Prvi nuklearni reaktor - tko ga je izumio? Nuklearna (atomska) energija Nuklearna i atomska energija

Sveučilište za menadžment"
Odjel za upravljanje inovacijama
u disciplini: “Pojmovi suvremene prirodne znanosti”
Prezentacija na temu: Nuklearna energija
energija: njezina suština i
korištenje u tehnologiji i
tehnologije

Plan prezentacije

Uvod
Nuklearna energija.
Povijest otkrića nuklearne energije
Nuklearni reaktor: povijest stvaranja, struktura,
osnovni principi, klasifikacija reaktora
Područja korištenja nuklearne energije
Zaključak
Korišteni izvori

Uvod

Energetika je najvažniji sektor nacionalnog gospodarstva,
koji pokriva energetske resurse, proizvodnju, transformaciju,
prijenos i korištenje razne vrste energije. Ovo je osnova
državno gospodarstvo.
Svijet prolazi kroz proces industrijalizacije, koji zahtijeva
dodatna potrošnja materijala, što povećava troškove energije.
S porastom stanovništva povećava se potrošnja energije za obradu tla,
žetva, proizvodnja gnojiva itd.
Trenutno su mnogi prirodni resursi lako dostupni
planeti ponestaju. Za ekstrakciju sirovina potrebno je dosta vremena
duboko ili na morskim policama. Ograničene zalihe širom svijeta
nafta i plin, čini se, stavljaju čovječanstvo pred izglede
energetska kriza.
Međutim, korištenje nuklearne energije daje čovječanstvu
mogućnost da se to izbjegne, budući da su rezultati fundamentalni
istraživanje fizike atomske jezgre omogućuje otklanjanje prijetnje
energetsku krizu korištenjem oslobođene energije
u nekim reakcijama atomskih jezgri

Nuklearna energija

Nuklearna energija (atomska energija) je energija
sadržane u atomskim jezgrama i oslobođene
tijekom nuklearnih reakcija. Nuklearne elektrane,
oni koji stvaraju ovu energiju proizvode 13–14%
svjetske proizvodnje električne energije. .

Povijest otkrića nuklearne energije

1895. V.K. Roentgen otkriva ionizirajuće zračenje (X-zrake)
1896. A. Becquerel otkriva fenomen radioaktivnosti.
1898. M. Sklodowska i P. Curie otkrivaju radioaktivne elemente
Po (Polonij) i Ra (Radij).
1913. N. Bohr razvija teoriju strukture atoma i molekula.
1932. J. Chadwick otkriva neutrone.
1939. O. Hahn i F. Strassmann proučavaju fisiju jezgri U pod utjecajem
spori neutroni.
Prosinac 1942. - Prvi samoodrživi
kontrolirana lančana reakcija nuklearne fisije na reaktoru SR-1 (Grupa
fizičari Sveučilišta u Chicagu, na čelu s E. Fermijem).
25. prosinca 1946. - Prvi sovjetski reaktor F-1 pušten je u rad
kritično stanje (skupina fizičara i inženjera predvođena
I.V. Kurchatova)
1949. - Pušten u pogon prvi reaktor za proizvodnju Pu
27. lipnja 1954. - Proradila je prva nuklearna elektrana na svijetu
elektrana s električnim kapacitetom od 5 MW u Obninsku.
Do početka 90-ih radilo je više od 430 nuklearnih elektrana u 27 zemalja svijeta.
energetskih reaktora ukupnog kapaciteta cca. 340 GW.

Povijest stvaranja nuklearnog reaktora

Enrico Fermi (1901.-1954.)
Kurchatov I.V. (1903.-1960.)
1942. godine u SAD-u, pod vodstvom E. Fermija, prv
nuklearni reaktor.
1946. godine Pod vodstvom je pokrenut prvi sovjetski reaktor
Akademik I.V.Kurchatov.

Dizajn reaktora NPP (pojednostavljeno)

Glavni elementi:
Aktivna zona s nuklearnim gorivom i
usporivač;
Okruženje reflektora neutrona
aktivna zona;
rashladna tekućina;
Kontrolni sustav lančane reakcije,
uključujući hitnu zaštitu
Zaštita od zračenja
Sustav daljinskog upravljanja
Glavne karakteristike reaktora su
njegovu izlaznu snagu.
Snaga od 1 MW - 3 1016 podjela
za 1 sek.
Shema strukture nuklearne elektrane
Presjek heterogenog reaktora

Struktura nuklearnog reaktora

Faktor množenja neutrona

Karakterizira brzi rast broja
neutrona i jednak je omjeru broja
neutrona u jednoj generaciji
lančana reakcija na broj koji ih je iznjedrio
neutroni prethodne generacije.
k=Si/Si-1
k<1 – Реакция затухает
k=1 – Reakcija se odvija stacionarno
k=1,006 – Granica upravljivosti
reakcije
k>1,01 – Eksplozija (za reaktor na
oslobađanje energije toplinskih neutrona
će rasti 20 000 puta u sekundi).
Tipična lančana reakcija za uran;

