Торий в ядерной энергетике: плюсы, минусы, подводные камни. Ядерная энергия плюсы и минусыПрименение ядерной энергии: проблемы и перспективыПовсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине. Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды.
Применение ядерной энергии развивается в двух направлениях: использование в энергетике и использование радиоактивных изотопов. Изначально атомную энергию предполагалось использовать только в военных целях, и все разработки шли в этом направлении. Использование ядерной энергии в военной сфереБольшое количество высокоактивных материалов используют для производства ядерного оружия. По оценкам экспертов, ядерные боеголовки содержат несколько тонн плутония. Ядерное оружие относят к оружию массового поражения, потому что оно производит разрушения на огромных территориях. По радиусу действия и мощности заряда ядерное оружие делится на:
Ядерные боеприпасы делят на атомные и водородные. В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепные реакции деления тяжелых ядер и реакции термоядерного синтеза. Для цепной реакции используют уран либо плутоний. Хранение такого большого количества опасных материалов – это большая угроза для человечества. А применение ядерной энергии в военных целях может привести к тяжелым последствиям.
Впервые ядерное оружие было применено в 1945 году для атаки на японские города Хиросима и Нагасаки. Последствия этой атаки были катастрофичными. Как известно, это было первое и последнее применение ядерной энергии в войне. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ)МАГАТЭ создано в 1957 году с целью развития сотрудничества между странами в области использования атомной энергии в мирных целях. С самого начала агентство осуществляет программу «Ядерная безопасность и защита окружающей среды». Но самая главная функция – это контроль за деятельностью стран в ядерной сфере. Организация контролирует, чтобы разработки и использование ядерной энергии происходили только в мирных целях. Цель этой программы – обеспечивать безопасное использование ядерной энергии, защита человека и экологии от воздействия радиации. Также агентство занималось изучением последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Также агентство поддерживает изучение, развитие и применение ядерной энергии в мирных целях и выступает посредником при обмене услугами и материалами между членами агентства. Вместе с ООН МАГАТЭ определяет и устанавливает нормы в области безопасности и охраны здоровья. Атомная энергетикаВо второй половине сороковых годов двадцатого столетия советские ученые начали разрабатывать первые проекты мирного использования атома. Главным направлением этих разработок стала электроэнергетика. И в 1954 году в СССР построили первую в мире атомную станцию. После этого программы быстрого роста атомной энергетики начали разрабатывать в США, Великобритании, ФРГ и Франции. Но большинство из них не были выполнены. Как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте.
Но после начала мирового энергетического кризиса и подорожания нефти спрос на атомную энергетику вырос. В 70-х годах прошлого столетия эксперты считали, что мощность всех АЭС сможет заменить половину электростанций. В середине 80-х рост атомной энергетики снова замедлился, сраны начали пересматривать планы на сооружение новых АЭС. Этому способствовали как политика энергосбережения и снижение цены на нефть, так и катастрофа на Чернобыльской станции, которая имела негативные последствия не только для Украины. После некоторые страны вообще прекратили сооружение и эксплуатацию атомных электростанций. Атомная энергия для полетов в космосВ космос слетало более трех десятков ядерных реакторов, они использовались для получения энергии. Впервые ядерный реактор в космосе применили американцы в 1965 году. В качестве топлива использовался уран-235. Проработал он 43 дня. В Советском Союзе реактор «Ромашка» был запущен в Институте атомной энергии. Его предполагалось использовать на космических аппаратах вместе с плазменными двигателями. Но после всех испытаний он так и не был запущен в космос. Следующая ядерная установка «Бук» была применена на спутнике радиолокационной разведки. Первый аппарат был запущен в 1970 году с космодрома Байконур. Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это все на стадии предложения. Применение ядерной энергии в промышленностиАтомная энергия применяется для повышения чувствительности химического анализа и производства аммиака, водорода и других химических реагентов, которые используются для производства удобрений.
Ядерная энергия, применение которой в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, помогает воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре. Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия. Применение в черной металлургии позволяет восстанавливать железо из железной руды. В цветной – применяется для производства алюминия. Использование ядерной энергии в сельском хозяйствеПрименение ядерной энергии в сельском хозяйстве решает задачи селекции и помогает в борьбе с вредителями. Ядерную энергию применяют для появления мутаций в семенах. Делается это для получения новых сортов, которые приносят больше урожая и устойчивы к болезням сельскохозяйственных культур. Так, больше половины пшеницы, выращиваемой в Италии для изготовления макарон, было выведено с помощью мутаций. Также с помощью радиоизотопов определяют лучшие способы внесения удобрений. Например, с их помощью определили, что при выращивании риса можно уменьшить внесение азотных удобрений. Это не только сэкономило деньги, но и сохранило экологию. Немного странное использование ядерной энергии – это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды. В таком случае насекомые, появившееся из облученных личинок, не имеют потомства, но в остальных отношениях вполне нормальны. Ядерная медицинаМедицина использует радиоактивные изотопы для постановки точного диагноза. Медицинские изотопы имеют малый период полураспада и не представляет особой опасности как для окружающих, так и для пациента.
Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях. Применение ядерной энергии на транспортеВ начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге. Разработки начались в США, но проект так и не был воплощен в жизнь. В основном из-за того, что в этих танках так и не смогли решить проблему экранирования экипажа. Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло.
Все дело в том, что ядерная установка занимала очень много места, и автомобиль получался очень габаритным. Компактные реакторы так и не появились, поэтому амбициозный проект свернули. Наверное, самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии – это различные суда как военного, так и гражданского назначения:
Плюсы и минусы использования ядерной энергииСегодня доля ядерной энергетики в мировом производстве энергии составляет примерно 17 процентов. Хотя человечество использует органическое топливо, но его запасы не бесконечны. Поэтому, как альтернативный вариант, используется ядерное топливо. Но процесс его получения и использования связан с большим риском для жизни и окружающей среды. Конечно, постоянно совершенствуются ядерные реакторы, предпринимаются все возможные меры безопасности, но иногда этого недостаточно. Примером могут служить аварии на Чернобыльской атомной электростанции и Фукусиме.
С одной стороны, исправно работающий реактор не выбрасывает в окружающую среду никакой радиации, тогда как из тепловых электростанций в атмосферу попадает большое количество вредных веществ. Самую большую опасность представляет отработанное топливо, его переработка и хранение. Потому что на сегодняшний день не изобретен полностью безопасный способ утилизации ядерных отходов. fb.ru плюсы и минусы исследовательская работа по физикеМуниципальное казённое общеобразовательное учреждение Климщинская средняя школа Атомная энергетика: плюсы и минусы исследовательская работа по физике Автор: Серков Вадим, обучающийся 10 класса Руководитель: Голубцова Ирина Викторовна, учитель физики Климщина 2016 Оглавление I.Введение.........................................................................................................3 II.Основная часть
1.2. История развития атомной энергетики…………………………..7 1.3.Экономическое значение энергетики……………………………10 1.4. Объёмы производства атомной электроэнергии . ………..……12 1.5.Плюсы атомной энергетики……………………………………...14 1.6.Минусы атомной энергетики…………………………………….15 2.Результаты социологического опроса…………………………………19 III.Заключение……………………………………………………………..22 IV.Список использованной литературы………………………………….24 Введение 26 апреля исполняется 30 лет со дня катастрофы на Чернобыльской АЭС. В небо взлетело и рассеялось огромное количество радиоактивных веществ. Люди в Чернобыле подверглись облучению в 90 раз большему, чем при падении бомбы на Хиросиму. По подсчетам Российской академии наук, чернобыльская катастрофа обернулась гибелью 60 тысяч человек в России и 140 тысяч в Беларуси и Украине.30 лет – большой срок для человека, но не для человечества. Эта трагедия заставила людей задуматься: «Атомная энергия-это добро или зло?» Я тоже попытался найти ответ на этот вопрос, чтобы в дальнейшем помочь разобраться в нём моим сверстникам. Цель исследования: выявить отношение людей к атомной энергетике. Задачи: -изучение процессов получения атомной энергии -изучение истории развития атомной энергетики -изучение значения атомной энергетики -выявление проблем атомной энергетики -разработка диагностического материала по проблеме исследования -проведение соц.опроса среди людей разного возраста -анализ результатов соц.опросаПредмет исследования: отношение человека к вопросам атомной энергетики 1.Атомная энергетика 1.1.Получение атомной энергии Атомная энергетика (ядерная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии. Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло. Топливный цикл Атомная энергетика основана на использовании ядерного топлива, совокупность промышленных процессов которого составляют топливный ядерный цикл. Хотя существуют различные типы топливных циклов, зависящие как от типа реактора, так и от характеристик конечной стадия цикла, в целом у него существуют общие этапы.
