debajo del punto de ebullición, se denominan reactores de agua a presión, y los reactores en cuyo interior hierve el refrigerante se denominan en ebullición.

Dependiendo del moderador y refrigerante utilizado, los reactores heterogéneos se diseñan de acuerdo con diferentes esquemas... En Rusia, los principales tipos de reactores de energía nuclear están presurizados con agua y agua-grafito.

Por diseño, los reactores se subdividen en recipiente a presión y canal. EN reactores presurizados la presión del refrigerante la lleva el cuerpo. El flujo general del refrigerante fluye dentro de la vasija del reactor. EN reactores de canalel refrigerante se suministra a cada canal con un conjunto de combustible por separado. La vasija del reactor no está cargada con presión de refrigerante; esta presión la lleva cada canal por separado.

Según la finalidad, los reactores nucleares son de potencia, convertidores y multiplicadores, de investigación y polivalentes, de transporte e industriales.

Los reactores de energía nuclear se utilizan para generar electricidad en plantas de energía nuclear, en centrales de barcos, en centrales de energía nuclear térmica (CHPP), así como en plantas de calefacción nuclear (AST).

Los reactores diseñados para la producción de combustible nuclear secundario a partir de uranio y torio naturales se denominan convertidores o veces por multiplicadores... En el reactor - convertidor de combustible nuclear secundario, se forma menos del combustible consumido inicialmente.

La reproducción ampliada de combustible nuclear se lleva a cabo en el reactor multiplicador, es decir, resulta más de lo que se gastó.

Los reactores de investigación se utilizan para estudiar los procesos de interacción de los neutrones con la materia, estudiar el comportamiento de los materiales del reactor en campos intensos de radiación de neutrones y gamma, investigación radioquímica y biológica, producción de isótopos, investigación experimental de la física de reactores nucleares.

Los reactores tienen diferentes capacidades, funcionamiento estacionario o por pulsos. Los reactores de investigación refrigerados por agua más utilizados con uranio enriquecido. La potencia térmica de los reactores de investigación varía en un amplio rango y alcanza varios miles de kilovatios.

Los reactores multipropósito son reactores que sirven para múltiples propósitos, como la generación de energía y el combustible nuclear.

Si k eff\u003e< 1, ряд благополучно сходится и по формуле суммы геометрической прогрессии имеем

a donde<1 - коэффициент, равный отношению числа нейтронов, вызвавших деление, к полному их числу. Этот коэффициент зависит от конструкции установки, используемых материалов и т.д. Он надёжно вычисляется. В примерах k=0,6. Осталось выяснить, как можно получить первоначальный поток нейтронов N 0 . Для этого можно использовать ускоритель, дающий достаточно интенсивный поток протонов или других частиц, которые, реагируя с некоторой мишенью, порождают большое кол-во нейтронов. Действительно, например, при столкновении с массивной свинцовой мишенью каждый протон, ускоренный до энергии 1ГэВ (10 9 эВ), производит в результате развития ядерного каскада в среднем n = 22 нейтрона. Энергии их составляют несколько мега электрон -вольт, что как раз соответствует работе реактора на быстрых

como

Aspectos de ingeniería de un reactor de fusión:

El reactor tokamak de fusión consta de las siguientes partes principales: sistemas magnéticos, criogénicos y de vacío, sistema de suministro de energía, manta, circuito y protección de tritio, sistemas adicionales de calentamiento de plasma y alimentación de combustible, así como sistemas de control remoto y mantenimiento.

El sistema magnético contiene bobinas de un campo magnético toroidal, un inductor para mantener la corriente y el calentamiento por inducción del plasma, y \u200b\u200bdevanados que forman un campo magnético poloidal, necesario para el funcionamiento del desviador y mantener el equilibrio del cordón de plasma.

Para eliminar las pérdidas de Joule, el sistema magnético, como se indicó anteriormente, será completamente superconductor. Para los devanados del sistema magnético, se propone utilizar aleaciones de niobio-titanio y niobio-estaño.

Creación del sistema magnético de un reactor superconductor con EN12 T y una densidad de corriente de aproximadamente 2 kA es uno de los principales problemas de ingeniería en el desarrollo de un reactor de fusión, que se resolverá en un futuro próximo.

El sistema criogénico incluye un criostato del sistema magnético y criopaneles en inyectores para calentamiento adicional del plasma. El criostato parece una cámara de vacío, que contiene todas las estructuras enfriadas. Cada bobina del sistema magnético está incrustada en helio líquido. Sus vapores enfrían pantallas especiales ubicadas dentro del criostato para reducir los flujos de calor de las superficies a la temperatura del helio líquido. En el sistema criogénico, se proporcionan dos circuitos de enfriamiento, en uno de los cuales circula helio líquido, que proporciona la temperatura requerida para el funcionamiento normal de las bobinas superconductoras de aproximadamente 4 K, y en el otro, nitrógeno líquido, cuya temperatura es de 80 a 95 K. Este circuito sirve para enfriar las particiones, separando piezas con helio y temperatura ambiente.

Los criopaneles de los inyectores se enfrían con helio líquido y están diseñados para absorber gases, lo que permite mantener una velocidad de bombeo suficiente a un vacío relativamente alto.

El sistema de vacío proporciona el bombeo de helio, hidrógeno e impurezas desde la cavidad del desviador o desde el espacio que rodea al plasma durante el funcionamiento del reactor, así como desde la cámara de trabajo en las pausas entre pulsos. Para asegurarse de que el tritio extraído no se libere al medio ambiente, se debe proporcionar en el sistema un circuito cerrado con una cantidad mínima de tritio circulante. El gas se puede bombear con bombas turbomoleculares, cuya capacidad debería superar ligeramente la alcanzada hasta la fecha. La duración de la pausa para preparar la cámara de trabajo para el siguiente impulso no supera los 30 s.

El sistema de suministro de energía depende esencialmente del modo de funcionamiento del reactor. Es notablemente más simple para un tokamak que opera en modo continuo. Cuando se trabaja en modo pulsado, es recomendable utilizar un sistema de energía combinado: una red y un motor-generador. La potencia del generador está determinada por cargas de impulso y alcanza los 106 kW.

La manta del reactor está ubicada detrás de la primera pared de la cámara de trabajo y está diseñada para capturar los neutrones generados en la reacción de DT, reproducir el tritio "quemado" y convertir la energía de los neutrones en energía térmica. En un reactor termonuclear híbrido, la manta también se utiliza para producir sustancias fisionables. La manta es esencialmente algo nuevo que distingue a un reactor de fusión de una planta de fusión convencional. Todavía no hay experiencia en el diseño y operación de la manta, por lo tanto, se requerirá el desarrollo de ingeniería y diseño de mantas de litio y uranio.

El circuito de tritio consta de varias unidades independientes que aseguran la regeneración del gas bombeado fuera de la cámara de trabajo, su almacenamiento y suministro para reposición de plasma, la extracción de tritio de la manta y su retorno al sistema eléctrico, así como la purificación de los gases de escape y aire de la misma.