10. Reaktor se kontrolira pomoću šipki koje sadrže kadmij ili bor.

Razlikuju se sljedeće vrste šipki (prema namjeni primjene):
Kompenzacijske šipke – kompenziraju početni višak
reaktivnost, produžava se kako gorivo izgara; do 100
stvari
Kontrolne šipke - za održavanje kritične
stanja u bilo koje vrijeme, za zaustavljanje, pokretanje
reaktor; nekoliko komada
Napomena: Razlikuju se sljedeće vrste šipki (prema namjeni
aplikacije):
Kontrolne i kompenzacijske šipke su opcionalne
predstavljati raznih elemenata konstruktivno
registracija
Šipke za hitne slučajeve - resetiranje gravitacijom
na središnji dio jezgre; nekoliko komada. Možda
Osim toga, neke od upravljačkih šipki također se resetiraju.

11. Klasifikacija nuklearnih reaktora prema neutronskom spektru

Reaktor s toplinskim neutronom ("termalni reaktor")
Za postizanje topline potreban je brzi moderator neutrona (voda, grafit, berilij).
energije (frakcije eV).
Mali gubici neutrona u moderatoru i strukturnim materijalima =>
prirodni i malo obogaćeni uran može se koristiti kao gorivo.
Snažni energetski reaktori mogu koristiti uran s visokom
obogaćivanje - do 10%.
Potrebna je velika rezerva reaktivnosti.
Reaktor brzih neutrona ("brzi reaktor")
Kao moderator i moderator koristi se uran karbid UC, PuO2 itd
Neutrona ima puno manje (0,1-0,4 MeV).
Kao gorivo može se koristiti samo visoko obogaćeni uran. Ali
u isto vrijeme, učinkovitost goriva je 1,5 puta veća.
Potreban je reflektor neutrona (238U, 232Th). Vraćaju se u aktivnu zonu
brzi neutroni s energijama iznad 0,1 MeV. Neutroni uhvaćeni jezgrama 238U, 232Th,
troše se na dobivanje fisijskih jezgri 239Pu i 233U.
Izbor građevinskih materijala nije ograničen apsorpcijskim presjekom, Rezerva
mnogo manje reaktivnosti.
Srednji neutronski reaktor
Brzi neutroni se prije apsorpcije usporavaju na energiju od 1-1000 eV.
Visoko opterećenje nuklearnim gorivom u usporedbi s toplinskim reaktorima
neutroni
Nemoguće je izvršiti proširenu reprodukciju nuklearnog goriva, kao u
brzi neutronski reaktor.

12. Po rasporedu goriva

Homogeni reaktori - gorivo i moderator predstavljaju homogeni
smjesa
Nuklearno gorivo nalazi se u jezgri reaktora u obliku
homogena smjesa: otopine uranovih soli; suspenzija uranovih oksida u
laka i teška voda; čvrsti moderator impregniran uranom;
rastaljene soli. Mogućnosti za homogene reaktore sa
plinovito gorivo (plinoviti spojevi urana) ili suspenzija
uranova prašina u plinu.
Toplinu koja se stvara u jezgri uklanja rashladno sredstvo (voda,
plin, itd.) koji se kreće kroz cijevi kroz jezgru; ili mješavina
gorivo sa samim moderatorom služi kao rashladno sredstvo,
cirkuliraju kroz izmjenjivače topline.
Nije u širokoj upotrebi (jaka korozija strukturnih
materijala u tekućem gorivu, složenost dizajna reaktora
čvrste smjese, veće opterećenje slabo obogaćenog urana
gorivo, itd.)
Heterogeni reaktori - gorivo se nalazi u jezgri diskretno u
u obliku blokova između kojih se nalazi moderator
Glavna značajka je prisutnost gorivih elemenata
(TVEL-ovi). Gorivne šipke mogu biti različitih oblika (šipke, ploče
itd.), ali uvijek postoji jasna granica između goriva,
moderator, rashladno sredstvo itd.
Velika većina reaktora koji se danas koriste jesu
heterogene, što je zbog njihovih dizajnerskih prednosti u smislu
u usporedbi s homogenim reaktorima.

