«Атомная наука и техника»

Ссылка на резервное размещение материала

Конкурс	«Атомная наука и техника»
Возрастная категория участника	от 14 до 18 лет
Город/село, № школы, класс участника	п. Целина, школа № 8, 11 класс
ФИО участника
Полный почтовый адрес участника	Ростовская обл., п. Целина, ул. Строителей, д.17а кв.9
Название работы	Энергетические ресурсы. Энергосбережение.
Телефон, E-mail: участника для связи	Тел.: [phone] E-mail: *****@
Научный руководитель	, преподаватель физики
Телефон, E-mail: научного руководителя для связи	Тел.: [phone] E-mail: *****@ *****@***ru

Введение

Сегодня многие учённые говорят, что мировая ядерная энергетика вступила на новый этап развития, и это действительно так. Существует несколько причин данному явлению.

Во-первых, крупнейшие государства мира осознали, что в условиях

экологического кризиса и исчерпания запасов традиционных энергоносителей единственным доступным, надежным и экологически чистым источником энергии остается ядерная энергетика. Ядерное топливо в гораздо меньшей степени подвержено колебаниям цен, а запасы урана более равномерно распределены по земному шару, чем месторождения нефти, газа и угля. Поэтому ядерная энергетика позволяет странам обрести энергетическую независимость, столь важную в условиях современного мира, но использование нетрадиционных источников энергии пока требует огромных затрат и не является эффективным способом обеспечения крупных промышленных центров.

Во-вторых, по мнению учённых, человечество в XXI веке, может испытывать нехватку чистой воды полезных ископаемых и энергетических ресурсов. По прогнозам ученых наибольшая потребность электроэнергии придется на развивающиеся страны, подобный скачок приведет к значительному увеличению выбросов в атмосферу парниковых и токсичных газов, тяжелых металлов и золы. Лишь атомные электростанции способны решить эту проблему, при этом, сохраняя нормальное состояния окружающей среды. Так же атомные станции могут использоваться и как мощные опреснительные установки.

В-третьих, рост ядерной энергетики подтолкнет развитие таких высокотехнологичных и важных отраслей, как медицина, космическая техника и др. Несомненные плюсы ядерной энергетики осознаны мировым сообществом. На начало апреля 2009 года в 30 странах эксплуатировались 436 энергоблоков общей мощностью 372 гигаватта, доля которых в общем производстве электроэнергии составляла около 15% (в развитых странах эта цифра приближается к одной трети). Еще 14 ранее «неядерных» стран заявили о совершенно определенном желании создать на своей территории национальную ядерную энергетику. Среди них наши ближайшие соседи – Беларусь и Казахстан, причем планы последнего включают создание полного ядерного топливного цикла, а не только строительство атомных станций. Если суммировать программы по развитию ядерной энергетики всех государств мира, то к 2015 году должно быть введено в эксплуатацию до 130 новых энергоблоков, при этом доля «ядерного электричества» в глобальном энергобалансе может возрасти до 30%. Россия является одной из ведущих стран мира в области ядерной энергетики, занимая 17% глобального рынка ядерного топлива, более 40% рынка услуг по обогащению урана, 5-е место в мире по добыче урана. Сегодня на 10 российских АЭС эксплуатируется 31 энергоблок общей мощностью 23,2 гигаватта. Доля атомных станций в общем производстве электроэнергии в России составляет около 16%, что близко к среднемировому показателю. При этом в европейской части РФ доля атомной энергетики в общем энергобалансе региона составляет 30%, а на Северо-западе страны – почти 40%, что сравнимо с уровнем этого показателя в развитых странах. На государственном уровне была принята Программа деятельности Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» на долгосрочный период (2009 –2015 годы), согласно которой весьма значительные государственные средства направляются на строительство новых ядерных энергоблоков. Целью реализации этой Программы в ближайшие десятилетия должно стать увеличение доли АЭС в производстве электроэнергии до 25%. Планируется строительство АЭС в регионах, в которых ранее не было атомных станций: Нижегородской, Челябинской и Томской областях; будут введены в эксплуатацию новые блоки на существующих АЭС. Но все эти уникальные технологии не могут работать и развиваться без участия человека, а конкретно – специалиста, обладающего необходимыми «ядерными» знаниями. Низкий интерес молодежи к техническому образованию и, соответственно, нехватка кадров могут затормозить развитие ядерной отрасли, которая не только является одним из важнейших элементов национальной безопасности, но и служит гордостью России.