La protección del reactor se divide en radiación y biológica. El blindaje contra la radiación atenúa el flujo de neutrones y reduce la liberación de energía en las bobinas superconductoras. Para el funcionamiento normal del sistema magnético con un consumo mínimo de energía, es necesario debilitar el flujo de neutrones en 10 s -10 6 veces. La protección radiológica se ubica entre la manta y las bobinas del campo toroidal y cubre toda la superficie de la cámara de trabajo, excepto los canales del desviador y las entradas de los inyectores. Dependiendo de la composición, el grosor de la protección es de 80-130 cm.

El escudo biológico coincide con las paredes de la sala del reactor y está hecho de hormigón de 200 - 250 cm de espesor y protege el espacio circundante de la radiación.

Los sistemas de calentamiento adicional del plasma y alimentación de combustible ocupan un espacio importante alrededor del reactor. Si el plasma se calienta mediante haces de átomos rápidos, entonces el blindaje contra la radiación debe rodear todo el inyector, lo que es inconveniente para la disposición del equipo en la sala del reactor y el mantenimiento del reactor. En este sentido, los sistemas de calefacción de alta frecuencia son más atractivos, ya que sus dispositivos de entrada (antenas) son más compactos y los generadores se pueden instalar fuera de la sala del reactor. La investigación sobre tokamaks y el desarrollo del diseño de antenas permitirán realizar la elección final de un sistema de calentamiento por plasma.

El sistema de control es parte integral de un reactor de fusión. Como en cualquier reactor, debido al alto nivel de radiactividad en el espacio que rodea al reactor, el control y el mantenimiento en él se llevan a cabo de forma remota, tanto durante el funcionamiento como durante las paradas.

La fuente de radiactividad en un reactor termonuclear es, en primer lugar, el tritio, que se desintegra con la emisión de electrones y 7 cuantos de baja energía (su vida media es de unos 13 años), y en segundo lugar, los nucleidos radiactivos formados durante la interacción de los neutrones con los materiales estructurales de la capa y el trabajo. cámaras. Para los más comunes (acero, molibdeno y aleaciones de niobio), la actividad es bastante alta, pero todavía unas 10-100 veces menor que en los reactores nucleares de potencia similar. En el futuro, está previsto utilizar materiales con baja actividad inducida en un reactor termonuclear, por ejemplo, aluminio y vanadio. Mientras tanto, el reactor termonuclear tokamak se está diseñando teniendo en cuenta el mantenimiento remoto, lo que impone requisitos adicionales en su diseño. En particular, constará de secciones idénticas interconectadas, que se llenarán con diferentes bloques de construcción (módulos). Esto permitirá, si es necesario, un reemplazo relativamente fácil de unidades individuales utilizando manipuladores especiales.

Reacciones nucleares. Energía nuclear.

Núcleo atómico

Un núcleo atómico se caracteriza por una carga Ze, una masa M, un espín J, un momento cuadrupolo magnético y eléctrico Q, determinado por un radio R, un espín isotónico T y consta de nucleones: protones y neutrones.

El número de nucleones A en el núcleo se llama número masivo... El número Z se llama número de cargo núcleo o número atómico. Dado que Z determina el número de protones y A es el número de nucleones en el núcleo, el número de neuronas en el núcleo atómico es N \u003d A-Z. Los núcleos atómicos con la misma Z, pero diferentes A se denominan isótopos... En promedio, hay alrededor de tres isótopos estables para cada valor de Z. Por ejemplo, 28 Si, 29 Si, 30 Si son isótopos estables del núcleo de Si. Además de los isótopos estables, la mayoría de los elementos también tienen isótopos inestables, que se caracterizan por una vida útil limitada.

Los núcleos con el mismo número de masa A se llaman isobaras, y con el mismo número de neutrones - isotonos.

Todos los núcleos atómicos se dividen en estables e inestables. Las propiedades de los núcleos estables permanecen sin cambios indefinidamente. Los núcleos inestables experimentan diversas transformaciones.

Las mediciones experimentales de las masas de los núcleos atómicos, realizadas con gran precisión, muestran que la masa de un núcleo es siempre menor que la suma de las masas de sus nucleones constituyentes.

La energía de enlace es la energía que debe gastarse para dividir el núcleo en sus nucleones constituyentes.

La energía de enlace referida al número de masa A se llama energía media de enlace de nucleonesen el núcleo atómico (energía de enlace por nucleón).

La energía de enlace es aproximadamente constante para todos los núcleos estables y es aproximadamente igual a 8 MeV. Una excepción es la región de núcleos ligeros, donde la energía de enlace promedio aumenta de cero (A \u003d 1) a 8 MeV para el núcleo de 12C.

Del mismo modo, la energía de enlace por nucleón, puede introducir la energía de enlace del núcleo en relación con sus otras partes constituyentes.

En contraste con la energía de enlace promedio de los nucleones, la cantidad de energía de enlace de una neurona y un protón varía de un núcleo a otro.

A menudo, en lugar de la energía de enlace, una cantidad llamada defecto masivo e igual a la diferencia entre las masas y el número de masa del núcleo atómico.

Radiación gamma

La radiación gamma es radiación electromagnética de onda corta. En la escala de ondas electromagnéticas, limita con rayos X duros, ocupando la región de frecuencias más altas. La radiación gamma tiene una longitud de onda extremadamente pequeña (λhν (ν es la frecuencia de radiación, h es la constante de Planck).

La radiación gamma ocurre durante la desintegración de núcleos radiactivos, partículas elementales, durante la aniquilación de pares de partículas-antipartícula, así como durante el paso de partículas cargadas rápidamente a través de la materia.

La radiación gamma que acompaña a la desintegración de los núcleos radiactivos se emite durante la transición del núcleo de un estado de energía más excitado a un estado menos excitado o fundamental. La energía del cuanto γ es igual a la diferencia de energías Δε ρ de los estados entre los que se produce la transición.

Estado emocionado

El estado fundamental del núcleo E1

La emisión de un γ-cuanto por un núcleo no implica un cambio en el número atómico o número de masa, a diferencia de otros tipos de transformaciones radiactivas. El ancho de línea de la radiación gamma es extremadamente pequeño (~ 10 -2 eV). Dado que la distancia entre los niveles es muchas veces mayor que el ancho de la línea, el espectro de rayos gamma es lineal, es decir, consta de varias líneas discretas. El estudio de los espectros de radiación gamma permite establecer las energías de los estados excitados de los núcleos. Los cuantos gamma con altas energías se emiten durante la desintegración de algunas partículas elementales. Entonces, durante la desintegración de un mesón π 0 - en reposo, aparece radiación gamma con una energía de ~ 70 MeV. La radiación gamma de la desintegración de partículas elementales también forma un espectro de líneas. Sin embargo, las partículas elementales en descomposición a menudo se mueven a velocidades comparables a la velocidad de la luz. Como resultado, se produce un ensanchamiento de la línea Doppler y el espectro de rayos gamma resulta borroso en un amplio rango de energía. La radiación gamma, generada durante el paso de partículas cargadas rápidamente a través de la materia, es causada por su desaceleración hacia el campo de Coulomb de núcleos atómicos de materia. La radiación gamma de Bremsstrahlung, así como la radiación de rayos X de Bremsstrahlung, se caracteriza por un espectro continuo, cuyo límite superior coincide con la energía de una partícula cargada, por ejemplo, un electrón. En los aceleradores de partículas cargadas, se obtiene radiación gamma bremsstrahlung con una energía máxima de hasta varias decenas de GeV.