13. Po prirodi uporabe

Ime
Svrha
Vlast
Eksperimentalno
reaktorima
Proučavanje različitih fizičkih veličina,
čije su vrijednosti potrebne za
dizajn i rad nuklearnih
reaktorima.
~103 W
Istraživanje
reaktorima
Tokovi neutrona i γ-kvanta stvoreni u
aktivna zona, koristi se za
istraživanja u području nuklearne fizike,
fizika čvrstog stanja, kemija zračenja,
biologije, za ispitivanje materijala,
dizajniran za rad u intenzivnim uvjetima
tokovi neutrona (uključujući nuklearne dijelove
reaktori) za proizvodnju izotopa.
<107Вт
Istaknuti
Ja sam kao energija
obično ne
koristi se
Izotopni reaktori
Za proizvodnju izotopa koji se koriste u
nuklearno oružje, na primjer, 239Pu, i in
industrija.
~103 W
energija
reaktorima
Za dobivanje električne i toplinske
energije koja se koristi u energetskom sektoru, sa
desalinizacija vode, za pogon snage
brodske instalacije itd.
Do 3-5 109W

14. Sastavljanje heterogenog reaktora

U heterogenom reaktoru nuklearno gorivo je raspoređeno u aktivnom
zona diskretno u obliku blokova, između kojih se nalazi
moderator neutrona

15. Teškovodni nuklearni reaktor

Prednosti
Manji presjek apsorpcije
Neutroni => Poboljšano
ravnoteža neutrona =>
Koristite kao
gorivo prirodnog urana
Mogućnost izrade
industrijska teška voda
reaktori za proizvodnju
tricij i plutonij, kao i
širok raspon izotopa
proizvoda, uključujući
medicinske svrhe.
Mane
Visoka cijena deuterija

16. Prirodni nuklearni reaktor

U prirodi, pod uvjetima kao
umjetni reaktor, kan
stvoriti prirodna područja
nuklearni reaktor.
Jedini poznati prirodni
nuklearni reaktor postojao 2 mlrd
godine u regiji Oklo (Gabon).
Podrijetlo: vrlo bogata vena uranove rude dobivaju vodu iz
površine, koja ima ulogu moderatora neutrona. Slučajno
propadanje pokreće lančanu reakciju. Kada je aktivan, voda proključa,
reakcija slabi – samoregulacija.
Reakcija je trajala ~100 000 godina. Sada to nije moguće zbog
rezerve urana iscrpljene prirodnim raspadanjem.
Provode se terenska istraživanja radi proučavanja migracija
izotopi – važni za razvoj tehnika podzemnog odlaganja
radioaktivni otpad.

17. Područja korištenja nuklearne energije

Nuklearna elektrana
Shema rada nuklearne elektrane na dvostrukom krugu
energetski reaktor s vodom pod tlakom (VVER)

18.

Osim nuklearnih elektrana koriste se nuklearni reaktori:
na nuklearnim ledolomcima
na nuklearnim podmornicama;
tijekom djelovanja nuklearnih projektila
motora (osobito na AMS).

19. Nuklearna energija u svemiru

Svemirska sonda
Cassini, stvorio
projekt NASA-e i ESA-e,
lansiran 15.10.1997 za
serija studija
objekti Sunca
sustava.
Proizvodnja električne energije
provodi troje
radioizotop
termoelektrični
generatori: Cassini
nosi 30 kg 238Pu na brodu,
koji se, raspadajući se,
oslobađa toplinu
konvertibilan u
struja

20. Svemirski brod "Prometej 1"

NASA razvija nuklearni reaktor
sposobni za rad u uvjetima
bestežinsko stanje.
Cilj je opskrba svemira strujom
brod "Prometej 1" prema projektu
potraga za životom na Jupiterovim mjesecima.

21. Bomba. Princip nekontrolirane nuklearne reakcije.

Jedina fizička potreba je dobiti kritične
mase za k>1,01. Nije potreban razvoj sustava kontrole –
jeftiniji od nuklearnih elektrana.
Metoda "pištolja".
Dva ingota urana subkritičnih masa kada se spoje premašuju
kritičan. Stupanj obogaćenja 235U nije manji od 80%.
Ova vrsta bombe "bebe" bačena je na Hirošimu 06/08/45 8:15
(78-240 tisuća ubijenih, 140 tisuća umrlo unutar 6 mjeseci)

22. Eksplozivna metoda prešanja

Bomba na bazi plutonija, koja, koristeći kompleks
sustavi za simultanu detonaciju konvencionalnih eksploziva komprimira se na
superkritična veličina.
Bomba ovog tipa "Fat Man" bačena je na Nagasaki
09/08/45 11:02
(75 tisuća poginulih i ranjenih).

23. Zaključak

Energetski problem jedan je od najvažnijih problema koji
Danas čovječanstvo mora odlučiti. Takve su stvari već postale uobičajene
dostignuća znanosti i tehnologije kao sredstvo trenutne komunikacije, brz
transport, istraživanje svemira. Ali sve ovo zahtijeva
ogroman utrošak energije.
Nagli porast proizvodnje i potrošnje energije doveo je do novog
akutni problem zagađenja okruženje, koji predstavlja
ozbiljna opasnost za čovječanstvo.
Svjetske energetske potrebe u nadolazećim desetljećima
brzo će se povećati. Nema izvora energije
moći će ih osigurati, pa je potrebno razviti sve izvore
energiju i učinkovito koristiti energetske resurse.
U najbližoj fazi razvoja energetike (prva desetljeća 21. stoljeća)
Energija ugljena i nuklearna energija i dalje će najviše obećavati
energije s toplinskim i brzim neutronskim reaktorima. Međutim, možete
nada da se čovječanstvo neće zaustaviti na putu napretka,
povezana s potrošnjom energije u sve većim količinama.