Открытие явления радиоактивности

В 1858 году немецкий стеклодув и владелец кустарной мастерской Генрих Гейсслер () изготовил стеклянную трубку с разрежённым газом, в которую были впаяны два электрода (так называемая гейсслерова трубка). Если эти электроды присоединить к разным полюсам источника постоянного тока, то по цепи пойдёт ток и газ начнёт светиться. Примерно в середине XIX в. газовыми разрядами заинтересовался немецкий физик Юлиус Плюккер. Он установил, что проводимость газа зависит от его плотности в трубке: она возрастает, когда часть газа откачана. При этом оказалось, что каждый газ светится своим характерным цветом. Так Плюккер в 1858 г. изобрёл светящиеся трубки. Когда разрежение в трубке увеличивается, вблизи катода появляется тёмное пространство — «катодное пятно», которое при дальнейшем откачивании газа расширяется и затем заполняет всю трубку. Тогда она перестаёт светиться. Исследования Плюккера (1859 г.) показали, что это тёмное пространство пронизывают какие-то невидимые для глаза «лучи», позднее получившие название «катодных лучей».

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген, работая с катодными лучами, обнаружил, что при их столкновении со стеклом трубки возникает какое-то излучение, способное проникать сквозь материальные преграды. Поскольку Рентген не смог определить, какого рода это излучение, он назвал его «Х лучами». Новый тип излучения обладал удивительными свойствами: он позволял увидеть внутреннее строение предметов и быстро нашел применение в медицине.

Воодушевлённые успехом физики стали повсюду искать рентгеновские лучи. Французский физик Антуан Анри Беккерель заметил, что сульфат урана, выставленный на свет, затем начинал светиться в темноте. Беккерель решил выяснить, не излучает ли это соединение и «Х-лучи»: оказалось, что дело обстоит именно так. В ходе дальнейших исследований, в 1896 году, Беккерель обнаружил, что сульфат урана испускает невидимые, похожие на рентгеновские лучи постоянно, вне зависимости от того, выставляют его на солнечный свет или нет. Он обратил внимание на то, что эти лучи заставляют чернеть фотопластинку даже в том случае, если она заворачивалась в чёрную бумагу. Беккерель назвал это явление радиацией.

Первая в мире АЭС

В 1954 году в Советском Союзе была запущена первая в мире атомная электростанция (АЭС). В ходе разработки атомной бомбы, реализующей цепную реакцию взрывного типа, были проведены фундаментальные и прикладные исследования и подготовлена промышленность, способная производить материалы для ядерной энергетики. К моменту пуска Первой АЭС в мире было построено несколько ядерных реакторов. Основной целью их работы была наработка плутония для создания ядерной бомбы. Тепло, выделяющееся в ходе работы реактора, просто отводилось в водоёмы. Затем появилась идея использовать это тепло.

Во второй половине 1940-х годов, ещё до окончания работ по созданию ядерного оружия, советские учёные приступили к разработке первых проектов мирного использования ядерной энергии, генеральным направлением которого стала электроэнергетика.

Перед учёными была поставлена задача: спроектировать и построить небольшую опытно-промышленную станцию для решения научно-технической проблемы создания более крупных промышленных АЭС. Прежде всего, необходимо было выбрать тип и мощность реактора для этой станции.

5 мая 1954 года на реакторе АЭС начались физические эксперименты и измерения. 9 мая был осуществлён физический пуск реактора, который завершился успешно и позволил перейти к подготовке энергетического пуска станции. В июне 1954 года была образована Государственная комиссия по пуску АЭС и приёму её в эксплуатацию, которая сделала заключение о готовности АЭС к вводу в эксплуатацию.

26 июня 1954 года была открыта задвижка подачи пара на турбогенератор, и он начал вырабатывать электроэнергию от ядерного реактора. В пусковом оперативном журнале, где дежурные научные руководители фиксировали ход проводимых посменно экспериментов, в этот день появилась запись, сделанная рукой директора Физико-энергетического института : «17 часов 45 минут. Пар подан на турбину». Первая АЭС встала под промышленную нагрузку. Мощность электрогенератора достигла 1500 кВт. Так был осуществлен энергетический пуск первой в мире АЭС.

30 июня 1954 г. ТАСС сообщил о пуске в СССР первой промышленной электростанции на ядерной энергии. Освоение проектной мощности станции заняло 4 месяца – она была достигнута 25 октября и составила запланированные ранее 5000 кВт. Это были месяцы напряженного труда, когда шло изучение АЭС, вносились необходимые усовершенствования в отдельные узлы и системы, осваивалась ее эксплуатация.

В декабре 1951 года в США был запущен маленький экспериментальный быстрый реактор EBR-1. В августе 1953 года было начато строительство промышленно энергетического реактора в Колдер-Холле (Англия), который был запущен 27 августа 1956 г.

