Ядерная энергия.
Атомная энергетика России XXI века.
Перспективы развития.
(тезисы)
Автор работы: , ученик 9 «Ф» класса, школа №38, г. Воронеж. E-mail: *****@***ru
Научный руководитель: , преподаватель физики, Соросовский учитель, школа №38, г. Воронежа.
Краткое описание работы:
Данная работа посвящена проблеме развития энергетики России в XXI веке. Автор рассматривает ядерную энергию как частичное решение проблемы. В работе кратко описаны важнейшие этапы развития ядерной энергетики начиная с XIX и по сегодняшние дни. Кратко рассмотрены принципы работы основных видов атомных электростанций с различными ядерными реакторами. Приводится сравнительная характеристика органического неорганического топлива и влияние каждого из видов на окружающую среду. Рассказано о способах утилизации ядерных отходов и их захоронении. Автор делает вывод о значимости использования ядерной энергии.
Тезисы:
Проблема глобального потепление климата становится особенно актуальной в настоящее время. Одной из причин, по мнению ученых (хотя пока еще и не доказана), является использование органического топлива (сжигание угля, газа и т. д.). В результате состояние окружающей среды ухудшается. Кроме того при использовании органического топлива происходит истощение природных богатств, что приведет в будущем к нехватке топлива, которое необходимого для индустриальной страны (России). По этому уже сейчас стоит задуматься о новых, более перспективных способах получения энергии. Одним из таких способов является развитие ядерной энергетики, которое необходимо начинать уже сейчас.
Об атомах начали говорить уже более 2000 лет назад. В 1913 г. датский ученый Нильс Бор предложил планетарную модель строения атома. Это позволило взглянуть на атом совершенно в другом свете. Было изучено строение атома, состав, приблизительно определены массы и заряды частиц, открыты и изучены изотопы. Это впоследствии позволило французскому физику Анри Беккерелю открыть явление радиоактивности, а супругам Марией и Пьером Кюри подробно исследовать его. Но более важны открытием, позволившее развивать ядерную энергию, стало открытие трех видов естественного излучения и умение расщеплять атомы ( 1938 год, Отто Ган и Фриц Штрассеман).При этом был интересен тот факт, что суммарная масса осколков оказалась меньше, чем суммарная масса исходного ядра и бомбардирующего нейтрона, а по формуле А. Энштейна E = mc2 именно эта масса превращалась в значительной количество энергии. Кроме того высвобождалась энергия связи. Тем самым энергия осколков превращается в тепло.
На сегодняшний день известно несколько видов атомных электростанций: АЭС с реактором с водяным охлаждение под давлением, АЭС с реактором-размножителем, АЭС с кипящим реактором. Ведутся разработки в области высокотемпературных реакторов (термоядерный).Но все реакторы основаны на одном принципе работы: расщепление атомов. В большом куске урана-235 или плутония при бомбардировке нейтронами происходит следующее: после расщепления первого ядра высвобождается 2 или 3 нейтрона, которые в свою очередь расщепляют следующие 2 или 3 ядра с выделение в среднем уже 5 нейтронов. Если хотя бы 4 нейтрона расщепят по ядру, то образуется уже от 8 до 12 нейтронов, которые в свою очередь расщепляют новые ядра, причем каждый распад будет сопровождаться выделением огромной энергии. На этой стадии число свободных нейтронов возрастёт до 20, они вызовут новые распады ядер, за доли секунды количество расщеплённых атомов и количество выделённой энергии возрастет лавинообразно. Этот процесс называется цепной реакцией. Но несмотря на общий принцип работы имеются и различия в конструкции. В кипящем реакторе вода вступает в непосредственный контакт с сердечником реактора, в результате чего нагревается и превращается в пар, который и передает энергию турбинам. В реакторах с водяным охлаждение под давление имеется два контура и вода вторичного контура не вступает в контакт с сердечником, а получает тепло посредством первичного контура. Реакторы размножители сами создает для себя топливо, т. к. при расщеплении материала распада образуется 2-3 нейтрона, один из которых расходуется на поддержание цепной реакции, а оставшиеся идут не образование нового топлива (поглощаются U-238 с образованием плутония-239) Ведется разработка термоядерных реакторов. Пока остаются нерешенными только некоторые технические проблемы. Например, термоядерное топливо – изотопы дейтерия и тритий – необходимо разогреть до температуры 100 миллионов градусов. Наградой за преодоление трудностей было бы решение всех энергетических проблем, так как переработка 1 кг дейтерия дала бы 24 миллиона кВт*ч энергии. Это соответствует энергии, получаемой из 3 миллионов тонн угля.
Но не один сосуд не выдержит таких температур, поэтому делаются попытки удержать топливо с помощью мощных магнитных полей или разогреть малые порции топлива лазерными лучами, чтобы оно само выделяло энергию ядерного синтеза. Изучаются и холодные методы с применением особых частиц – мюонов.
Наряду с проблемой добычи и переработки ядерного топлива встает проблема утилизации и захоронения ядерных отходов. Доминирующее значение имеет безопасность. Кроме того необходимо не забывать об условиях эксплуатации.
Возможности применения ядерной энергии практически неограниченны. Потенциальные преимущества ее несомненны, но с другой стороны получение энергии путем превращения неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого таят в себе огромную опасность. Превращение в энергию одного единственного грамма материи в 1945 году в Хиросиме повлекло за собой гибель 200 000 человек, но ведь из одного килограмма U-235 можно получить энергию, для выработки которой понадобилось бы 67 цистерн жидкого топлива по 30 тонн в каждой.
Все же, не смотря на все проблемы ядерная энергетика – дело будущего, но это будущее необходимо начинать развивать уже сейчас.