Uvod

Godine 1939. bilo je moguće prvi put razdvojiti atom urana. Prošle su još 3 godine, au SAD-u je stvoren reaktor za izvođenje kontrolirane nuklearne reakcije. Zatim je 1945. god je proizveden i ispitan atomska bomba, a 1954. god U našoj zemlji puštena je u rad prva nuklearna elektrana u svijetu. U svim tim slučajevima korištena je ogromna energija raspada atomske jezgre. Više više energija se oslobađa kao rezultat spajanja atomskih jezgri. Godine 1953. u SSSR-u je prvi put testirana termonuklearna bomba, a čovjek je naučio reproducirati procese koji se odvijaju na suncu. Za sada se nuklearna fuzija ne može koristiti u miroljubive svrhe, ali ako to postane moguće, ljudi će si osigurati jeftinu energiju milijardama godina. Ovaj problem bio je jedno od najvažnijih područja moderne fizike u posljednjih 50 godina.

Nuklearna energija se oslobađa tijekom raspada ili fuzije atomskih jezgri. Svaka energija - fizikalna, kemijska ili nuklearna - očituje se svojom sposobnošću obavljanja rada, emitiranja topline ili zračenja. Energija u bilo kojem sustavu uvijek se čuva, ali se može prenijeti u drugi sustav ili promijeniti oblik.

Sve do otprilike 1800. drvo je bilo glavno gorivo. Energija iz drva se dobiva iz sunčeva energija, pohranjene u biljkama tijekom njihova života. Od industrijske revolucije ljudi ovise o mineralima poput ugljena i nafte, čija je energija također dolazila iz pohranjene sunčeve energije. Kada se gorivo kao što je ugljen sagorijeva, atomi vodika i ugljika sadržani u ugljenu spajaju se s atomima kisika u zraku. Kada se pojavi vodik ili ugljični dioksid, oslobađa se visoka temperatura, ekvivalentna približno 1,6 kilovat-sati po kilogramu ili približno 10 elektron volti po ugljikovom atomu. Ova količina energije tipična je za kemijske reakcije, što dovodi do promjene elektronske strukture atoma. Dio energije koja se oslobađa u obliku topline dovoljan je za održavanje reakcije.

Atom se sastoji od male, masivne, pozitivno nabijene jezgre okružene elektronima. Jezgra čini najveći dio mase atoma. Sastoji se od neutrona i protona (općenito zvanih nukleoni) međusobno povezanih vrlo jakim nuklearnim silama, mnogo većim od električnih sila koje vezuju elektrone za jezgru. Energija jezgre određena je koliko snažno njezine neutrone i protone drže zajedno nuklearne sile. Energija nukleona je energija potrebna za uklanjanje jednog neutrona ili protona iz jezgre. Ako se dvije lake jezgre spoje i tvore težu jezgru, ili ako se teška jezgra razdvoji u dvije lakše, tada u oba slučaja veliki broj energije.

Nuklearna energija, mjerena u milijunima elektron volti, nastaje fuzijom dviju lakih jezgri kada se dva izotopa vodika (deuterija) spoje u sljedećoj reakciji:

U tom slučaju nastaje atom helija mase 3 amu. , slobodni neutron i 3,2 MeV, ili 5,1 * 10 6 J (1,2 * 10 3 cal).

Nuklearna energija nastaje i kada se teška jezgra (na primjer, jezgra izotopa urana-235) rascijepi zbog apsorpcije neutrona:

Kao rezultat, raspadajući se na cezij-140, rubidij-93, tri neutrona i 200 MeV, ili 3,2 10 16 J (7,7 10 8 cal). Reakcija nuklearne fisije oslobađa 10 milijuna puta više energije nego slična kemijska reakcija.

Nuklearna fuzija

Oslobađanje nuklearne energije može se dogoditi na donjem kraju energetske krivulje kada se dvije lake jezgre spajaju u jednu težu. Energija koju emitiraju zvijezde, poput sunca, rezultat je istih reakcija fuzije u njihovim dubinama.

Pri ogromnom tlaku i temperaturi od 15 milijuna stupnjeva C 0. Vodikove jezgre koje tamo postoje spajaju se prema jednadžbi (1) i kao rezultat njihove sinteze nastaje energija sunca.

Nuklearna fuzija je prvi put postignuta na Zemlji ranih 1930-ih. U ciklotronskom akceleratoru elementarne čestice- bombardirane jezgre deuterija. U ovom slučaju se oslobodila visoka temperatura, ali se ta energija nije mogla iskoristiti. U 1950-ima, prvo veliko, ali nekontrolirano oslobađanje fuzijske energije prikazano je u testovima termonuklearnog oružja u Sjedinjenim Državama, Sovjetskom Savezu, Velikoj Britaniji i Francuskoj. Međutim, to je bila kratkotrajna i nekontrolirana reakcija koja se nije mogla koristiti za proizvodnju električne energije.