Первая в мире АЭС была создана и введена в строй всего за четыре с половиной года, что явилось свидетельством высокого уровня развития советской науки, техники и промышленности. Успехи нашей страны в области ядерной энергетики были бы невозможны без успехов других отраслей промышленности и науки (машиностроения, цветной и черной металлургии, электроники, приборостроения, теплоэнергетики, геологии, горного дела, физики, химии, математики и т. д.), которые прямо или косвенно подготовили в теоретическом и техническом отношении создание этой уникальной установки.

Работа над АЭС стала примером творческого сотрудничества ученых, инженеров, конструкторов, техников и рабочих, основанного на широкой кооперации различных институтов и предприятий, настоящим трудовым подвигом всех участников ее создания. Поэтому в связи с успешным пуском станции большая группа ее создателей была награждена орденами и медалями.

Создание Обнинской АЭС открыло новую эру в истории энергетики – эру ядерной энергетики, став началом научно-технической революции в области энергоснабжения и энергоресурсов, необходимых человечеству для его дальнейшего развития. «Пройдут годы, – писал в книге отзывов об Обнинской АЭС академик , – и людям грядущего поколения.

Первая АЭС будет казаться такой же далекой от современности, какими сейчас кажутся машина Ползунова или самолет Можайского, но для человечества они всегда будут памятниками науки и техники, символом победы творческой мысли».

29 апреля 2002 года реактор первой в мире АЭС был заглушен, успешно проработав почти 48 лет. Станция была остановлена исключительно по экономическим соображениям, поскольку поддержание ее в безопасном состоянии с каждым годом становилось все дороже. Сегодня на базе Обнинской АЭС действует музей ядерной энергетики.

Экологические проблемы ядерной энергетики

До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

  При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду

крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС

одинаковой мощности.

До Чернобыльской катастрофы в нашей стране никакая отрасль

производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но она и не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать вседействующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45%  всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства.

В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива.

Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология Захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны  выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций.

Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу

получаемой энергии здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт

электроэнергии на ТЭС дает 1,5 км3 подогретых вод, на АЭС такой же

мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км3.

Заключение

Знания о ядерной энергии прочно вошли в нашу жизнь – без них существование человечества в XXI веке стало бы немыслимым. Все крупные мировые державы взяли курс на дальнейшее развитие ядерной энергетики, не забывая при этом о широких возможностях, которые открываются при применении радиоактивности в медицине, робототехнике, космической технике, сельском хозяйстве и т. д. Сейчас к людям приходит осознание того, что именно радиация является незаменимым средством для обнаружения и успешного лечения злокачественных опухолей, ценным помощником в космических и глубоководных исследованиях, а вырабатываемая на АЭС электроэнергия является источником света и тепла в наших домах, обеспечивает работу крупнейших промышленных предприятий. С другой стороны, было бы ошибочно впадать в противоположную крайность и считать атомную энергию безопасным и безвредным явлением: испытания ядерного оружия продемонстрировали огромный разрушительный потенциал, содержащийся в радиоактивных ядрах. Однако современный уровень науки и техники, особенно в сочетании с появляющимися инновационными технологиями позволяют нам уверенно контролировать эту мощь, постоянно удерживая руку «на пульсе», изобретая и внедряя новые возможности ее безопасного использования. Нам не следует забывать, что именно наша страна в 1954 году дала старт мирному использованию ядерной энергии, запустив первую в мире атомную электростанцию, став на тот момент мировым лидером в этой области. С тех пор наша ядерная энергетика прошла длинный путь, многократно повысив показатели производства электроэнергии, экономической эффективности, и, конечно же, безопасности отечественных АЭС. Поэтому одной из главных задач нашего поколения становится сохранение и приумножение знаний в этой области – как из уважения к колоссальному труду предшественников, так и по осмысленной необходимости укрепления наших позиций в сфере применения ядерных технологий.

Литература.

1.  Вавилова география и регионалистика / . -  М.: Гардарики, 200с.: ил.

2. Виртуальная школа Кирилла и Мефодия, CD-ROM for windows, 9 класс. 

3. , География. Россия. Население и хозяйство. 9 класс.: учеб. для общеобразоват. учреждений / , . – 14-е изд., пересмотр. - М.: Дрофа, 2008. – 320 с.: ил., карт.

4.  , Справочник по экономической географии России / . -  М.: Юрист, 2008. – 268 с.: ил.

, Физика 7 класс: учеб. Для общеобразоват. учреждений / . – 12-е изд., доработ. – М.: Дрофа, 2008. – 192 с.: ил.

6.  Мякишев, Буховцев Физика 11 класс: учеб. Для общеобразоват. учреждений – М.: Дрофа, 2010.