Ядерный реактор Ядерный реактор — устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии. Первый ядерный реактор построен и запущен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. Первым реактором, построенным за пределами США, стал ZEEP, запущенный в Канаде 5 сентября 1945 года. В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1, заработавшая 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова. К 1978 году в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов. Существуют разные типы реакторов, основные отличия в них обусловлены используемым топливом и теплоносителем, применяемым для поддержания нужной температуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скорости нейтронов, которые выделяются в результате распада ядер, для поддержания нужной скорости цепной реакции.
1.2.История развития атомной энергетики Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 году в Чикагском университете с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя. Первая электроэнергия из энергии ядерного распада была получена 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Произведённая мощность составляла около 100 кВт. 9 мая 1954 года на ядерном реакторе в г. Обнинск была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом. 26 июня в 17:30 энергия, выработанная здесь, стала поступать в потребительскую электросеть . А́томная электроста́нция (АЭС) - ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом), предназначенная для производства электрической энергии). Атомная транспортная энергетика Атомоход (атомное судно) — общее название судов с ядерной энергетической установкой, обеспечивающей ход судна. Различают атомоходы гражданские (атомные ледоколы, транспортные суда) и военные (авианосцы, подводные лодки, крейсеры, тяжёлыефрегаты). Военные корабли США — атомные крейсера «Бейнбридж» и«Лонг Бич», и первый в мире авианосец «Энтерпрайз», самое длинное в мире военное судно, в 1964 году во время рекордного кругосветного путешествия, в течение которого они преодолели 49,190 км за 65 дней без дозаправки. В декабре 1954 года в США вошла в строй первая атомная подводная лодка «Наутилус». Российский атомный ледокол«Ямал» 1994 г. В 1958 начала выдавать электроэнергию первая очередь второй советской АЭС — Сибирской, мощностью 100 Мвт. В 1959 году в СССР спущено на воду первое в мире невоенное атомное судно — ледокол «Ленин». Атомная энергетика, как новое направление в энергетике, получила признание на проходившей в Женеве в августе 1955 года 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии, положившей начало международному сотрудничеству в области мирного использования ядерной энергии. В начале 1970-х годов существовали видимые предпосылки для развития ядерной энергетики. Потребность в электроэнергии росла, гидроэнергетические ресурсы большинства развитых стран были практически полностью задействованы, соответственно росли цены на основные виды топлива. В 1975 году в Смоленской области (г.Десногорск) было начато строительство атомной электростанции, которая была введена в эксплуатацию в 1982 году. В промышленной эксплуатации на САЭС находится три энергоблока с уран-графитовыми канальными реакторами РБМК-1000. Электрическая мощность каждого энергоблока — 1 ГВт, тепловая 3,2 ГВт. Энергоблоки с реакторами РБМК-1000 одноконтурные. Связь с Единой энергетической системой России осуществляется шестью линиями электропередачи напряжением 330 кВ (Рославль-1, 2), 500 кВ (Калуга, Михайлов), 750 кВ (Ново-Брянская, Белорусская). 1.3.Экономическое значение атомной энергетики Доля атомной энергетики в общем производстве электроэнергии в различных странах. В 2014 году ядерная энергия обеспечивала 2,6 % всей потребляемой человечеством энергии. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов во Франции, Украине, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии, Швейцарии и Японии. Эти страны производят от 20 до 74 % (во Франции) электроэнергии на АЭС. В 2013 году мировое производство ядерной энергии выросло впервые с 2010 года — по сравнению с 2012 годом произошёл рост на 0,5 % — до 6,55 млрд МВт ч (562,9 млн тонн нефтяного эквивалента). Наибольшее потребление энергии атомных станций в 2013 году составило в США — 187,9 млн тонн нефтяного эквивалента. В России потребление составило 39,1 млн тонн нефтяного эквивалента, в Китае — 25 млн тонн нефтяного эквивалента, в Индии — 7,5 млн тонн. Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на 2013 год насчитывалось436 действующих ядерных энергетических, то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию, реакторов в 31 стране мира (кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие). Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны — США и Францию. США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства. Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд кВт⋅ч, из них — 15,5 Игналинской АЭС). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт.Однако, под давлением ЕС (из-за сомнений в её безопасности — ИАЭС использовала энергоблоки того же типа, что и Чернобыльская АЭС), с 1 января 2010 года Игналинская АЭС была окончательно закрыта (предпринимались попытки добиться продолжения эксплуатации станции и после 2009 года, но они не увенчались успехом), сейчас решается вопрос о строительстве на той же площадке АЭС современного типа. 1.4.Объёмы производства атомной электроэнергии по странам Страны с атомными электростанциями. Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки. Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Нет АЭС, станции строятся. Нет АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Эксплуатируются АЭС, строительство новых энергоблоков пока не планируется. Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества. Гражданская ядерная энергетика запрещена законом. Нет АЭС. На 2014 год суммарно АЭС мира выработали 2,410 тВт⋅ч энергии, что составило 10,8 % всемирной генерации электричества. Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии на 2014 год являются:
1.5.Плюсы атомной энергетики Современная цивилизация немыслима без электрической энергии. Выработка и использование электричества увеличивается с каждым годом, но перед человечеством уже маячит призрак грядущего энергетического голода из-за истощения месторождений горючих ископаемых и все больших экологических потерь при получении электроэнергии. Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях, в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические реакции (например, реакция горения), так что теплотворная способность ядерного топлива оказывается неизмеримо большей, чем обычного топлива. Использовать ядерное топливо для выработки электроэнергии - чрезвычайно заманчивая идея. Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны: нет отходов, газовых выбросов, нет необходимости вести огромные объемы строительства, возводить плотины и хоронить плодородные земли на дне водохранилищ. Пожалуй, более экологичны, чем АЭС, только электростанции, использующие энергию солнечного излучения или ветра. Но и ветряки, и гелиостанции пока маломощны и не могут обеспечить потребности людей в дешевой электроэнергии , а эта потребность все быстрее растет. И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека. 1.6.