En el espacio interestelar, la radiación gamma puede ocurrir como resultado de colisiones de cuantos de radiación electromagnética de onda larga más suave, como la luz, con electrones acelerados por los campos magnéticos de los objetos espaciales. En este caso, el electrón rápido transfiere su energía a la radiación electromagnética y la luz visible se convierte en una radiación gamma más dura.

Un fenómeno similar puede ocurrir en condiciones terrestres cuando los electrones de alta energía, obtenidos en aceleradores, chocan con fotones de luz visible en haces de luz intensos generados por láseres. Un electrón transfiere energía a un fotón de luz, que se convierte en un γ-cuanto. Por tanto, en la práctica es posible convertir fotones de luz individuales en cuantos de rayos gamma de alta energía.

La radiación gamma tiene un alto poder de penetración, es decir Puede penetrar grandes capas de materia sin un debilitamiento notable. Los principales procesos que ocurren durante la interacción de la radiación gamma con la materia son la absorción fotoeléctrica (efecto fotoeléctrico), la dispersión Compton (efecto Compton) y la formación de pares electrón-positrón. Durante el fotoefecto, uno de los electrones del átomo absorbe un cuanto γ, y la energía del cuanto γ se convierte (menos la energía de enlace del electrón en el átomo) en la energía cinética de un electrón que escapa del átomo. La probabilidad del efecto fotoeléctrico es directamente proporcional a la quinta potencia del número atómico del elemento e inversamente proporcional a la tercera potencia de la energía de radiación gamma. Así, el efecto fotoeléctrico domina en la región de baja energía de γ-cuantos (£ 100 keV) sobre elementos pesados \u200b\u200b(Pb, U).

En el efecto Compton, un cuanto γ es dispersado por uno de los electrones débilmente unidos al átomo. En contraste con el efecto fotoeléctrico, en el efecto Compton, el γ-cuanto no desaparece, sino que solo cambia la energía (longitud de onda) y la dirección de propagación. Un haz estrecho de rayos gamma como resultado del efecto Compton se vuelve más ancho y la radiación en sí se vuelve más suave (longitud de onda más larga). La intensidad de la dispersión de Compton es proporcional al número de electrones en 1 cm 3 de la sustancia y, por lo tanto, la probabilidad de este proceso es proporcional al número atómico de la sustancia. El efecto Compton se hace evidente en sustancias con un número atómico pequeño y con energías de radiación gamma que superan la energía de enlace de los electrones en los átomos. Por tanto, en el caso de Pb, la probabilidad de dispersión de Compton es comparable a la probabilidad de absorción fotoeléctrica a una energía de ~ 0,5 MeV. En el caso de Al, el efecto Compton domina a energías mucho más bajas.

Si la energía de un cuanto γ excede 1.02 MeV, el proceso de formación de pares electrón-positrón en el campo eléctrico de los núcleos se vuelve posible. La probabilidad de formación de pares es proporcional al cuadrado del número atómico y aumenta al aumentar hν. Por lo tanto, a hν ~ 10 MeV, el proceso principal en cualquier sustancia es la formación de pares.

0,1 0,5 1 2 5 10 50

Energía de rayos gamma (MeV)

El proceso inverso de aniquilación de un par electrón-positrón es una fuente de radiación gamma.

Para caracterizar la atenuación de la radiación gamma en una sustancia se suele utilizar el coeficiente de absorción, que muestra a qué espesor X del absorbente se atenúa la intensidad I 0 del haz incidente de radiación gamma en mihora:

Aquí μ 0 es el coeficiente de absorción lineal de la radiación gamma. A veces se introduce un coeficiente de absorción de masa igual a la relación entre μ 0 y la densidad del absorbente.

La ley exponencial de atenuación de la radiación gamma es válida para una dirección estrecha del haz de rayos gamma, cuando cualquier proceso, tanto de absorción como de dispersión, elimina la radiación gamma de la composición del haz primario. Sin embargo, a altas energías, el proceso de pasar la radiación gamma a través de la materia se vuelve mucho más complicado. Los electrones y positrones secundarios son muy energéticos y, por lo tanto, pueden, a su vez, generar radiación gamma a través de los procesos de desaceleración y aniquilación. Así, en la materia aparecen varias generaciones alternas de radiación gamma secundaria, electrones y positrones, es decir, se desarrolla una lluvia en cascada. El número de partículas secundarias en tal lluvia primero aumenta con el espesor, alcanzando un máximo. Sin embargo, entonces los procesos de absorción comienzan a prevalecer sobre la multiplicación de partículas y la lluvia se apaga. La capacidad de la radiación gamma para desarrollar lluvias depende de la relación entre su energía y la llamada energía crítica, después de lo cual una lluvia en una sustancia determinada prácticamente pierde su capacidad de desarrollo.

Para cambiar la energía de la radiación gamma en física experimental, se utilizan varios tipos de espectrómetros gamma, que se basan principalmente en la medición de la energía de electrones secundarios. Los principales tipos de espectrómetros de rayos gamma son: magnético, centelleo, semiconductor, difracción de cristal.

El estudio de los espectros de los rayos gamma nucleares proporciona información importante sobre la estructura de los núcleos. La observación de los efectos asociados con la influencia del entorno externo sobre las propiedades de la radiación gamma nuclear se utiliza para estudiar las propiedades de los sólidos.

La radiación gamma se utiliza en tecnología, por ejemplo, para detectar defectos en piezas metálicas: detección de defectos gamma. En la química de la radiación, la radiación gamma se utiliza para iniciar transformaciones químicas como los procesos de polimerización. La radiación gamma se utiliza en la industria alimentaria para esterilizar alimentos. Las principales fuentes de radiación gamma son los isótopos radiactivos naturales y artificiales, así como los aceleradores de electrones.

El efecto sobre el cuerpo de la radiación gamma es similar al efecto de otros tipos de radiación ionizante. La radiación gamma puede causar daños por radiación en el cuerpo, hasta su muerte. La naturaleza de la influencia de la radiación gamma depende de la energía de los γ-cuantos y de las características espaciales de la irradiación, por ejemplo, externa o interna. La eficacia biológica relativa de la radiación gamma es de 0,7-0,9. En condiciones industriales (exposición crónica en dosis bajas), la efectividad biológica relativa de la radiación gamma se toma igual a 1. La radiación gamma se usa en medicina para el tratamiento de tumores, para la esterilización de locales, equipos y medicamentos. La radiación gamma también se utiliza para obtener mutaciones con la posterior selección de formas económicamente útiles. Así es como se derivan variedades de microorganismos altamente productivos (por ejemplo, para la obtención de antibióticos) y plantas.

