Классическими источниками энергии с самого начала индустриализации являлись природные ископаемые: нефть, газ и уголь, сжигаемые с целью получения энергии. С развитием промышленности и других отраслей, а также в связи с неминуемым человечество открывает все новые источники энергии, не так пагубно влияющие на окружающую среду, более энергетически выгодные и не требующие истощения исчерпаемых природных ресурсов. Ядерная энергетика (также называемая атомной) заслуживает особого внимания.

В чем же заключается ее преимущество? Ядерная энергетика базируется в основном на использовании урана в качестве источника энергии и, в меньшей степени, плутония. Запасы урана в земной коре и мировом океане, которые можно добыть с использованием современных технологий, оцениваются числом 10 8 тонн. Этого количества хватит еще на тысячи лет, что несравнимо с оставшимися запасами, например, той же нефти. Ядерная энергетика при грамотной эксплуатации и утилизации отходов практически безопасна для экологической ситуации - количество выбросов в окружающую среду различных вредных веществ ничтожно мало. Наконец, эффективна с экономической точки зрения. Все это говорит о том, что развитие ядерной энергетики имеет огромную значимость для энергетической промышленности в целом.

На сегодняшний день доля АЭС в мировом энергопроизводстве составляет примерно 16%. Ядерная энергетика на данный момент развивается с несколько замедленной скоростью. Основная причина этого - распространившееся среди общественности убеждение в ее опасности. Случившаяся несколько лет назад катастрофа в Японии и все еще незабытая способствуют созданию неприятного имиджа атомной энергетики. Дело в том, что причинами подобных катастроф всегда является и/или несоблюдение техники безопасности. Соответственно, при аккуратной эксплуатации и развитии обеспечения безопасности на вероятность подобных происшествий минимизируется.

К другим проблемам атомной энергетики также относятся вопросы об утилизации и судьбе нефункционирующих АЭС. Что касается отходов, то их количество значительно меньше числа таковых в остальных отраслях энергетической промышленности. Также проводятся различные исследования, целью которых является обнаружение оптимального способа утилизации отходов.

Перспективы ядерной энергетики в современной промышленности тем не менее, скорее, отрицательные. Несмотря на ее теоретическое преимущество, в реальности выяснилось, что полностью заменить классические отрасли атомная энергетика не может. Кроме того, свою роль играют общественное недоверие к ней и проблемы с обеспечением безопасности на АЭС. Хотя, безусловно, в ближайшее время ядерная энергетика не исчезнет как таковая, на нее вряд ли будут возлагаться большие надежды, и она просто будет дополнять классическую энергетическую промышленность.

Энергия ядерной реакции сосредоточена в ядре атома. Атом – крошечная частица из которых состоит вся материя во Вселенной.

Количество энергии при ядерном делении огромно и она может использоваться для создания электричества, но её сначала необходимо освободить от атома.

Получение энергии

Использование энергии ядерной реакции происходит с помощью оборудования, которое может управлять атомным делением для производства электроэнергии.

Топливо, используемое для реакторов и производства энергии чаще всего гранулы элемента урана. В ядерном реакторе атомы урана вынуждены разваливаться. Когда они разделились, атомы выделяют мельчайшие частицы, называемые продуктами деления. Продукты деления воздействуют на другие атомы урана для разделения – начинается цепная реакция. Энергия ядра, выделяющаяся из этой цепной реакции создает тепло. Тепло от атомного реактора сильно нагревает его, поэтому он должен охлаждаться.

Технологически лучший охлаждающий агент обычно вода, но некоторые ядерные реакторы используют жидкий металл или расплавленные соли. Охлаждающее вещество, нагретое от ядра, производит пар. Пар воздействует на паровую турбину поворачивая её. Турбина через механическую передачу подключена к генератору, который вырабатывает электричество.
Реакторы управляются с помощью управляющих стержней которые можно настроить на количество вырабатываемого тепла. Управляющие стержни изготавливают из материала, как кадмий, гафний или бор чтобы поглощать некоторые из продуктов созданные ядерным делением. Стержни присутствуют во время цепной реакции для контроля реакции. Удаление стержней позволит сильнее развиться цепной реакции и создать больше электроэнергии.