Минусы атомной энергетики Атомная энергетика остаётся предметом острых дебатов. Сторонники и противники ядерной энергетики резко расходятся в оценках её безопасности, надёжности и экономической эффективности. Опасность связана с проблемами утилизации отходов, авариями ,приводящими к экологическим катастрофам, а также с возможностью использовать повреждение этих объектов (наряду с другими: ГЭС, химзаводами и т. п.) обычным оружием или в результате теракта — как оружие массового поражения. «Двойное применение» предприятий ядерной энергетики, возможная утечка (как санкционированная, так и преступная) ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия служит постоянным источником общественной озабоченности, политических интриг и поводов к военным акциям . Тепловое загрязнение Одной из проблем атомной энергетики является тепловое загрязнение. По мнению некоторых специалистов, атомные электростанции, «в расчете на единицу производимой электроэнергии», выделяют в окружающую среду больше тепла, чем сопоставимые по мощности ТЭС. В качестве примера можно привести проект строительства в бассейне Рейна нескольких атомных и теплоэлектростанций. Расчеты показали, что, в случае запуска всех запланированных объектов, температура в ряде рек поднялась бы до 45°С, уничтожив в них всякую жизнь. Атом выходит из-под контроля Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС. 26 апреля 1986 года на четвертом блоке Чернобыльской АЭС произошла авария, которая привела к разрушению активной зоны реактора и части здания, в котором он был расположен. Государственная комиссия провела расследование причин взрыва, и пришла к выводу: авария произошла во время эксперимента, к проведению которого персонал АЭС был не подготовлен. Включение оператором аварийной защиты реактора привело к взрыву… Сейчас заключение госкомиссии подвергается сомнению, многие независимые эксперты усматривают в нем предвзятость и даже элементы фальсификации. Видимо, никто и никогда не узнает, почему реактор перешел в непредсказуемое состояние, при котором аварийная защита перестала гарантировать остановку ядерной реакции, и что именно заставило оператора нажать злополучную "красную кнопку". Результат - взрыв и пожар, расплавление и распыление радиоактивного "топлива", ужасные последствия для Украины, Белоруссии, соседних европейских стран. В результате чернобыльского взрыва в окружающее пространство было выброшено колоссальное количество радиоактивных веществ. Перемещение в атмосфере радиоактивного облака, осаждение радионуклидов с пылью и дождем, распространение почвенных и поверхностных вод, загрязненных радиоактивными изотопами, - все это привело к облучению сотен тысяч человек на территории свыше 23 тыс. км2. Несколько десятков пожарных и специалистов - ликвидаторов аварии, работавших на расчистке территории разрушенного четвертого блока станции от обломков графита, радиоактивной пыли и кусков ядерного горючего, - погибли от острой лучевой болезни. Еще несколько сотен человек были признаны больными острой лучевой болезнью. С огромными трудностями был построен "саркофаг" - уникальное сооружение из бетона и стали, изолирующее взорвавшийся блок ЧАЭС от окружающей среды. Дезактивация зоны радиоактивного поражения продолжается по сей день, и этой работе не видно конца. Эта зона включает в себя два города (Чернобыль и Припять), около 80 брошенных сел с домами, фермами, мастерскими, сельскохозяйственной техникой. В зоне находятся 800 "могильников", где похоронены" автомобили, трактора, бульдозеры, экскаваторы и даже танки, набравшие такие дозы радиации, что их уже невозможно дезактивировать. Люди, подвергшиеся облучению в результате Чернобыльской аварии, теряют здоровье и страдают от множества болезней, вызванных не только радиацией, но и психологическим шоком. Однако несмотря на их тяжесть, в целом вероятность таких аварий невелика. С момента появления атомной энергетики произошло не более трех десятков аварий, и лишь в четырех случаях имел место выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Всемирная ядерная ассоциация опубликовала данные, согласно которым гигаватт*год электроэнергии, произведенной на угольных электростанциях, в среднем (учитывая всю производственную цепочку) обходится в 342 человеческих жертвы, на газовых — в 85, на гидростанциях — в 885, тогда как на атомных — всего в 8. Радиоактивный "мусор" Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой - безопасное хранение отходов. Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет. В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Бoльшая часть радиоактивных изотопов имеет период полураспада около 30 лет, поэтому уже через 300 лет они почти полностью исчезнут. Так что для окончательного удаления радиоактивных отходов необходимо строить такие долговременные хранилища, которые позволили бы надежно изолировать отходы от их проникновения в окружающую среду до полного распада радионуклидов. Такие хранилища называют могильниками. Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых. Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов - отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам. Заключение Конечно, от атомной энергетики можно вообще отказаться. Тем самым будет полностью устранена опасность облучения людей и угроза ядерных аварий. Но тогда для удовлетворения потребностей в энергии придется наращивать строительство ТЭЦ и ГЭС. А это неизбежно приведет к большому загрязнению атмосферы вредными веществами, к накоплению в атмосфере избыточного количества углекислого газа, изменению климата Земли и нарушению теплового баланса в масштабах всей планеты. Между тем призрак энергетического голода начинает реально угрожать человечеству. Радиация - грозная и опасная сила, но при должном отношении с ней вполне можно работать. Характерно, что меньше всего боятся радиации те, кто постоянно имеет с ней дело и хорошо знает все связанные с ней опасности. В этом смысле интересно сравнить статистику и интуитивную оценку степени опасности различных факторов повседневной жизни. Так, установлено, что наибольшее число человеческих жизней уносят курение, алкоголь и автомобили. Между тем, по оценке людей из групп населения, различных по возрасту и образованию, наибольшую опасность жизни несут атомная энергетика и огнестрельное оружие (урон, приносимый человечеству курением, алкоголем явно недооценивается). Специалисты, которые могут наиболее квалифицированно оценить достоинства и возможности использования атомной энергетики, считают, что человечеству уже не обойтись без энергии атома. Атомная энергетика - один из наиболее перспективных путей утоления энергетического голода человечества в условиях энергетических проблем, связанных с использованием ископаемого горючего топлива. Но в современном обществе отношение к атомной энергетике неоднозначное. Такой вывод я сделал, познакомившись с литературой по данной теме и проведя социологический опрос. Я понял, что большинство людей не обладает достаточной информацией, чтобы судить о плюсах и минусах атомной энергетики. Поэтому моя исследовательская работа необходима для представления общей картины развития атомной энергетики, о влиянии ее на нашу жизнь и экологию. Да, пусть некоторые говорят против АЭС, но они не могут отрицать, что АЭС нам необходимы! Я считаю, что работу по данной теме необходимо продолжать и развивать. Для этого я хотел бы предложить проводить экскурсии в информационный центр по атомной энергии города Смоленска, на Смоленскую АЭС. Ведь такая работа со школьниками - основа формирования позитивного отношения к атомной отрасли, а это может позволить выявить среди учащихся тех, кто захочет связать свою жизнь с работой в атомной промышленности. Список использованной литературы