Las posibilidades modernas de la radioterapia se han expandido principalmente debido a los medios y métodos de la gamma-terapia remota. El éxito de la gamma-teropía remota se ha logrado como resultado de un extenso trabajo en el campo del uso de potentes fuentes radiactivas artificiales de radiación gamma (cobalto-60, cesio-137), así como nuevos fármacos gamma.

La gran importancia de la terapia gamma remota también se explica por la disponibilidad comparativa y la facilidad de uso de los dispositivos gamma. Estos últimos, así como los de rayos X, están diseñados para irradiación estática y móvil. Con la ayuda de la irradiación móvil, intentan crear una gran dosis en un tumor con irradiación dispersa de tejidos sanos. Se realizaron mejoras constructivas de los dispositivos gamma encaminados a reducir la penumbra, mejorar la homogeneización del campo, utilizar filtros de lamas y buscar opciones de protección adicionales.

El uso de radiaciones nucleares en la producción de cultivos ha abierto nuevas y amplias oportunidades para cambiar el metabolismo de las plantas agrícolas, aumentar su productividad, acelerar el desarrollo y mejorar la calidad.

Como resultado de los primeros estudios de radiobiólogos, se encontró que la radiación ionizante es un factor poderoso que afecta el crecimiento, desarrollo y metabolismo de los organismos vivos. Bajo la influencia de la radiación gamma en plantas, animales o microorganismos, el metabolismo armonioso cambia, el curso de los procesos fisiológicos se acelera o se ralentiza (según la dosis), hay cambios en el crecimiento, desarrollo y formación de cultivos.

Cabe señalar especialmente que durante la irradiación gamma, las semillas no penetran sustancias radiactivas. Las semillas irradiadas, como los cultivos que se cultivan a partir de ellas, no son radiactivas. Las dosis óptimas de irradiación solo aceleran los procesos normales que ocurren en la planta y, por lo tanto, los temores y advertencias contra el uso del cultivo obtenido de semillas que fueron sometidas a irradiación previa a la siembra son completamente infundados.

La radiación ionizante comenzó a usarse para aumentar la vida útil de los productos agrícolas y para destruir diversas plagas de insectos. Por ejemplo, si el grano antes de cargarlo en el elevador pasa a través de un búnker donde se instala una poderosa fuente de radiación, entonces se excluirá la posibilidad de reproducción de plagas de insectos y el grano se puede almacenar durante mucho tiempo sin pérdidas. El grano en sí como producto nutritivo no cambia bajo tales dosis de radiación. Su uso como alimento para cuatro generaciones de animales de experimentación no provocó desviaciones en el crecimiento, capacidad de reproducción u otras desviaciones patológicas de la norma.

Reactor nuclear.

La fuente de energía del reactor es el proceso de fisión de núcleos pesados. Recordemos que los núcleos están compuestos por nucleones, es decir, protones y neutrones. En este caso, el número de protones Z determina la carga del núcleo Ze: es igual al número del elemento de la tabla periódica, y el peso atómico del núcleo A es el número total de protones y neutrones. Los núcleos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones son isótopos diferentes del mismo elemento y se indican con el símbolo del elemento con peso atómico en la parte superior izquierda. Por ejemplo, existen los siguientes isótopos de uranio: 238 U, 235 U, 233 U, ...

La masa del núcleo M no solo es igual a la suma de las masas de sus protones y neutrones constituyentes, sino que es menor que ella por el valor M, que determina la energía de enlace.

(de acuerdo con la relación) M \u003d Zm p + (A-Z) m n - (A) A, donde (A) c es la energía de enlace por nucleón. El valor de (A) depende de los detalles de la estructura del núcleo correspondiente ... Sin embargo, existe una tendencia general a su dependencia del peso atómico. Es decir, descuidando los pequeños detalles, es posible describir esta dependencia mediante una curva suave que aumenta en pequeños. A, alcanzando un máximo en el medio de la tabla periódica y disminuyendo después del máximo a valores grandes A. Imagine que un núcleo pesado con peso atómico A y masa M se divide en dos núcleos A 1 y A 2 con masas M 1 y M 2, respectivamente, y A 1 + A 2 es igual a A o ligeramente menor que él, ya que durante la fisión se pueden emitir varios neutrones. Para mayor claridad, tomemos el caso A 1 + A 2 \u003d A. Considere el valor de la diferencia entre las masas del núcleo inicial y dos núcleos finales, y asumiremos que A 1 \u003d A 2, de modo que (A 1) \u003d (A 2), M \u003d M- M 1 -M 2 \u003d - (UNA) UNA + (UNA 1) (UNA 1 + UNA 2) \u003d UNA ((UNA 1) - (UNA 1)). Si A corresponde a un núcleo pesado al final del Sistema Periódico, entonces A 1 está en el medio y tiene un valor máximo (A 2). Esto significa que M\u003e 0 y, por tanto, en el proceso de fisión, se libera energía E d \u003d Ms 2. Para núcleos pesados, por ejemplo, para núcleos de uranio, ((A1) - (A)) con 2 \u003d 1 MeV. Entonces, en A \u003d 200 tenemos la estimación E d \u003d 200 MeV. Recuerde que el electrón-voltio (eV) es una unidad de energía fuera del sistema igual a la energía adquirida por una carga elemental bajo la acción de una diferencia de potencial de 1V (1eV \u003d 1.6 * 10 -19 J). Por ejemplo, la energía promedio liberada durante la fisión del 235 U

Ed \u003d 180 MeV \u003d 180 10 6 eV.

Por tanto, los núcleos pesados \u200b\u200bson posibles fuentes de energía. Sin embargo, la fisión espontánea de los núcleos ocurre muy raramente y prácticamente no importa. Si un neutrón entra en un núcleo pesado, el proceso de fisión puede acelerarse bruscamente. Este fenómeno ocurre a diferentes intensidades para diferentes núcleos y se mide por la sección transversal efectiva del proceso. Recordemos cómo se determinan las secciones efectivas y cómo se relacionan con las probabilidades de ciertos procesos. Imagine un haz de partículas (por ejemplo, neutrones) que caen sobre un objetivo que consiste en ciertos objetos, digamos núcleos. Sea N 0 - el número de neutrones en el haz, n-densidad de núcleos por unidad de volumen (1 cm 3). Estemos interesados \u200b\u200ben eventos de cierto tipo, por ejemplo, la fisión de núcleos diana. Entonces, el número de tales eventos N se determinará mediante la fórmula N \u003d N 0 nl eff, donde l es la longitud objetivo y eff se llama la sección transversal del proceso de fisión (o cualquier otro proceso) con una energía dada E correspondiente a la energía de los neutrones incidentes. Como se ve en la fórmula anterior, la sección efectiva tiene la dimensión del área (cm 2). Tiene un significado geométrico bastante comprensible: es una plataforma, al entrar, se da el proceso que nos interesa. Obviamente, si la sección transversal es grande, el proceso es intenso, y una sección transversal pequeña corresponde a una baja probabilidad de entrar en esta área, por lo tanto, en este caso, el proceso rara vez ocurre.