U reakcijama raspada, neutron, koji nema električni naboj, može se lako približiti i reagirati s fisijskom jezgrom, kao što je uran-235. U tipičnoj fuzijskoj reakciji, međutim, jezgre koje reagiraju imaju pozitivan električni naboj i stoga se odbijaju prema Coulombovom zakonu, tako da se sile uzrokovane Coulombovim zakonom moraju nadvladati prije no što se jezgre mogu spojiti. To se događa kada temperatura reagirajućeg plina - prilično visoka od 50 do 100 milijuna stupnjeva C 0 . U plinu teških izotopa vodika deuterija i tricija na ovoj temperaturi dolazi do reakcije sinteze:

oslobađajući približno 17,6 MeV. Energija se prvo pojavljuje kao kinetička energija helija-4 i neutrona, ali se ubrzo manifestira kao visoka temperatura u okolnim materijalima i plinu.

Ako je pri tako visokoj temperaturi gustoća plina 10 -1 atmosfera (tj. gotovo vakuum), tada aktivni helij-4 može prenijeti svoju energiju na okolni vodik. Tako se održava visoka temperatura i stvaraju uvjeti za odvijanje spontane reakcije sinteze. U tim uvjetima dolazi do "nuklearnog paljenja".

Postizanje uvjeta za kontroliranu termonuklearnu fuziju otežava nekoliko velikih problema. Prvo morate zagrijati plin na vrlo visoku temperaturu. Drugo, potrebno je kontrolirati broj jezgri koje reagiraju tijekom dovoljno dugog vremena. Treće, količina oslobođene energije mora biti veća od one koja je potrošena za zagrijavanje i ograničavanje gustoće plina. Sljedeći problem je pohranjivanje te energije i njezino pretvaranje u električnu energiju.

Na temperaturama čak i 100 000 C 0 svi atomi vodika su potpuno ionizirani. Plin se sastoji od električki neutralne strukture: pozitivno nabijenih jezgri i negativno nabijenih slobodnih elektrona. Ovo stanje se naziva plazma.

Plazma je dovoljno vruća za fuziju, ali se ne može naći u običnim materijalima. Plazma bi se vrlo brzo ohladila, a stijenke posude bile bi uništene temperaturnom razlikom. Međutim, budući da se plazma sastoji od nabijenih jezgri i elektrona koji se spiralno kreću okolo dalekovodi magnetskog polja, plazma se može zadržati u području ograničenom magnetskim poljem bez reakcije sa stijenkama posude.

U bilo kojem uređaju za kontroliranu fuziju, oslobađanje energije mora premašiti energiju potrebnu za ograničavanje i zagrijavanje plazme. Ovaj uvjet može biti zadovoljen kada vrijeme zadržavanja plazme t i njezina gustoća n prelaze približno 10 14 . Odnosi tn > 10 14 naziva se Lawsonov kriterij.

Brojne sheme zadržavanja magnetske plazme testirane su od 1950. godine u Sjedinjenim Državama, SSSR-u, Velikoj Britaniji, Japanu i drugdje. Opažene su termonuklearne reakcije, ali je Lawsonov kriterij rijetko prelazio 10 12 . Međutim, jedan uređaj, "Tokamak" (ovo ime je skraćenica od ruskih riječi: TOroidalna KOMORA s magnetskim zavojnicama), koji su izvorno predložili Igor Tamm i Andrej Saharov u SSSR-u, počeo je davati dobre rezultate početkom 1960-ih.

Tokamak je toroidalna vakuumska komora koja sadrži zavojnice koje stvaraju jako toroidno magnetsko polje. Toroidalno magnetsko polje od približno 50 000 Gaussa održava se unutar ove komore snažnim elektromagnetima. Zavojnice transformatora stvaraju uzdužni tok od nekoliko milijuna ampera u plazmi. Zatvorene linije magnetskog polja stabilno ograničavaju plazmu.

Na temelju uspjeha malog eksperimentalnog Tokamaka, dva velika uređaja izgrađena su u nekoliko laboratorija početkom 1980-ih, jedan na Sveučilištu Princeton u Sjedinjenim Državama i jedan u SSSR-u. U Tokamaku visoka temperatura plazme nastaje kao rezultat oslobađanja topline zbog otpora snažnog toroidalnog toka, kao i dodatnim zagrijavanjem kada se uvede neutralna zraka, što bi zajedno trebalo dovesti do paljenja.