Около 15 процентов мирового электричества генерируется атомными электростанциями.

Соединенные Штаты имеют более чем 100 реакторов, хотя США создает большую часть своей электроэнергии от ископаемого топлива и гидроэлектроэнергии.

В России 33 энергоблока на 10 атомных электростанциях -15% энергобаланса страны.

Литва, Франция и Словакия потребляют большую часть электроэнергии от атомных электростанций.

Ядерное топливо используемое для получения энергии

Уран – это топливо наиболее широко используемое для того чтобы производилась энергия ядерной реакции. Это потому что атомы урана относительно легко делятся на части. Конкретный тип урана для производства под названием U-235, встречается редко. U-235 составляет менее одного процента урана в мире.

Уран добывается в Австралии, Канаде, Казахстане, России, Узбекистане и должен быть обработан, прежде чем его можно будет использовать.

Поскольку ядерное топливо может использоваться для создания оружия, то производство относится к договору о нераспространении такого оружия по импортированию урана или плутония или другого ядерного топлива. Договор способствует мирному использованию топлива, а также ограничению распространения такого типа оружия.

Типичный реактор использует около 200 тонн урана каждый год . Сложные процессы позволяют некоторой части урана и плутония повторно обогащаться или перерабатываться. Это уменьшает количество добычи, извлечения и обработки.

Ядерная энергии и люди

Ядерная атомная энергия производит электричество, которое может использоваться для электропитания домов, школ, предприятий и больниц.

Первый реактор для производства электроэнергии был сооружен в штате Айдахо, США и экспериментально начал питать себя в 1951 году.

В 1954 году в Обнинске, Россия, была создана первая атомная электростанция, предназначенных для обеспечения энергии для людей.

Строительство реакторов с извлечением энергия ядерной реакции требует высокий уровень технологий и только страны, которые подписали договор о нераспространении могут получать уран или плутоний, который требуется. По этим причинам большинство атомных станций расположены в развитых странах мира.

Атомные электростанции производят возобновляемую, экологически чистые ресурсы. Они не загрязняют воздух или производят выбросы парниковых газов. Они могут быть построены в городской или сельской местности и радикально не изменяют окружающую среду вокруг них.

Радиоактивный материал электростанций

Радиоактивный материал в р еакторе безопасен так как охлаждается в отдельной структуре, называемой градирни. Пар превращается обратно в воду и может снова использоваться для производства электроэнергии. Избыточный пар просто перерабатывается в атмосферу, где он не вредит как чистая вода.

Однако, энергия ядерной реакции имеет побочный продукт в виде радиоактивного материала. Радиоактивный материал представляет собой совокупность нестабильных ядер. Эти ядра теряют свою энергию и могут повлиять на многие материалы вокруг них, в том числе живые организмы и окружающую среду. Радиоактивный материал может быть чрезвычайно токсичным, вызывая болезни, увеличивая риск для рака, болезни крови и распад костей.

Радиоактивными отходами является то, что осталось от эксплуатации ядерного реактора.

Радиоактивные отходы покрывают защитную одежду, которую носили рабочие, инструменты и ткани, которые были в контакте с радиоактивной пылью. Радиоактивные отходы долговечны. Материалы, как одежда и инструменты, могут быть радиоактивны тысячи лет. Государство регулирует, как эти материалы удаляются, чтобы не загрязнять что-нибудь еще.

Используемое топливо и стержни чрезвычайно радиоактивны. Гранулы используемого урана должны храниться в специальных контейнерах, которые выглядят как большие бассейны.Некоторые заводы хранят используемое топливо в надземных резервуарах сухого хранения.