Entonces, supongamos que para algunos núcleos tenemos una sección transversal efectiva suficientemente grande del proceso de fisión; en este caso, durante la fisión, junto con dos grandes fragmentos A1 y A2, pueden salir varios neutrones. El número promedio de neutrones adicionales se llama factor de multiplicación y se denota con el símbolo k. Entonces la reacción va según el esquema.

n + A A 1 + A 2 + kn.

Los neutrones que nacen en este proceso, a su vez, reaccionan con los núcleos A, lo que da lugar a nuevas reacciones de fisión y una nueva cantidad de neutrones, aún mayor. Si k\u003e 1, tal proceso en cadena ocurre con una intensidad creciente y conduce a una explosión con la liberación de una gran cantidad de energía. Pero este proceso se puede controlar. No todos los neutrones entrarán necesariamente en el núcleo A: pueden escapar a través del límite exterior del reactor, pueden ser absorbidos en sustancias que se introducen especialmente en el reactor. Por tanto, el valor de k puede reducirse a algún k eff, que es igual a 1 y solo lo excede ligeramente. Entonces es posible conseguir quitar la energía generada y el funcionamiento del reactor se estabiliza. Sin embargo, en este caso, el reactor opera en modo crítico. Los problemas de drenaje de energía llevarían a una reacción en cadena creciente y al desastre. Todos los sistemas operativos proporcionan medidas de seguridad, pero los accidentes, con una probabilidad muy baja, pueden ocurrir y, desafortunadamente, ocurren.

¿Cómo se elige la sustancia de trabajo para un reactor nuclear? Es necesario que los núcleos de isótopos con una gran sección transversal de fisión efectiva estén presentes en las pilas de combustible. Unidad de sección transversal 1 galpón \u003d 10-24 cm 2. Vemos dos grupos de valores de sección transversal: (233 U, 235 U, 239 Pu) y pequeños (232 Th, 238 U). Para imaginar la diferencia, calculemos qué tan lejos debe viajar un neutrón para que ocurra un evento de fisión. Usemos para esto la fórmula N \u003d N 0 nl eff. Para N \u003d N 0 \u003d 1 tenemos Aquí n es la densidad de núcleos, donde p es la densidad habitual y m \u003d 1,66 * 10 -24 g es la unidad de masa atómica. Para uranio y torio, n \u003d 4,8. 10 22 cm 3. Entonces para 235 U tenemos l \u003d 10 cm, y para 232 Th l \u003d 35 m Por lo tanto, para la implementación real del proceso de fisión, se deben usar isótopos como 233 U, 235 U, 239 Pu. El isótopo 235 U está contenido en una pequeña cantidad en uranio natural, que consiste principalmente en 238 U, por lo tanto, el uranio enriquecido con el isótopo 235 U se usa generalmente como combustible nuclear. Al mismo tiempo, se produce una cantidad significativa de otro isótopo fisible durante el funcionamiento del reactor, 239 Pu. El plutonio es producido por una cadena de reacciones.

238 U + n () 239 U () 239 Np () 239 Pu,

donde es la emisión de un fotón, y es la desintegración según el esquema

Aquí Z determina la carga del núcleo, de modo que la desintegración ocurre en el siguiente elemento de la tabla periódica con el mismo antineutrino A, e-electrón y v-electrón. También debe tenerse en cuenta que los isótopos А 1, А 2 obtenidos en el proceso de fisión, por regla general, son radiactivos con vidas medias de un año a cientos de miles de años, por lo que los desechos de las centrales nucleares, que se queman como combustible, son muy peligrosos y requieren medidas especiales para almacenamiento. Esto plantea el problema del almacenamiento geológico, que debería proporcionar fiabilidad con millones de años de antelación. A pesar de los obvios beneficios de la energía nucleoeléctrica basada en el funcionamiento crítico de los reactores nucleares, también presenta serios inconvenientes. Este es, en primer lugar, el riesgo de accidentes similares al de Chernobyl y, en segundo lugar, el problema de los residuos radiactivos. La propuesta de utilizar reactores subcríticos para la energía nuclear resuelve completamente el primer problema y facilita enormemente la solución del segundo.

Reactor nuclear subcrítico como amplificador de energía.

Imagine que hemos ensamblado un reactor atómico con un factor de multiplicación de neutrones efectivo keff ligeramente menor que la unidad. Irradiemos este dispositivo con un flujo externo constante de neutrones N 0. Entonces cada neutrón (menos los emitidos al exterior y absorbidos, que se tienen en cuenta en keff) provocará una fisión, lo que dará un flujo adicional N 0 k 2 eff. Cada neutrón de este número volverá a producir un promedio de neutrones k eff, lo que dará un flujo adicional N 0 k eff, etc. Por tanto, el flujo total de neutrones que producen procesos de fisión resulta ser

N \u003d N 0 (1 + k eff + k 2 eff + k 3 eff + ...) \u003d N 0 k n eff.

Si k eff\u003e 1, la serie en esta fórmula diverge, lo que es un reflejo del comportamiento crítico del proceso en este caso. Si k eff< 1, ряд благополучно сходится и по формуле суммы геометрической прогрессии имеем

La liberación de energía por unidad de tiempo (potencia) se determina por la liberación de energía en el proceso de fisión,

a donde<1 - коэффициент, равный отношению числа нейтронов, вызвавших деление, к полному их числу. Этот коэффициент зависит от конструкции установки, используемых материалов и т.д. Он надёжно вычисляется. В примерах k=0,6. Осталось выяснить, как можно получить первоначальный поток нейтронов N 0 . Для этого можно использовать ускоритель, дающий достаточно интенсивный поток протонов или других частиц, которые, реагируя с некоторой мишенью, порождают большое кол-во нейтронов. Действительно, например, при столкновении с массивной свинцовой мишенью каждый протон, ускоренный до энергии 1ГэВ (10 9 эВ), производит в результате развития ядерного каскада в среднем n = 22 нейтрона. Энергии их составляют несколько мега электрон -вольт, что как раз соответствует работе реактора на быстрых

neutrones. Es conveniente representar el flujo de neutrones a través de la corriente del acelerador.

donde e es la carga de los protones, igual a la carga eléctrica elemental. Cuando expresamos energía en electronvoltios, esto significa que tomamos la representación E \u003d eV, donde V es el potencial correspondiente a esta energía, que contiene tantos voltios como energía contiene el electrón voltio. Esto significa que teniendo en cuenta la fórmula anterior, podemos reescribir la fórmula de liberación de energía como