Drugi mogući način dobivanja fuzijske energije također su inercijska svojstva. U ovom slučaju, gorivo - tricij ili deuterij - sadržano je u sićušnoj kugli, bombardiranoj s nekoliko strana pulsirajućom laserskom zrakom. To uzrokuje eksploziju lopte, stvarajući termonuklearnu reakciju koja zapali gorivo. Nekoliko laboratorija u Sjedinjenim Državama i drugdje trenutačno istražuje ovu mogućnost. Napredak u istraživanju fuzije je obećavajući, ali izazov stvaranja praktičnih sustava za održivu fuzijsku reakciju koja proizvodi više energije nego što troši ostaje neriješen i zahtijevat će mnogo više vremena i truda.

Atomska energija je energija koja se oslobađa tijekom transformacije atomskih jezgri. Izvor atomske energije je unutarnja energija atomske jezgre.

Točniji naziv za atomsku energiju je nuklearna energija. Postoje dvije vrste proizvodnje nuklearne energije:
- provedba nuklearne lančane reakcije fisije teških jezgri;
- izvođenje termonuklearne reakcije fuzije lakih jezgri.

Mitovi o nuklearnoj energiji

Svjetske rezerve urana su pri kraju. O iscrpljenosti prirodnih resursa Danas i dijete zna. Doista, rezerve mnogih minerala brzo se troše. Rezerve urana trenutno se procjenjuju kao "relativno ograničene", ali one i nisu tako male. Usporedbe radi, urana ima koliko i kositra, a 600 puta više nego zlata. Prema preliminarnim procjenama znanstvenika, rezerve ovog radioaktivnog metala trebale bi biti dovoljne čovječanstvu za sljedećih 500 godina. Osim toga, moderni reaktori mogu koristiti torij kao gorivo, a njegove svjetske rezerve zauzvrat premašuju rezerve urana 3 puta.

Nuklearna energija ima izrazito negativan utjecaj na okoliš. Predstavnici raznih antinuklearnih kampanja često tvrde da nuklearna energija sadrži "skrivene emisije" plinova koji negativno utječu na okoliš. No, prema svim suvremenim informacijama i izračunima, nuklearna energija, čak i u usporedbi sa solarnom ili hidroenergijom, koje se smatraju praktički ekološki prihvatljivima, sadrži prilično nisku razinu ugljika.

Energija vjetra i valova mnogo je manje štetna s ekološkog gledišta. U stvarnosti se vjetroelektrane grade ili su već izgrađene na ključnim obalnim mjestima, a sama gradnja već definitivno zagađuje okoliš. No, izgradnja postaja s valovima još uvijek je eksperimentalna, a njezin utjecaj na okoliš nije točno poznat, pa ih je teško nazvati puno ekološki održivijima u odnosu na nuklearnu energiju.

U područjima gdje se nalaze nuklearni reaktori učestalost leukemije je veća. Razina leukemije među djecom u blizini nuklearnih elektrana nije veća nego, primjerice, u područjima u blizini takozvanih organskih farmi. Širenje ove bolesti može zahvatiti i područje oko nuklearne elektrane i nacionalni park, stupanj opasnosti je apsolutno isti.

Nuklearni reaktori proizvode previše otpada. Nuklearna energija zapravo proizvodi minimalan otpad, suprotno tvrdnjama ekologa. Zemlja uopće nije ispunjena radioaktivnim otpadom. Moderne tehnologije proizvodnja nuklearne energije omogućit će minimiziranje udjela ukupne količine radioaktivnog otpada u sljedećih 20-40 godina.

Nuklearna energija doprinosi širenju oružja u svijetu. Povećanje količine nuklearne elektrane dovest će do smanjenja proliferacije oružja. Nuklearne bojeve glave proizvode reaktorsko gorivo vrlo dobre kvalitete, a bojeve glave reaktora proizvode oko 15% svjetskog nuklearnog goriva. Očekuje se da će sve veća potražnja za reaktorskim gorivom "odvratiti" takve bojeve glave od potencijalnih terorista.

Teroristi biraju nuklearne reaktore kao mete. Nakon tragedije 11. rujna 2001., niz znanstveno istraživanje kako bi se utvrdila vjerojatnost napada na nuklearne objekte. Međutim, nedavne britanske studije dokazale su da su nuklearne elektrane sasvim sposobne "izdržati" čak i napad Boeinga 767-400. Nova generacija nuklearnih reaktora bit će dizajnirana s poboljšanom razinom zaštite od potencijalnih napada iz svih postojećih letjelica, a planira se i uvođenje posebnih sigurnosnih značajki koje se mogu aktivirati bez ljudske intervencije ili računalne kontrole.

Nuklearna energija je vrlo skupa. Kontroverzna izjava. Prema britanskom Ministarstvu trgovine i industrije, trošak proizvodnje električne energije iz nuklearnih elektrana premašuje samo cijenu plina i 10-20 puta je manji od energije koju proizvode kopnene vjetroelektrane. Osim toga, 10% ukupnih troškova nuklearne energije dolazi od urana, a nuklearna energija nije toliko osjetljiva na stalne fluktuacije cijena goriva kao što su plin ili nafta.