http://treeofknowledge.narod.ru/accident.htm http://www.dozimetr.biz/radiaciya_vokrug_nas_osnovnie_istochniki.php http://www.bestgenerator.ru/krupn-avarii.html http://www.lplaces.com/ru http://ru.wikipedia.org/ h.120-bal.ru плюсы, минусы, подводные камни / ХабрВ мире людей, далеких от атомной энергетики существует почти конспирологическая идея о том, что ТОРИЙ — это то, что злобные атомные буратины скрывают от пушистых потребителей электричества. Дешевый, безопасный и не оставляющий радиоактивных отходов — он мог бы привести атомную энергетику на вершины могущества, но по каким-то причинам не привел.Загрузка ториевой ТВС в норвежский исследовательский реактор Halden. Сегодняшний парк промышленных ядерных реакторов, целиком и полностью использует урановое топливо, а конкретно изотоп U235. Произошло это по простой причине — это единственный природный изотоп, который способен поддерживать цепную реакцию распада. Остальные природные тяжелые элементы, например U238 и Th332 (тот самый торий) цепную ядерную реакцию не поддерживают. Есть еще несколько искусственно получаемых которые способны работать в реакторе — например всем известный Pu239 или U233 — получаемые путем трансмутации тех самых U238, Th332. Тяжеловодные реакторы — один из трех главных дизайнов (наряду с газоохлаждаемыми и жидкосолевыми), в которых может быть применен ториевый цикл. Таким образом, первый момент, почему мы не видим сотни реакторов на тории, весело снабжающих мир электричеством — торий не является ядерным топливом. Он имеет смысл только в составе замкнутого ядерного топливного цикла(ЗЯТЦ), который полноценно так нигде и не был воплощен. Так же как и ЗЯТЦ на уране, торию будут нужны быстрые реакторы с коэффициентом воспроизводства больше 1, радиохимические перерабатывающие заводы и прочие фишки ЗЯТЦ. Фактически Th332 — это конкурент U238 — вещество, которое можно превратить в ядерное топливо. Если говорить в общем у каждого из кандидатов в ядерное топливо есть свои плюсы и минусы:
Понятно, что с таким гандикапом (пункт 3) и отсутствием ЗЯТЦ у тория не очень-то много шансов на реализацию, как минимум на сегодня. Да и в остальном у тория нет каких-то недостатков или преимуществ. Часто ему приписывают, например, что он не имеет проблем распространения ядерно-оружейных технологий. Это не так. Да, тут нет плутония, но есть U233, из которого отлично получаются ядерные бомбы. Превращение материалов в топливе современного реактора: 3,5% U235 распадается в продукты деления, паралельно из U238 нарабатывается 3% Pu, 2% из которых тоже распадается, давая тепло и нейтроны. Теперь давайте поговорим о пунктах 2 и 4 поподробнее, т.к. они являются определяющими для будущего тория. Итак, что за проблема минорных актиноидов? При работе ядерного реактора на обычном, человеческом топливе из 3-5% U235 и 95-97% U238 при поглощении нейтронами образуются разнообразные неприятные вещества — минорные актиноиды. К ним относят нептуний Np-237, изотопы америция Am-241, -243, кюрия Cm-242, -244, -245. Все они радиоактивны, и довольно неприятно — мощные гамма излучатели. Однако в свежем ОЯТ их будет совсем немного — несколько килограмм на тонну, против десятков килограмм продуктов деления (типа знаменитого Cs-137), которые еще более активны. В чем же проблема? Превращения изотопов в урановом топливе в реакторе. Проблема в периоде полураспада. Самый длинный период полураспада продуктов деления как раз у Cs-137 — и он составляет ~30 лет. За 300 лет его активность уменьшится в 1000 раз, а за 900 — в миллиард. Это значит, что за исторически обозримое время можно перестать беспокоиться о коррозии ОЯТ и охранять его от нехороших любителей радиоактивности. Оценки для ядерной энергетики: мощности в ГВт Pel, исторической выработки энергии в ГВт*годах Qel, массы ОЯТ в тоннах, массы плутония в этом ОЯТ MPu в тонных, и остальных изотопах в килограммах А вот для минорных актиноидов периоды полураспада составляют тысячи лет. Это значит, что сроки хранения удлиняются с сотен лет до десятков тысяч. Такое время уже довольно сложно представить, зато можно представить, что при интенсивной работе атомной энергетики через несколько тысяч лет ОЯТом будет заставлена довольно большая территория, а самой популярной профессией будет “охранник хранилища ОЯТ”. А шведы уже захоранивают ядерное топливо навсегда по такой схеме в хранилище Forsmark. Ситуация меняется, если вместо цикла с однократным использованием топлива (который существует сейчас) мы переходим к замкнутому циклу — нарабатывая из U238 или Th332 ядерное топливо и сжигая его в реакторе. С одной стороны объем ОЯТ по понятным причинам резко уменьшается, а вот с другой — количество минорных актиноидов будет расти и расти. Проблема уничтожения (путем трансмутации и расщепления) минорных актиноидов в ядерных реакторов с 70х является одной из существенных на пути к разворачиванию ЗЯТЦ. И вот тут Th332 на коне. В его ЯТЦ не будут образовываться МА, а значит нет и проблем с хранением ОЯТ “вечно”, и проблем с обращением с этими очень сложными и неприятными субстанциями в ходе переработки уранового ОЯТ. Таким образом торий получает важное преимущество — ЗЯТЦ на нем чем-то может быть проще. Жидкосолевой реактор — вечный спутник идеи ториевой энергетики. И тут же компенсирует его своими неприятными ядерно-физическими особенностями. Наработка ядерного топлива из U238->Pu239 и Th332->U233 происходит через генерацию промежуточных изотопов Np239 и Pa233 соответственно. Оба они являются “нейтронными ядами”, т. е. паразитно поглощают нейтроны, только вот период полураспада Протоактиния в 10 раз больше, т.е. содержание в топливе его в 1000 (2^10) раз больше. Это вызывает заметные проблемы при попытке сделать “классический” быстрый реактор на U233 и Th332. Из этой проблемы под руку с ториевым циклом ходит идея жидкосолевого реактора — емкости с расплавом “ядерной” соли FLiBe= LiF + BeF2 и добавленными туда фторидами Th332 и U233. FLiBe с примесью фторида U233 в твердом и жидком виде имеет правильный для ядерного реактора цвет. Такой реактор управляется с помощью контроля утечки нейтронов из активной зоны, и фактически не имеет никаких исполнительных механизмов внутри АЗ, а главное — постоянно очищается радиохимическим способом от Pa233 и продуктов распада U233. Идея ЖСР — святой грааль ядерной инженерии, но одновременно кошмар материаловедов — в этом расплаве быстро образуется вся таблица менделеева в буквальном смысле, и сделать материал, который будет удерживать такую смесь без коррозии в условиях высокой температуры и радиации пока не получается. Разрез индийского AHWR — единственного в мире промышленного реактора, планируемого к работе на Th/U233 и Th/Pu239 MOX. Таким образом можно резюмировать: пока у атомной индустрии нет ни особых потребностей, ни возможностей по строительству ториевой энергетики. Экономически это выглядит так — торий не интересен, пока стоимость килограмма урана не превысит 300$, как это сформулировано в выводах отчета МАГАТЭ по ториевому циклу. Даже индусы, в условиях ограничения поставок урана (и отсутствия его ресурсов внутри страны) сделавшие в 80х ставку на ториевый ЗЯТЦ сегодня постепенно сворачивают усилия по его запуску. Ну а у нашей страны есть только интересно наследие из эпохи, когда плюсы и минусы тория были непонятны — склады с 80 тысячами тонн монацитового песка (ториевой руды) в Красноуфимске, но нет больших экономически оправданных месторождений тория и планов по его освоению для ядерной энергетики. habr.com Торий в ядерной энергетике: плюсы, минусы, подводные камни.