Finalmente, conviene representar la potencia de la instalación en la forma

donde V es el potencial correspondiente a la energía del acelerador, de modo que VI según la conocida fórmula es la potencia del rayo del acelerador: P 0 \u003d VI, y R 0 en la fórmula anterior es el coeficiente para k eff \u003d 0,98, lo que proporciona un margen confiable de subcriticidad. Todas las demás cantidades son conocidas y para una energía de acelerador de protones de 1 GeV tenemos ... Conseguimos una ganancia de 120, que es, por supuesto, muy buena. Sin embargo, el coeficiente de la fórmula anterior corresponde al caso ideal cuando no hay pérdida de energía tanto en el acelerador como en la producción de electricidad. Para obtener el coeficiente real, es necesario multiplicar la fórmula anterior por la eficiencia del acelerador r y y la eficiencia de la central térmica r e. Entonces R \u003d r y r e R 0. La eficiencia de aceleración puede ser bastante alta, por ejemplo, en un proyecto real de un ciclotrón de alta corriente de 1 GeV r y \u003d 0,43. La eficiencia de generación de energía puede ser de 0,42. Finalmente, la ganancia real R \u003d r y r e R 0 \u003d 21,8, que sigue siendo bastante buena, ya que solo es necesario devolver el 4,6% de la energía producida por la instalación para mantener el funcionamiento del acelerador. En este caso, el reactor funciona solo cuando el acelerador está encendido y no hay peligro de una reacción en cadena incontrolada.

El principio de construcción de energía nuclear.

Como saben, todo en el mundo se compone de moléculas que

son complejos complejos de interacción

átomos giratorios. Las moléculas son las partículas más pequeñas.

sustancias que conservan sus propiedades. La composición de moléculas.

incluye átomos de varios elementos químicos.

Los elementos químicos están formados por átomos del mismo tipo.

Un átomo, la partícula más pequeña de un elemento químico, contiene

proviene de un núcleo "pesado" y

Los núcleos de los átomos están formados por un conjunto de

protones cargados y neutrones neutros.

Estas partículas, llamadas nucleones, se mantienen

en los núcleos por fuerzas de atracción de acción corta,

que surgen de los intercambios de mesones,

partículas de menor masa.

El núcleo del elemento X se designa como o X-A, por ejemplo, uranio U-235 -,

donde Z es la carga nuclear igual al número de protones, lo que determina el número atómico del núcleo, A es el número másico del núcleo, igual a

el número total de protones y neutrones.

Los núcleos de elementos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones se denominan isótopos (por ejemplo, uranio

tiene dos isótopos U-235 y U-238); los núcleos en N \u003d constante, z \u003d var son isobaras.

Los núcleos de hidrógeno, los protones, así como los neutrones, los electrones (partículas beta) y los núcleos de helio individuales (llamados partículas alfa) pueden existir de forma autónoma fuera de las estructuras nucleares. Dichos núcleos o partículas elementales, que se mueven en el espacio y se acercan a los núcleos a distancias del orden de las dimensiones transversales de los núcleos, pueden interactuar con los núcleos, como dicen para participar en una reacción. En este caso, las partículas pueden ser capturadas por los núcleos, o después de la colisión, pueden cambiar la dirección del movimiento, dar al núcleo una parte de la energía cinética. Estos actos de interacción se denominan reacciones nucleares. La reacción sin penetración en el núcleo se llama dispersión elástica.

Después de la captura de una partícula, el núcleo del compuesto se encuentra en un estado excitado. El núcleo puede "liberarse" de la excitación de varias formas: emitiendo alguna otra partícula y un cuanto gamma, o dividiéndose en dos partes desiguales. Según los resultados finales, las reacciones se distinguen: captura, dispersión inelástica, fisión, transformación nuclear con la emisión de un protón o partícula alfa.

La energía adicional liberada durante las transformaciones nucleares a menudo toma la forma de flujos de gamma quanta.

La probabilidad de una reacción se caracteriza por el valor de la "sección transversal" de un tipo de reacción dado.

La fisión de núcleos pesados \u200b\u200bocurre tras la captura.

neutrones. Al mismo tiempo, se emiten nuevas partículas.

y la energía de enlace del núcleo, transferida

fragmentos de fisión. Este es un fenómeno fundamental

fue descubierto a finales de los años 30 por científicos alemanes

hahn y Strassmann, que sentaron las bases para

para el uso práctico de la energía nuclear.

Los núcleos de los elementos pesados \u200b\u200b(uranio, plutonio y algunos otros) absorben intensamente neutrones térmicos. Después del acto de captura de neutrones, un núcleo pesado con una probabilidad de ~ 0.8 se divide en dos partes de masa desigual, llamadas fragmentos o productos de fisión. En este caso, se emiten neutrones rápidos / (en promedio, alrededor de 2,5 neutrones por cada acto de fisión), partículas beta cargadas negativamente y cuantos gamma neutrales, y la energía de enlace de las partículas en el núcleo se convierte en energía cinética de fragmentos de fisión, neutrones y otras partículas. Esta energía se gasta luego en la excitación térmica de los átomos y moléculas que componen la sustancia, es decir, para calentar la sustancia circundante.

Tras el acto de la fisión nuclear, los fragmentos de núcleos nacidos durante la fisión, al ser inestables, sufren una serie de sucesivas transformaciones radiactivas y, con cierto retraso, emiten neutrones "retardados", una gran cantidad de partículas alfa, beta y gamma. Por otro lado, algunos de los fragmentos tienen la capacidad de absorber neutrones intensamente.

Un reactor nuclear es una instalación técnica en la que se lleva a cabo una reacción en cadena autosostenida de fisión de núcleos pesados \u200b\u200bcon liberación de energía nuclear. Un reactor nuclear consta de una zona activa y un reflector colocado en una carcasa protectora. El núcleo contiene combustible nuclear en forma de composición de combustible en una capa protectora y un moderador. Las pilas de combustible suelen tener la forma de varillas delgadas. Se recogen en paquetes y se envuelven en fundas. Estos prefabricados se denominan conjuntos o casetes.

Un refrigerante se mueve a lo largo de las pilas de combustible, que percibe el calor de las transformaciones nucleares. El refrigerante calentado en el núcleo se mueve a lo largo del circuito de circulación debido al funcionamiento de las bombas o bajo la acción de las fuerzas de Arquímedes y, al pasar por el intercambiador de calor o generador de vapor, emite calor al refrigerante del circuito externo.

La transferencia de calor y el movimiento de sus portadores se pueden representar en forma de un diagrama simple:

1.Reactor

2.intercambiador de calor, generador de vapor

3.planta de turbinas de vapor

4.Generador

5.Capacitor

El desarrollo de una sociedad industrial se basa en un nivel de producción y consumo en constante crecimiento.

diferentes tipos de energía.

Como saben, la producción de calor y electricidad se basa en la combustión de combustibles fósiles.

recursos energéticos -

• petróleo

y en ingeniería de energía nuclear: fisión de núcleos de átomos de uranio y plutonio por absorción de neutrones.