Dekomisija nuklearne elektrane je vrlo skupa. Ova se izjava odnosi samo na ranije izgrađene nuklearne elektrane. Mnogi od sadašnjih nuklearnih reaktora izgrađeni su bez očekivanja njihovog naknadnog stavljanja izvan pogona. Ali tijekom izgradnje novih nuklearnih elektrana ova će se točka već uzeti u obzir. Međutim, trošak razgradnje nuklearne elektrane bit će uključen u cijenu električne energije koju plaćaju potrošači. Moderni reaktori projektirani su za rad 40 godina, a trošak njihovog razgradnje platit će se tijekom tog dugog razdoblja, pa će stoga imati mali utjecaj na cijenu električne energije.

Gradnja nuklearne elektrane predugo traje. Ovo je možda najnemotiviranija od svih izjava antinuklearnih kampanja. Izgradnja nuklearne elektrane traje od 4 do 6 godina, što je usporedivo s vremenom izgradnje “tradicionalnih” elektrana. Modularna struktura novih nuklearnih elektrana može donekle ubrzati proces izgradnje nuklearnih elektrana.

Nuklearna energija je strašna, au isto vrijeme prekrasna sila. Tijekom radioaktivnog raspada i nuklearnih reakcija koje se odvijaju u atomima, oslobađa se ogromna količina energije koju ljudi pokušavaju iskoristiti. Trude se, jer s razvojem nuklearna energija ne samo da je bilo mnogo žrtava, nego i katastrofa (primjerice, černobilska nuklearna elektrana). Ipak, nuklearne elektrane diljem svijeta rade i proizvode oko 15 posto svjetske električne energije. Nuklearni reaktori postoje u 31 zemlji svijeta. Brodovi i podmornice također su opremljeni nuklearnim reaktorima. U svakom slučaju, stavovi prema nuklearnoj energiji i općenito svemu vezanom uz nuklearni raspad (za razliku od fuzije) iz godine u godinu sve su gori. Doći će dan kada će energija atoma biti isključivo miroljubiva.

U najnovijim epizodama HBO-ove serije “Černobil” ruski znanstvenici otkrivaju istinu o uzroku eksplozije reaktora 4. bloka černobilske nuklearne elektrane, koji je potom “oprašio” područje 17 europskih zemalja. ukupne površine 207,5 tisuća četvornih kilometara s radioaktivnim cezijem. Katastrofa u nuklearnoj elektrani Černobil otkrila je temeljne nedostatke u reaktoru RBMK-1000. Unatoč tome, danas u Rusiji još uvijek radi 10 reaktora RBMK-1000. Jesu li sigurni? Prema zapadnim stručnjacima u nuklearna fizika, koji su svoje mišljenje podijelili s portalom Live Science, ovo pitanje ostaje otvoreno.

Atom se sastoji od jezgre okružene oblacima čestica tzv elektroni(vidi sliku). Jezgre atoma - najmanje čestice od kojih se sastoje sve tvari - sadrže značajnu zalihu. Upravo se ta energija oslobađa u obliku zračenja tijekom raspada radioaktivnih elemenata. Zračenje je opasno za život, ali nuklearne reakcije mogu se koristiti za proizvodnju. Zračenje se također koristi u medicini.

Radioaktivnost

Radioaktivnost je svojstvo jezgri nestabilnih atoma da emitiraju energiju. Većina teških atoma je nestabilna, ali lakši atomi imaju radioizotope, tj. radioaktivni izotopi. Razlog za radioaktivnost je taj što atomi teže postati stabilni (vidi članak ““). Postoje tri vrste radioaktivnog zračenja: alfa zrake, beta zrake I gama zrake. Ime su dobili po prva tri slova grčkog alfabeta. U početku jezgra emitira alfa ili beta zrake, a ako je još uvijek nestabilna, jezgra emitira i gama zrake. Na slici vidite tri atomske jezgre. Nestabilni su, a svaki od njih emitira jednu od tri vrste zraka. Beta čestice su elektroni s vrlo visokom energijom. Nastaju raspadom neutrona. Alfa čestice se sastoje od dva protona i dva neutrona. Jezgra atoma helija ima potpuno isti sastav. Gama zrake su elektromagnetsko zračenje visoke energije koje putuje brzinom svjetlosti.

Alfa čestice se sporo kreću i zarobljava ih sloj materije deblji od lista papira. Ne razlikuju se od jezgri atoma helija. Znanstvenici vjeruju da je helij na Zemlji proizvod prirodne radioaktivnosti. Alfa čestica leti manje od 10 cm, a list debelog papira će je zaustaviti. Beta čestica leti oko 1 metar u zraku. Može ga zadržati bakreni list debljine 1 milimetar. Intenzitet gama zraka pada za polovinu pri prolasku kroz sloj olova od 13 milimetara ili sloj od 120 metara.