Вода, охлаждающая топливо, не контактирует с радиоактивностью поэтому безопасна.

Известны также у которых принцип работы несколько другой.

Использование атомной энергии и радиационная безопасность

Критики использования энергии ядерной реакции беспокоятся, что хранилища для радиоактивных отходов будут течь, иметь трещины или разрушаться. Радиоактивный материал затем мог бы загрязнять почвы и грунтовых вод вблизи объекта. Это может привести к серьезным проблемам со здоровьем людей и живых организмов в этом районе. Всем людям пришлось бы эвакуироваться.

Это то, что произошло в Чернобыле, Украина, в 1986 году. Паровой взрыв в одном из электростанций четвертого ядерного реактора разрушил его и возник пожар. Образовалось облако радиоактивных частиц, который упал на землю или дрейфовал с ветром, а частицы вошли в круговорот воды в природе как дождь. Большинство радиоактивных выпадений упали в Белоруссии.

Экологические последствия Чернобыльской катастрофы произошли немедленно. В километрах вокруг объекта сосновый лес засох, а красный цвет мертвых сосен получил в этом районе прозвище Рыжий лес. Рыба от близлежащей реки Припять получила радиоактивность и люди больше не смогут её употребить. Крупный рогатый скот и лошади умерли. Более 100 000 человек эвакуированы после катастрофы, но количество человеческих жертв Чернобыля трудно определить.

Последствия радиационного отравления появляются только после многих лет. У таких болезней как рак трудно определить источник.

Будущее ядерной энергии

Реакторы используют деление или расщепление атомов для производства энергии.

Энергия ядерной реакции может также производиться путем слияния или присоединения атомов вместе. Производится . Солнце, например, постоянно подвергается ядерному синтезу водородных атомов формируя гелий. Так как жизнь на нашей планете зависит от Солнца, можно сказать, что расщепление делает возможным жизнь на Земле.

Атомные электростанции пока не имеют возможности безопасно и надежно производить энергию путем ядерного синтеза (соединения), но ученые исследуют ядерный синтез, потому что этот процесс скорее всего будет безопасным и экономически более эффективным как альтернативный вид энергии.

Энергия ядерной реакции огромна и должна использоваться людьми. Трудностью для получения этой энергии является множество конкурирующих конструкций с различными хладагентами, рабочими температурами и давлениями теплоносителя, замедлителями и т.д., в дополнение к диапазону проектных выходных мощностей. Таким образом, производственный опыт и опыт эксплуатации будет играть ключевую роль.

Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции , то для Франции, или Японии это попросту невозможно.

Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.

Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии

Рассмотрим плюсы и минусы применения атомной-ядерной энергии, их пользу, вред и значение в жизни Человечества. Очевидно, что атомная энергия сегодня нужна лишь промышленно развитым странам. То есть, основное применение мирная ядерная энергия находит в основном, на таких объектах, как заводы, перерабатывающие предприятия, и т.п. Именно энергоемкие производства, удаленные от источников дешевой электроэнергии (вроде гидроэлектростанций) задействуют ядерные станции для обеспечения и развития своих внутренних процессов.

Аграрные регионы и города не слишком нуждаются в атомной энергии. Ее вполне можно заместить тепловыми и другими станциями. Получается, что овладение, получение, развитие, производство и использование ядерной энергии по большей части направлено на удовлетворение наших потребностей в промышленной продукции. Посмотрим, что это за производства: автомобильная промышленность, военные производства, металлургия, химическая промышленность, нефтегазовый комплекс, и т.д.

Современный человек хочет ездить на новой машине? Хочет одеваться в модную синтетику, кушать синтетику и упаковывать все в синтетику? Хочет ярких товаров разных форм и размеров? Хочет все новых телефонов, телевизоров, компьютеров? Хочет много покупать, часто менять оборудование вокруг себя? Хочет вкусно питаться химической едой из цветных упаковок? Хочет жить спокойно? Хочет слышать сладкие речи с телеэкрана? Хочет, чтобы танков было много, а также ракет и крейсеров, а еще снарядов и пушек?