La escala de extracción y consumo de recursos energéticos fósiles, metales, consumo de agua, aire para la producción de la cantidad de energía necesaria para la humanidad es enorme, y las reservas de recursos, lamentablemente, son limitadas. El problema del rápido agotamiento de los recursos energéticos naturales orgánicos es especialmente agudo.

1 kg de uranio natural reemplaza 20 toneladas de carbón.

Las reservas mundiales de recursos energéticos se estiman en 355 Q, donde Q es una unidad de energía térmica igual a Q \u003d 2,52 * 1017 kcal \u003d 36 * 109 toneladas de combustible estándar / t.u. t /, es decir, combustible con un poder calorífico de 7000 kcal / kg, por lo que las reservas de energía son de 12,8 * 1012 tep.

De esta cantidad, aproximadamente 1/3 es decir ~ 4,3 * 1012 t.f. se puede extraer utilizando tecnología moderna a un costo razonable de producción de combustible. Por otro lado, la demanda de energía actual es de 1.1 * 1010 tep / año, y está creciendo a una tasa de 3-4% por año, es decir, duplicando cada 20 años.

Es fácil estimar que los recursos fósiles orgánicos, incluso con la probable desaceleración del crecimiento del consumo de energía, se desperdiciarán en gran medida en el próximo siglo.

Por cierto, observamos que la combustión de carbón fósil y petróleo con un contenido de azufre de alrededor del 2,5% genera hasta 400 millones de toneladas anuales. dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, es decir unos 70 kg. sustancias nocivas para todos los habitantes de la tierra por año.

El uso de la energía del núcleo atómico y el desarrollo de la energía atómica eliminan la urgencia de este problema.

De hecho, el descubrimiento de la fisión de núcleos pesados \u200b\u200bmediante la captura de neutrones, que hizo que nuestra era fuera atómica, ha añadido un tesoro importante de combustible nuclear a las reservas de combustibles fósiles energéticos. Las reservas de uranio en la corteza terrestre se estiman en la friolera de 1014 toneladas. Sin embargo, la mayor parte de esta riqueza se encuentra en un estado disperso: en granitos, basaltos. En las aguas de los océanos del mundo, la cantidad de uranio alcanza las 4 * 109 toneladas. Sin embargo, se sabe relativamente poco sobre los depósitos ricos en uranio donde la minería sería barata. Por lo tanto, la masa de recursos de uranio que se puede extraer con tecnología moderna y a precios razonables se estima en 108 toneladas. La demanda anual de uranio es, según estimaciones modernas, 104 toneladas de uranio natural. Así que estas reservas permiten, como dijo el académico A.P. Aleksandrov, "quitar la espada Damocles de la escasez de combustible prácticamente por tiempo ilimitado".

Otro problema importante de la sociedad industrial moderna es garantizar la preservación de la naturaleza, la pureza del agua y el aire.

Conocida preocupación de los científicos por el "efecto invernadero" derivado de las emisiones de dióxido de carbono de la combustión de combustibles fósiles, y el correspondiente calentamiento global del clima de nuestro planeta. Y el problema de la contaminación por gases en la cuenca del aire, las lluvias "ácidas", el envenenamiento de los ríos en muchas áreas se han acercado a la línea crítica.

La energía nuclear no consume oxígeno y tiene emisiones insignificantes durante el funcionamiento normal. Si la energía nuclear reemplaza a la energía convencional, entonces se eliminará la posibilidad de un "invernadero" con severas consecuencias ambientales del calentamiento global.

Una circunstancia sumamente importante es el hecho de que la energía nucleoeléctrica ha demostrado su eficiencia económica en casi todas las regiones del mundo. Además, incluso con una producción de energía a gran escala en las centrales nucleares, la energía nuclear no creará problemas especiales de transporte, ya que requiere costos de transporte insignificantes, lo que libera a la sociedad de la carga del transporte constante de enormes cantidades de combustible fósil.

Los reactores nucleares se dividen en varios grupos:

dependiendo de la energía promedio del espectro de neutrones, en rápido, intermedio y térmico;

de acuerdo con las características de diseño del núcleo, en el casco y el canal;

por tipo de refrigerante: agua, agua pesada, sodio;

según el tipo de moderador: para agua, grafito, agua pesada, etc.

A efectos energéticos, para la producción de electricidad se utilizan:

reactores agua-agua con agua no hirviendo o hirviendo a presión,

reactores de uranio-grafito con agua hirviendo o refrigerados con dióxido de carbono,

reactores de canal de agua pesada, etc.

En el futuro, los reactores de neutrones rápidos enfriados por metales líquidos (sodio, etc.) serán ampliamente utilizados; en el que fundamentalmente implementamos el modo de reproducción de combustible, es decir creación de un número de isótopos fisionables de plutonio Pu-239 superior al número de isótopos consumibles de uranio U-235. El parámetro que caracteriza la reproducción de combustible se llama proporción de plutonio. Muestra cuántos actos de átomos de Pu-239 se crean durante las reacciones de captura de neutrones en U-238 por átomo de U-235, que capturaron un neutrón y se sometieron a una transformación por fisión o radiación en U-235.

Los reactores de agua a presión ocupan un lugar destacado en la flota mundial de reactores de potencia. Además, se utilizan ampliamente en la marina como fuentes de energía tanto para buques de superficie como para submarinos. Dichos reactores son relativamente compactos, simples y de funcionamiento fiable. El agua, que sirve como refrigerante y moderador de neutrones en tales reactores, es relativamente barata, no agresiva y tiene buenas propiedades físicas de neutrones.

Los reactores con agua a presión también se denominan reactores de agua-agua o de agua ligera. Están fabricados en forma de recipiente a presión cilíndrico con tapa extraíble. Esta vasija (vasija del reactor) alberga el núcleo, que consta de conjuntos combustibles (cartuchos de combustible) y elementos móviles del sistema de control y protección. El agua ingresa al cuerpo a través de las boquillas, se alimenta al espacio debajo del núcleo, se mueve verticalmente hacia arriba a lo largo de las celdas de combustible y se descarga a través de las boquillas de salida en el circuito de circulación. El calor de las reacciones nucleares se transfiere en los generadores de vapor al agua del circuito secundario, a menor presión. El movimiento del agua a lo largo del circuito está asegurado por el funcionamiento de bombas de circulación o, como en los reactores para estaciones de suministro de calor, debido a la presión de conducción de la circulación natural.

Mañana fusión nuclear.

“Para mañana” está previsto, en primer lugar, crear la próxima generación de tokamaks, en la que se pueda lograr una síntesis autosostenida. Para este propósito, el Reactor Termonuclear Experimental (OTR) se está desarrollando en el IAE I.V. Kurchatov y el Instituto de Investigación de Equipos Electrofísicos D.V. Efremov.