В мире людей, далеких от атомной энергетики существует почти конспирологическая идея о том, что ТОРИЙ - это то, что злобные атомные буратины скрывают от пушистых потребителей электричества. Дешевый, безопасный и не оставляющий радиоактивных отходов он мог бы привести атомную энергетику на вершины могущества, но по каким-то причинам не привел. Загрузка ториевой ТВС в норвежский исследовательский реактор Halden. Сегодня основой атомной энергетики является изотоп U235, извлекаемый из природного урана. Причина этого проста - это единственный природный изотоп, поддерживающий цепную реакцию деления, и естественно, что с него и началась атомная энергетика. Теоретический альтернативой U235 служат два искусственных изотопа - U233, получаемый трансмутацией сегодняшнеего героя Th332 и Pu239, получаемый трансмутацией U238. Процесс трансмутации и последующего использования искусственных изотопов в виде топлива называется замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ). Тяжеловодные реакторы - один из трех главных вариантов (наряду с газоохлаждаемыми и жидкосолевыми), в которых может быть применен ториевый цикл. Таким образом, первый момент, почему мы не видим сотни реакторов на тории, весело снабжающих мир электричеством - торий не является ядерным топливом. Он имеет смысл только в составе замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ), который полноценно так нигде и не был воплощен. Так же как и ЗЯТЦ на уране, торию будут нужны быстрые реакторы с коэффициентом воспроизводства больше 1, радиохимические перерабатывающие заводы и прочие фишки ЗЯТЦ. Фактически, Th332 - это конкурент U238 - вещество, которое можно превратить в ядерное топливо. Если говорить в общем у каждого из кандидатов в ядерное топливо есть свои плюсы и минусы
Понятно, что с таким гандикапом (пункт 3) и отсутствием ЗЯТЦ у тория не очень-то много шансов на реализацию, как минимум на сегодня. Да и в остальном у тория нет каких-то недостатков или преимуществ. Часто ему приписывают, например, что он не имеет проблем распространения ядерно-оружейных технологий. Это не так. Да, тут нет плутония, но есть U233, из которого отлично получаются ядерные бомбы. Превращение материалов в топливе современного реактора: 3,5% U235 распадается в продукты деления, паралельно из U238 нарабатывается 3% Pu, 2% из которых тоже распадается, давая тепло и нейтроны. Теперь давайте поговорим о пунктах 2 и 4 поподробнее, т.к. они являются определяющими для будущего тория. Итак, что за проблема минорных актиноидов? При работе ядерного реактора на обычном, человеческом топливе из 3-5% U235 и 95-97% U238 при поглощении нейтронами образуются разнообразные неприятные вещества - минорные актиноиды. К ним относят нептуний Np-237, изотопы америция Am-241, -243, кюрия Cm-242, -244, -245. Все они радиоактивны, и довольно неприятно - мощные гамма излучатели. Однако в свежем ОЯТ их будет совсем немного - несколько килограмм на тонну, против десятков килограмм продуктов деления (типа знаменитого Cs-137), которые еще более активны. В чем же проблема? Превращения изотопов в урановом топливе в реакторе. Проблема в периоде полураспада. Самый длинный период полураспада продуктов деления как раз у Cs-137 - и он составляет ~30 лет. За 300 лет его активность уменьшится в 1000 раз, а за 900 - в миллиард. Это значит, что за исторически обозримое время можно перестать беспокоиться о коррозии ОЯТ и охранять его от нехороших любителей радиоактивности. Оценки для ядерной энергетики: мощности в ГВт Pel, исторической выработки энергии в ГВт*годах Qel, массы ОЯТ в тоннах, массы плутония в этом ОЯТ MPu в тонных, и остальных изотопах в килограммах А вот для минорных актиноидов периоды полураспада составляют тысячи лет. Это значит, что сроки хранения удлиняются с сотен лет до десятков тысяч. Такое время уже довольно сложно представить, зато можно представить, что при интенсивной работе атомной энергетики через несколько тысяч лет ОЯТом будет заставлена довольно большая территория, а самой популярной профессией будет “охранник хранилища ОЯТ”. А шведы уже захоранивают ядерное топливо навсегда по такой схеме в хранилище Forsmark. Ситуация меняется, если вместо цикла с однократным использованием топлива (который существует сейчас) мы переходим к замкнутому циклу - нарабатывая из U238 или Th332 ядерное топливо и сжигая его в реакторе. С одной стороны объем ОЯТ по понятным причинам резко уменьшается, а вот с другой - количество минорных актиноидов будет расти и расти. Проблема уничтожения (путем трансмутации и расщепления) минорных актиноидов в ядерных реакторов с 70х является одной из существенных на пути к разворачиванию ЗЯТЦ. И вот тут Th332 на коне. В его ЯТЦ не будут образовываться МА, а значит нет и проблем с хранением ОЯТ “вечно”, и проблем с обращением с этими очень сложными и неприятными субстанциями в ходе переработки уранового ОЯТ. Таким образом торий получает важное преимущество - ЗЯТЦ на нем чем-то может быть проще. Жидкосолевой реактор - вечный спутник идеи ториевой энергетики. И тут же компенсирует его своими неприятными ядерно-физическими особенностями. Наработка ядерного топлива из U238->Pu239 и Th332->U233 происходит через генерацию промежуточных изотопов Np239 и Pa233 соответственно. Оба они являются “нейтронными ядами”, т. е. паразитно поглощают нейтроны, только вот период полураспада Протоактиния в 10 раз больше, т.е. содержание в топливе его в 1000 (2^10) раз больше. Это вызывает заметные проблемы при попытке сделать “классический” быстрый реактор на U233 и Th332. Из этой проблемы под руку с ториевым циклом ходит идея жидкосолевого реактора - емкости с расплавом “ядерной” соли FLiBe = LiF + BeF2 и добавленными туда фторидами Th332 и U233.
Такой реактор управляется с помощью контроля утечки нейтронов из активной зоны, и фактически не имеет никаких исполнительных механизмов внутри АЗ, а главное - постоянно очищается радиохимическим способом от Pa233 и продуктов распада U233. Идея ЖСР - святой грааль ядерной инженерии, но одновременно кошмар материаловедов - в этом расплаве быстро образуется вся таблица менделеева в буквальном смысле, и сделать материал, который будет удерживать такую смесь без коррозии в условиях высокой температуры и радиации пока не получается. Разрез индийского AHWR - единственного в мире промышленного реактора, планируемого к работе на Th/U233 и Th/Pu239 MOX. Таким образом можно резюмировать: пока у атомной индустрии нет ни особых потребностей, ни возможностей по строительству ториевой энергетики. Экономически это выглядит так - торий не интересен, пока стоимость килограмма урана не превысит 300$, как это сформулировано в выводах отчета МАГАТЭ по ториевому циклу. Даже индусы, в условиях ограничения поставок урана (и отсутствия его ресурсов внутри страны) сделавшие в 80х ставку на ториевый ЗЯТЦ сегодня постепенно сворачивают усилия по его запуску. Ну а нашей страны есть только интересно наследие из эпохи, когда плюсы и минусы тория были непонятны - склады с 80 тысячами тонн монацитового песка (ториевой руды) в Красноуфимске, но нет больших экономически оправданных месторождений тория и планов по его освоению для ядерной энергетики. tnenergy.livejournal.com
ekollog.ru урок-конференция "Плюсы и минусы атомной энергетики" Разделы: Физика, Информатика Тип урока: обобщение материала по разделу «Квантовая физика». Вид урока: урок-конференция. Продолжительность – 2 часа. Цели урока.
Задачи урока:
Техническое оснащение:
Электронные издания и Интернет-ресурсы:
Рассматриваемые вопросы.