Radioaktivne tvari transportiraju se u olovnim spremnicima debelih stijenki kako bi se spriječilo curenje zračenja. Izloženost zračenju uzrokuje opekline, kataraktu i rak kod ljudi. Razine zračenja mjere se pomoću Geigerov brojač. Ovaj uređaj proizvodi zvuk škljocanja kada detektira radioaktivno zračenje. Nakon emitiranja čestica, jezgra dobiva novi atomski broj i pretvara se u jezgru drugog elementa. Ovaj proces se zove radioaktivni raspad. Ako je novi element također nestabilan, proces raspada se nastavlja sve dok se ne formira stabilna jezgra. Na primjer, kada atom plutonija-2 (njegova masa je 242) emitira alfa česticu čija je relativna atomska masa 4 (2 protona i 2 neutrona), ona se pretvara u atom urana - 238 (atomska masa 238). Poluživot- to je vrijeme tijekom kojeg se raspadne polovica svih atoma u uzorku određene tvari. Različiti imaju različite poluživote. Vrijeme poluraspada radija-221 je 30 sekundi, dok je vrijeme urana 4,5 milijardi godina.

Nuklearne reakcije

Postoje dvije vrste nuklearnih reakcija: nuklearna fuzija I fisija (cijepanje) jezgre. "Sinteza" znači "kombinacija"; U nuklearnoj fuziji dvije jezgre su spojene, a jedna je velika. Nuklearna fuzija može se dogoditi samo na vrlo visokim temperaturama. Fuzija oslobađa ogromnu količinu energije. U nuklearnoj fuziji dvije se jezgre spajaju u jednu veliku. Godine 1992. satelit COBE otkrio je posebnu vrstu zračenja u svemiru, što potvrđuje teoriju da je ono nastalo kao posljedica tzv. veliki prasak. Iz pojma fisije jasno je da se jezgre razdvajaju, oslobađajući nuklearnu energiju. To je moguće kada se jezgre bombardiraju neutronima i događa se u radioaktivnim tvarima ili u posebnom uređaju tzv. akcelerator čestica. Jezgra se dijeli, emitira neutrone i oslobađa kolosalnu energiju.

Nuklearna energija

Energija oslobođena nuklearnim reakcijama može se koristiti za proizvodnju električne energije i kao izvor energije u nuklearnim podmornicama i nosačima zrakoplova. Rad nuklearne elektrane temelji se na nuklearnoj fisiji u nuklearnim reaktorima. Štap napravljen od radioaktivne tvari kao što je uran bombardiran je neutronima. Jezgre urana se cijepaju, emitirajući energiju. Time se oslobađaju novi neutroni. Ovaj proces se zove lančana reakcija. Elektrana proizvodi više energije po jedinici mase goriva nego bilo koja druga elektrana, ali su sigurnosne mjere i zbrinjavanje radioaktivnog otpada izuzetno skupi.

Nuklearno oružje

Djelovanje nuklearnog oružja temelji se na činjenici da nekontrolirano oslobađanje ogromne količine nuklearne energije dovodi do strašne eksplozije. Na kraju Drugog svjetskog rata Sjedinjene Države bacile su atomske bombe na japanske gradove Hirošimu i Nagasaki. Umrle su stotine tisuća ljudi. Atomske bombe temelje se na reakcije fisije, vodik - uključeno reakcije sinteze. Slika prikazuje atomsku bombu bačenu na Hirošimu.

Radiokarbonska metoda

Radiokarbonskom metodom utvrđuje se vrijeme koje je prošlo od smrti organizma. Zatvoren živ mala količina ugljik-14, radioaktivni izotop ugljika. Njegov poluživot je 5700 godina. Kada organizam umre, rezerve ugljika-14 u tkivima su iscrpljene, izotop se raspada, a preostala količina može se koristiti za određivanje prije koliko je vremena organizam umro. Zahvaljujući metodi radiokarbonskog datiranja, možete saznati prije koliko je vremena došlo do erupcije. Da bi to učinili, koriste insekte i pelud smrznutu u lavi.

Kako se još koristi radioaktivnost?

U industriji se zračenje koristi za određivanje debljine lista papira ili plastike (vidi članak ““). Po intenzitetu beta zraka koje prolaze kroz lim, može se detektirati čak i mala heterogenost u njegovoj debljini. Prehrambeni proizvodi - voće, meso - ozračeni su gama zrakama kako bi ostali svježi. Pomoću radioaktivnosti liječnici prate put tvari u tijelu. Na primjer, da odredi kako se šećer raspoređuje u tijelu pacijenta, liječnik može ubrizgati malo ugljika-14 u molekule šećera i pratiti emisiju tvari dok ulazi u tijelo. Radioterapijom, odnosno zračenjem bolesnika strogo doziranim obrocima zračenja, ubijaju se stanice raka – razrasle stanice tijela.