En OTR, el objetivo es mantener la reacción en sí a un nivel tal que la relación entre la producción de energía útil y la energía gastada (denotada por Q) sea mayor o al menos igual a uno: Q \u003d 1. Esta condición es una etapa seria en el desarrollo de todos los elementos del sistema en el camino hacia la creación de un reactor comercial con Q \u003d 5. Según las estimaciones disponibles, solo con este valor de Q se logra la autosuficiencia de una fuente de energía termonuclear, cuando se recuperan los costos de todos los procesos de mantenimiento, incluidos los costos sociales y domésticos. Mientras tanto, el TFTR estadounidense ha alcanzado el valor de Q \u003d 0,2-0,4.

Hay otros problemas también. Por ejemplo, la primera pared, es decir, el caparazón de una cámara de vacío toroidal, es la parte más tensa y literalmente sufrida de toda la estructura. En la OTP, su volumen es de unos 300 m 3 y la superficie es de unos 400 m 2. La pared debe ser lo suficientemente fuerte para resistir la presión atmosférica y las fuerzas mecánicas que surgen del campo magnético, y lo suficientemente delgada como para desviar los flujos de calor del plasma al agua que circula en el exterior del toroide sin diferencias de temperatura significativas. Su espesor óptimo es de 2 mm. Como materiales se seleccionaron aceros austeníticos o aleaciones de níquel y titanio.

Está previsto instalar Euratom NET (Next Europeus Tor), en muchos aspectos similar a OTP, esta es la próxima generación de tokamaks después de JET y T-15.

Se suponía que NET se construiría durante 1994-1999. Está previsto que la primera etapa de la investigación se lleve a cabo en 3-4 años.

También hablan de la próxima generación después de NET: este ya es un reactor termonuclear "real", convencionalmente llamado DEMO. Sin embargo, no todo está claro aún, incluso con NET, ya que hay planes para construir varias instalaciones internacionales.

La energía atómica es la energía liberada durante la transformación de los núcleos atómicos. La fuente de energía atómica es la energía interna del núcleo atómico.

Un nombre más exacto para la energía atómica es energía nuclear. Hay dos tipos de generación de energía nuclear:
- implementación de una reacción nuclear en cadena de fisión de núcleos pesados;
- implementación de una reacción termonuclear para la síntesis de núcleos ligeros.

Mitos de la energía atómica

Las reservas de uranio del mundo se están agotando. Incluso un niño sabe sobre el agotamiento de los recursos naturales en nuestro tiempo. De hecho, muchos recursos minerales se están agotando rápidamente. Las reservas de uranio se evalúan actualmente como "relativamente limitadas", pero esto no es tan pequeño. En comparación, hay tanto uranio como estaño y 600 veces más que el oro. Según estimaciones preliminares de los científicos, las reservas de este metal radiactivo deberían ser suficientes para la humanidad durante los próximos 500 años. Además, los reactores modernos pueden utilizar torio como combustible, y sus reservas mundiales, a su vez, superan en tres veces las de uranio.

La energía nuclear tiene un impacto extremadamente negativo en el medio ambiente. Los representantes de varias campañas antinucleares suelen afirmar que la energía nuclear contiene "emisiones latentes" de gases que tienen un impacto negativo en el medio ambiente. Pero según toda la información y los cálculos modernos, la energía nuclear, incluso en comparación con la energía solar o hidroeléctrica, que se consideran casi ecológicas, contiene un nivel bastante bajo de carbono.

La energía eólica y de las olas son mucho menos dañinas desde el punto de vista medioambiental. En realidad, los parques eólicos se están construyendo o ya se han construido en los sitios costeros más importantes, y la construcción en sí ya definitivamente está contaminando el medio ambiente. Y la construcción de estaciones de olas todavía es experimental, y su impacto en el medio ambiente no se conoce con exactitud, por lo que es difícil llamarlas mucho más sostenibles ambientalmente que la energía nuclear.

En el territorio donde se ubican los reactores nucleares, el nivel de leucemia es mayor. El nivel de leucemia entre los niños en las cercanías de centrales nucleares no es más alto que, por ejemplo, en áreas cercanas a las llamadas granjas orgánicas. El territorio de propagación de esta enfermedad puede cubrir tanto el territorio alrededor de la central nuclear como el parque nacional, el grado de peligro es absolutamente el mismo.

Los reactores nucleares generan demasiados desechos. De hecho, la energía nuclear genera cantidades mínimas de residuos, contrariamente a las afirmaciones de los ambientalistas. La tierra no está llena de desechos radiactivos. Las tecnologías modernas para la producción de energía atómica permitirán minimizar la proporción de la cantidad total de desechos radiactivos durante los próximos 20 a 40 años.

La energía nuclear contribuye a la proliferación de armas en todo el mundo. El aumento del número de centrales nucleares conducirá a una reducción de la proliferación de armas. Las ojivas nucleares producen combustible de reactor de muy buena calidad, y las ojivas de los reactores producen alrededor del 15% del combustible nuclear del mundo. Se espera que la creciente demanda de combustible para reactores "distraiga" tales ojivas de posibles terroristas.

Los terroristas eligen reactores nucleares como objetivos. Después de la tragedia del 11 de septiembre de 2001, se llevaron a cabo una serie de estudios científicos para determinar la probabilidad de un ataque a instalaciones nucleares. Sin embargo, la última investigación británica ha demostrado que las plantas de energía nuclear son bastante capaces de "resistir" incluso una incursión de Boeing 767-400. La nueva generación de reactores nucleares se diseñará con un mayor nivel de protección contra posibles ataques de todos los aviones existentes, y también se prevé introducir funciones especiales de seguridad que se pueden activar sin intervención humana o control por computadora.

La energía nuclear es muy cara. Declaración controvertida. Según el Departamento Británico de Comercio e Industria, el costo de generar electricidad a partir de plantas de energía nuclear es solo más alto que los precios del gas y entre 10 y 20 veces menor que la energía producida por los parques eólicos terrestres. Además, el uranio representa el 10% del costo total de la energía nuclear, y la energía nuclear no está tan sujeta a fluctuaciones constantes en el precio de combustibles como el gas o el petróleo.

Desmantelar una central nuclear es muy caro. Esta declaración se aplica únicamente a las centrales nucleares construidas anteriormente. Muchos de los reactores nucleares actualmente existentes se construyeron sin tener en cuenta su posterior desmantelamiento. Pero durante la construcción de nuevas centrales nucleares, este momento ya se tendrá en cuenta. Sin embargo, el costo de desmantelar una planta de energía nuclear se incluirá en el costo de la electricidad que pagan los consumidores. Los reactores modernos están diseñados para funcionar durante 40 años y el costo de desmantelarlos se pagará durante este largo período y, por lo tanto, tendrá poco impacto en el precio de la electricidad.

La construcción de una central nuclear lleva demasiado tiempo. Esta es quizás la más desmotivada de todas las afirmaciones de la campaña antinuclear. La construcción de una central nuclear lleva de 4 a 6 años, lo que es comparable al tiempo de construcción de las centrales eléctricas "tradicionales". La estructura modular de las nuevas centrales nucleares puede acelerar un poco el proceso de construcción de centrales nucleares.