Конференция проводится в форме дискуссии. Учащиеся разбиты на три группы: 1-я группа – сторонники атомной энергетики. 2-я группа – сторонники альтернативных видов энергии. 3-я группа – аналитический центр, в задачу которого входит подведение итогов конференции. Ход урока 1. Вступительное слово учителя. (На доске проекция слайда Power Point: тема конференции, вопросы, вынесенные на обсуждение, список докладчиков и темы их выступлений.)Энергетический кризис, глобальное потепление на планете волнуют ученых, экологов, политиков, всех сознательных граждан Земли. Может ли развитие цивилизации стать губительным фактором для планеты, или в ее развитии – спасение? Кто ответит на эти вопросы? Нам многое известно с чего начиналось, что предшествовало и что способствует возникновению этих проблем. Мы не будем рассматривать политические аспекты этих проблем, а проследим за ходом исторических открытий и событий, связанных с этими проблемами, поговорим о возможных направлениях поиска решений этих проблем в нашем с вами понимании. 2. Выступление учащихся: Тема 1-го доклада - «История развития учения о строении атома» Насколько сегодня известно, мысль о том, что материя может состоять из отдельных частиц, впервые была высказана Левкиппом из Милета в 5 в. до н.э. Эту идею развил его ученик Демокрит, который и ввел слово атом (от греческого атомос, что значит неделимый). В начале 19 века Джон Дальтон (1766 – 1844) возродил это слово, подведя научную основу под умозрительные идеи древних греков. Согласно Дальтону, атом – это крошечная неделимая частица материи, принимающая участие в химических реакциях. Простые представления об атоме, принадлежащие Дальтону, были поколеблены в 1897 г., когда Дж. Дж. Томсон (1856 – 1940) установил, что атому могут испускать еще меньшие отрицательно заряженные частицы (позднее названные электронами). Стало очевидным, что атом обладает внутренней структурой. Это открытие указывало, что атом, по-видимому, должен содержать и положительные заряды. Томсон предположил, что электроны рассеяны в положительно заряженном атоме, подобно «изюминкам в булке». Эта модель не позволяла объяснить некоторые свойства атомов, однако более совершенную модель удалось создать лишь после открытия радиоактивного излучения. Явление радиоактивности было открыто Беккерелем, который обнаружил, что атомы урана самопроизвольно испускают излучение. Явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер атомов в ядра других атомов с испусканием частиц и излучением энергии называется естественной радиоактивностью. Исследования состава радиоактивного излучения были проведены Резерфордом. Рисунок 1 Известны 3 формы этого излучения: бета-частицы (отрицательно заряженные электроны), альфа частицы (положительно заряженные ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов) и гамма-излучение (коротковолновое электромагнитное излучение, не несущее заряда). Тема 2-го доклада - «Модель атома Резерфорда». На доске проекция слайда (Рассевание альфа-частиц)-с диска «Библиотека электронных наглядных пособий ФИЗИКА 7-11» ООО «Кирилл и Мефодий» (Строение атома, опыт Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц) или Рисунок 2. Рисунок 2 В 1911 г. Эрнест Резерфорд (1871 – 1937) предложил совершенно новую модель атома, основанную на результатах его собственных экспериментов и экспериментов Ханса Гейгера (1882 – 1945), в которых измерялось рассеяние альфа частиц при прохождении через золотую фольгу. Согласно модели Резерфорда, положительный заряд и основная масса атома сосредоточены в центральном ядре, вокруг которого движутся электроны. Сегодня мы знаем, что атом представляет собой почти пустое пространство с крошечным ядром, размеры которого в десятки тысяч раз меньше размеров атома в целом. Сами атомы тоже предельно малы: 10 млн. атомов, выстроенные в ряд, составят всего 1 мм. Позже Резерфорд установил, что положительный заряд ядра несут частицы в 1836 раз более тяжелые, чем электрон. Он назвал их протонами. Заряд протона равен по величине, но противоположен по знаку заряду электрона. Проекция слайда- 3D-модель «Планетарная модель атома» с диска «Библиотека электронных наглядных пособий ФИЗИКА 7-11» ООО «Кирилл и Мефодий». Простейший атом – атом водорода – состоит из одного протона (ядра) и одного электрона, движущегося вокруг него. Более тяжелые ядра содержат большее число протонов (это число называют атомным номером), причем оно всегда равно числу окружающих ядро электронов.Свойства ядер с большим массовым числом. Проекция слайда (ядерные превращения) из Web-страницы http:// college.ru/physics/modules.php?name=models&subj vis=4&suptopic vis=|34|35|36|37|38|39|40|41|42 Или слайд 5.14 с диска «Физика 7-11 классы, практикум» - ФИЗИКОН. Позднее было установлено, что все ядра атомов, за исключением ядра водорода, содержат также частицы и другого типа – незаряженные частицы нейтроны с массой, почти равной массе протона. Ядра многих элементов нестабильны. Явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер атомов в ядра других атомов с испусканием частиц и излучением энергии называется естественной радиоактивностью. Почти 90 % известных ядер нестабильны. Радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно заряженные ( -частицы – ядра гелия), отрицательно заряженные (-частицы – электроны) и нейтральные (-частицы – кванты коротковолнового электромагнитного излучения). Магнитное поле позволяет разделить эти частицы Тема 3-го доклада – «Ядерные реакции» Ядерные реакции сопровождаются освобождением ядерной энергии.Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или -квантов. Возможны два принципиально различных способа освобождения ядерной энергии. Деление тяжелых ядер В отличие от радиоактивного распада ядер, сопровождающегося испусканием α- или -частиц, реакции деления – это процесс, при котором нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс. В 1938 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. Продолжая исследования, начатые Ферми, они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы – радиоактивные изотопы бария (Z = 56), криптона (Z = 36) и др. Уран встречается в природе в виде двух изотопов: 92U238(99,3 %) и 92U235(0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. При этом реакция деления 92U235наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах, в то время как ядра 92U238вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ. Теоретическое объяснение реакции дали физики О.Фриш и Л.Майтнер в 1939 г. Основной интерес для ядерной энергетики представляет реакция деления ядра 92U235 Кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана, огромна – порядка 200 МэВ. Оценку выделяющей при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре. Удельная энергия связи нуклонов в ядрах с массовым числом A ≈ 240 порядка 7,6 МэВ/нуклон, в то время как в ядрах с массовыми числами A = 90–145 удельная энергия примерно равна 8,5 МэВ/нуклон. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке 3. Рисунок 3 Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. В. Курчатова. Это явилось началом эпохи «мирного» атома На доске проекция действующей модели ядерного реактора. «Физика 7-11 классы, практикум» ФИЗИКОН. Модель 5.15 Ученик поясняет устройство и принцип работы ядерного реактора. Тема 4-го доклада – «Энергия атома в мирных целях» Первая в мире атомная электростанция. Информация об Обненской АС. На доске проекция, сохраненной на компьютере Web-страницы: http://dvoika.net/milit/first.htm На 1 января 1991 года в СССР на 15 АЭС работало 46 энергоблоков общей электрической мощность 36,6 ГВт. В 1990 году было выработано 211,5 миллиардов кВт/час электроэнергии, то есть 12,5% всей выработанной в СССР электроэнергии. Все действующие АЭС в России имеют общую мощность 22 ГВт, включают 30 энергоблоков, в том числе 14 энергоблоков с корпусными реакторами типа ВВЭР, (из них восемь блоков ВВЭР-1000 и шесть блоков ВВЭР-440), 15 энергоблоков с водографитовым ВВЭР-1000 реакторами, (из них 11 блоков РБМК-1000 и 4 блока с реакторами ЭГП-6), и один блок с реактором на быстрых нейтронах БН-600. К экономическим факторам в пользу развития атомной энергетики относятся обеспечение надежности энергоснабжения России; конкурентоспособность АЭС по сравнению с ТЭС; увеличение экспорта электроэнергии за счет АЭС. К экологическим преимуществам атомной энергетики относится, прежде всего, отсутствие у АЭС выбросов продуктов сгорания, включая парниковые газы, с учетом международных рекомендаций по ограничению их эмиссий (для России на уровне 1990 года). Проекция таблицы 7.1 из Web-страницы http://ruatom.ru/rosatom/analit/section7p1.shtm Атомная энергетика России. Учащиеся делают сравнительный анализ. Тема 5-го доклада - «Ядерные взрывы и их последствия»Реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций, так как они могут протекать только при очень высоких температурах. Термоядерные реакции играют чрезвычайно важную роль в эволюции Вселенной. Энергия излучения Солнца и звезд имеет термоядерное происхождение. Осуществление управляемых термоядерных реакций даст человечеству новый экологически чистый и практически неисчерпаемый источник энергии. Однако получение сверхвысоких температур и удержание плазмы, нагретой до миллиарда градусов, представляет собой труднейшую научно-техническую задачу на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза. На данном этапе развития науки и техники удалось осуществить только неуправляемую реакцию синтеза в водородной бомбе. Высокая температура, необходимая для ядерного синтеза, достигается здесь с помощью взрыва обычной урановой или плутониевой бомбы. (А.Д.Сахаров) Проекция с диска «ФИЗИКА, библиотека наглядных пособий»-1С:Образование Анимация 4 –«Принцип действия атомной бомбы». Учащийся дает информацию о разрушающих факторах ядерного взрыва, о многолетних последствиях радиации. Ядерная энергия играет исключительную роль в современном мире: ядерное оружие оказывает влияние на политику, оно нависло угрозой над всем, живущим на Земле. А пока человечество стремится утолить свои непрерывно растущие потребности в энергии путем беспредельного развития ядерной энергетики, радиоактивные отходы загрязняют нашу планету. Отходы упаковывались в контейнеры и сбрасывались в Мировой океан. Проекция «Контейнер с радиоактивным веществом» из диска «Библиотека электронных наглядных пособий ФИЗИКА 7-11» ООО «Кирилл и Мефодий» Только США таким образом произвели захоронение в 11 точках Тихого океана. Япония –в 6. Такие захоронения делали Англия, Бельгия, Нидерланды и СССР. Опускались контейнеры со смертоносным грузом в Бискайский залив, в северные моря, на дно Атлантики. А взрыв 26 апреля 1986года четвертого реактора Чернобыльской АЭС. Радиация «накрыла» Австрию, Болгарию, Венгрию, Италию, Норвегию, Польшу, Россию, Румынию, Англию, Турцию, Германию, Финляндию, Югославию. По оценке экспертов 63 кг продуктов деления было выброшено в атмосферу. Для сравнения: при взрыве бомбы, сброшенной на Хиросиму (август 1945г.), радиоактивных отходов образовалось 0,74кг. А взрыв контейнера на комбинате «Маяк» в Челябинске. Проекция рисунка зоны повышенного заражения. Рисунок 4 Тема 6-го доклада – «Биологическое действие радиоизлучения» Радиоактивные излучения : самая главная опасность атомной энергетики, существующая на всех этапах топливного цикла и работы А Э С. Радиоактивные излучения оказывают пагубное воздействие на все живые организмы. Механизм биологического действия радиоактивного излучения сложен и до конца не изучен. Ионизация и возбуждение атомов и молекул живых тканей, происходящие при поглощении последними, излучений лишь начальный этап в сложной цепи биохимических превращений. Установлено, что ионизация приводит к разрыву молекулярных связей, изменению структуры химических соединений и, в конечном счете, к разрушению нуклеиновых кислот и белка. Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра. Нарушаются способность клеток к делению и обмену веществ и них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителии слизистых оболочек (кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы человека возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертельному исходу. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма. Степень биологического воздействия радиации зависит от вида излучения, его интенсивности и продолжительности облучения организма. Специфической особенностью радиоактивного излучения является то, что они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения. Тема 7-го доклада – «Альтернативные источники энергии» Уменьшить загрязнение и радиоактивное заражение планеты можно развитием и применением альтернативных экологически чистых источников энергии. При нынешнем темпе потребления нефти ее известных запасов, как считают ученые, хватит на 40 лет. Угля на 220 лет, а через 100 лет всего лишь на 30 лет. Меди имеем на 40 лет Цинка - на 20 лет и.т.д. Не говорим уже о продовольствии и пресной воде. Как же быть? Выход один - искать новые высокоэффективные источники энергии, не зависящие от наших планетарных ресурсов и. что немаловажно, экологически чистые. Атомная и термоядерная энергетика конечно были бы очень хороши если бы не события, подобные Чернобылю и если бы люди научились управлять термоядерной реакцией (что уже много лет никак не получается). Остается надеяться на помощь космоса. Имеется в виду бескрайнее море солнечной энергии, разливающейся по космическому пространству, которую можно было бы в принципе как-то концентрировать и отправлять на Землю. Согласно одному из предварительных проектов, эту задачу могли бы выполнить искусственные спутники Земли, несущие солнечные батареи Идея спутников с солнечными батареями не нова Она была высказана в 1968 году и запатентована в 1973. Солнечные батареи работают на явлении фотоэффекта. Принцип действия солнечного элемента основан на вентильном фотоэффекте – возбуждении ЭДС в p-n – переходе. Первая солнечная батарея была создана в 1953 году. И уже третий советский спутник (май 1958г.) был снабжен солнечной энергоустановкой. Мощность, отдаваемая солнечной батареей, достигает 300 вт/м2 , а КПД – от 20 до 30 %. Демонстрируется действие фотоэлемента. На доске проекция «Солнечная батарея» с диска «Интерактивная энциклопедия - открытая дверь в мир науки и техники» (От плуга до лазера). Различается два вида фотоэффекта: внешний и внутренний. Явление фотоэффекта обусловлено квантовыми свойствами света. Напомним законы фотоэффекта. На доске проекция модели 11 «Явление внешнего фотоэффекта» с диска «ФИЗИКА, библиотека наглядных пособий»-1С: Образование. Стоимость производимой солнечными батареями электроэнергии на порядок выше, чем у вырабатываемой традиционными методами, но за ними будущее. И доказательством этого может служить тот факт, что в таком государстве как Израиль, применение солнечных батарей приняло широкомасштабный характер на государственном уровне. 3. «Биографические данные из жизни и деятельности русских и советских ученых»: И.В.Курчатова, А.Г.Столетова, Ю.Б.Харитонова, А.Д.Сахарова. (http://www.allbiogr.narod.ru/fisika) 4. Защита проектов и моделей, сделанных учащимися.
Учащиеся по ходу конференции заполняют таблицу.
Аналитический центр обрабатывает таблицы и подводит итоги. 5.Заключительное слово учителя. Литература:
xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai Торий в ядерной энергетике: плюсы, минусы, подводные камниВ мире людей, далеких от атомной энергетики существует почти конспирологическая идея о том, что ТОРИЙ — это то, что злобные атомные буратины скрывают от пушистых потребителей электричества. Дешевый, безопасный и не оставляющий радиоактивных отходов он мог бы привести атомную энергетику на вершины могущества, но по каким-то причинам не привел.Сегодняшний парк промышленных ядерных реакторов, целиком и полностью использует урановое топливо, а конкретно изотоп U235. Произошло это по простой причине — это единственное вещество в природе, которое способно поддерживать цепную реакцию распада. Остальные природные тяжелые элементы, например U238 и Th332 (тот самый торий) цепную ядерную реакцию не поддерживают. Есть еще несколько искусственно получаемых которые способны работать в реакторе — например всем известный Pu239 или U233 — получаемые путем трансмутации тех самых U238, Th332. Тяжеловодные реакторы — один из трех главных дизайнов (наряду с газоохлаждаемыми и жидкосолевыми), в которых может быть применен ториевый цикл. Таким образом. первый момент, почему мы не видим сотни реакторов на тории, весело снабжающих мир электричеством — торий не является ядерным топливом. Он имеет смысл только в составе замкнутого ядерного топливного цикла(ЗЯТЦ), который полноценно так нигде и не был воплощен. Так же как и ЗЯТЦ на уране, торию будут нужны быстрые реакторы с коэффициентом воспроизводства больше 1, радиохимические перерабатывающие заводы и прочие фишки ЗЯТЦ. Фактически, Th332 это конкурент U238 — вещество, которое можно превратить в ядерное топливо. Если говорить в общем у каждого из кандидатов в ядерное топливо есть свои плюсы и минусы: В земной коре его в несколько раз больше, чем урана. Это плюс торию.У тория нет проблем с минорными актиноидами, топливо на основе ториевого цикла становится не радиоактивным уже через несколько сот лет против сотен тысяч у уранового цикла. Это его главный плюс.Однако торий надо добыть, в то время как 3,5 млн тонн урана уже лежат на складахПри трансмутации Th332->U233 образуется промежуточный Pa233, который довольно долго распадается и является нейтронным ядом. Это огромный минус, о нем мы поговорим ниже.Побочный изотоп U232, который будет нарабатываться в топливе с торием дает при распаде цепочку жестких гамма-излучателей, которые резко осложняют переработку ОЯТ. Понятно, что с таким гандикапом (пункт 1) и отсутствием ЗЯТЦ у тория не очень-то много шансов на реализацию, как минимум на сегодня. Да и в остальном у тория нет каких-то недостатков или преимуществ. Часто ему приписывают, например, что он не имеет проблем распространения ядерно-оружейных технологий. Это не так. Да, тут нет плутония, но есть U233, из которого отлично получаются ядерные бомбы. Теперь давайте поговорим о пунктах 2 и 4 поподробнее, т.к. они являются определяющими для будущего тория. Итак, что за проблема минорных актиноидов? При работе ядерного реактора на обычном, человеческом топливе из 3–5% U235 и 95–97% U238 при поглощении нейтронами образуются разнообразные неприятные вещества — минорные актиноиды. К ним относят нептуний Np-237, изотопы америция Am-241, –243, кюрия Cm-242, –244, –245. Все они радиоактивны, и довольно неприятно — мощные гамма излучатели. Однако в свежем ОЯТ их будет совсем немного — несколько килограмм на тонну, против десятков килограмм продуктов деления (типа знаменитого Cs-137), которые еще более активны. В чем же проблема? Проблема в периоде полураспада. Самый длинный период полураспада продуктов деления как раз у Cs-137 — и он составляет ~30 лет. За 300 лет его активность уменьшится в 1000 раз, а за 900 — в миллиард. Это значит, что за исторически обозримое время можно перестать беспокоиться о коррозии ОЯТ и охранять его от нехороших любителей радиоактивности. Оценки для ядерной энергетики: мощности в ГВт Pel, исторической выработки энергии в ГВт*годах Qel, массы ОЯТ в тоннах, массы плутония в этом ОЯТ MPu в тонных, и остальных изотопах в килограммахА вот для минорных актиноидов периоды полураспада составляют тысячи лет. Это значит, что сроки хранения удлиняются с сотен лет до десятков тысяч. Такое время уже довольно сложно представить, зато можно представить, что при интенсивной работе атомной энергетики через несколько тысяч лет ОЯТом будет заставлена довольно большая территория, а самой популярной профессией будет “охранник хранилища ОЯТ”. Ситуация меняется, если вместо цикла с однократным использованием топлива (который существует сейчас) мы переходим к замкнутому циклу — нарабатывая из U238 или Th332 ядерное топливо и сжигая его в реакторе. С одной стороны объем ОЯТ по понятным причинам резко уменьшается, а вот с другой — количество минорных актиноидов будет расти и расти. Проблема уничтожения (путем трансмутации и расщепления) минорных актиноидов в ядерных реакторов с 70х является одной из существенных на пути к разворачиванию ЗЯТЦ. И вот тут Th332 на коне. В его ЯТЦ не будут образовываться МА, а значит нет и проблем с хранением ОЯТ “вечно”, и проблем с обращением с этими очень сложными и неприятными субстанциями в ходе переработки уранового ОЯТ. Таким образом торий получает важное преимущество — ЗЯТЦ на нем чем-то может быть проще. Жидкосолевой реактор — вечный спутник идеи ториевой энергетики.И тут же компенсирует его своими неприятными ядерно-физическими особенностями. Наработка ядерного топлива из U238->Pu239 и Th332->U233 происходит через генерацию промежуточных изотопов Np239 и Pa233 соответственно. Оба они являются “нейтронными ядами”, т. е. паразитно поглощают нейтроны, только вот период полураспада Протоактиния в 10 раз больше, т.е. содержание в топливе его в 1000 (210) раз больше. Это вызывает заметные проблемы при попытке сделать “классический” быстрый реактор на U233 и Th332. Из этой проблемы под руку с ториевым циклом ходит идея жидкосолевого реактора — емкости с расплавом “ядерной” соли FLiBe= LiF + BeF2 и добавленными туда фторидами Th332 и U233. FLiBe с примесью фторида U233 в твердом и жидком виде имеет правильный для ядерного реактора цвет. Такой реактор управляется с помощью контроля утечки нейтронов из активной зоны, и фактически не имеет никаких исполнительных механизмов внутри АЗ, а главное — постоянно очищается радиохимическим способом от Pa233 и продуктов распада U233. Идея ЖСР — святой грааль ядерной инженерии, но одновременно кошмар материаловедов — в этом расплаве быстро образуется вся таблица менделеева в буквальном смысле, и сделать материал, который будет удерживать такую смесь без коррозии в условиях высокой температуры и радиации пока не получается. Разрез индийского AHWR — единственного в мире промышленного реактора, планируемого к работе на Th/U233 и Th/Pu239 MOXТаким образом можно резюмировать: пока у атомной индустрии нет ни особых потребностей, ни возможностей по строительству ториевой энергетики. Экономически это выглядит так — торий не интересен, пока стоимость килограмма урана не превысит 300$, как это сформулировано в выводах отчета МАГАТЭ по ториевому циклу. Даже индусы, в условиях ограничения поставок урана (и отсутствия его ресурсов внутри страны) сделавшие в 80х ставку на ториевый ЗЯТЦ сегодня постепенно сворачивают усилия по его запуску. Ну а нашей страны есть только интересно наследие из эпохи, когда плюсы и минусы тория были непонятны — склады с 80 тысячами тонн монацитового песка (ториевой руды) в Красноуфимске, но нет больших экономически оправданных месторождений тория и планов по его освоению для ядерной энергетики. www.atomic-energy.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
FLiBe с примесью фторида U233 в твердом и жидком виде имеет правильный для ядерного реактора цвет.