И он все это получает. Неважно, что в конце расхождение между словом и делом приводит к войне. Неважно, что для его утилизации также нужна энергия. Пока что человек спокоен. Он ест, пьет, ходит на работу, продает и покупает.

А для всего этого нужна энергия. А еще для этого нужно очень много нефти, газа, металла и т.п. И все эти промышленные процессы нуждаются в атомной энергии. Поэтому кто бы что ни говорил, до тех пор, пока не будет запущен в серию первый промышленный реактор термоядерного синтеза, атомная энергетика будет только развиваться.

В плюсы ядерной энергии мы можем смело записать все то, к чему мы привыкли. К минусам – печальную перспективу скорой смерти в коллапсе исчерпания ресурсов, проблемах ядерных отходов, росте численности населения и деградации пахотных площадей. Иначе говоря, атомная энергетика позволила человеку еще сильнее начать овладевать природой, насилуя ее сверх меры настолько, что он за несколько десятилетий преодолел порог воспроизводства основных ресурсов, запустив между 2000 и 2010 годами процесс схлопывания потребления. Этот процесс объективно уже не зависит от человека.

Всем придется меньше есть, меньше жить и меньше радоваться окружающей природе. Здесь кроется еще один плюс-минус атомной энергии, который заключается в том, что страны, овладевшие атомом, смогут эффективнее перераспределять под себя скудеющие ресурсы тех, кто атомом не овладел. Более того, только развитие программы термоядерного синтеза позволит человечеству элементарно выжить. Теперь поясним на пальцах, что же это за «зверь» — атомная (ядерная) энергия и с чем ее едят.

Масса, материя и атомная (ядерная) энергия

Часто приходится слышать утверждение, что «масса и энергия одно и то же», или же такие суждения, будто выражение Е=mс2 объясняет взрыв атомной (ядерной) бомбы. Сейчас, когда вы получили первое представление о ядерной энергии и ее применении, было бы поистине неразумно сбивать вас с толку такими утверждениями, как «масса равна энергии». Во всяком случае, такой способ трактовки великого открытия не из лучших. По-видимому, это всего лишь острословие молодых реформистов, «Галилеев нового времени». На деле же предсказание теории, которое проверено многими экспери-ментами, говорит лишь о том, что энергия имеет массу.

Сейчас мы разъясним современную точку зрения и дадим небольшой обзор истории ее развития.
Когда энергия любого материального тела возрастает, его масса увеличивается, и мы приписываем эту дополнительную массу приросту энергии. Например, при поглощении излучения поглотитель становится горячее и его масса возрастает. Однако возрастание настолько мало, что остается за пределами точности измерений в обычных опытах. Напротив, если вещество испускает излучение, то оно теряет капельку своей массы, которая уносится излучением. Возникает более широкий вопрос: не обусловлена ли вся масса вещества энергией, т. е. не заключен ли во всем веществе громадный запас энергии? Много лет назад радиоактивные превращения на это ответили положительно. При распаде радиоактивного атома выделяется огромное количество энергии (в основном в виде кинетической энергии), а малая часть массы атома исчезает. Об этом ясно говорят измерения. Таким образом, энергия уносит с собой массу, уменьшая тем самым массу вещества.

Следовательно, часть массы вещества взаимозаменяема массой излучения, кинетической энергией и т. п. Вот почему мы говорим: «энергия и вещество способны частично к взаимным превращениям». Более того, мы теперь можем создавать частицы вещества, которые обладают массой и способны полностью превращаться в излучение, также имеющее массу. Энергия этого излучения может перейти в другие формы, передав им свою массу. И наоборот, излучение способно превращаться в частицы вещества. Так что вместо «энергия обладает массой» мы можем сказать «частицы вещества и излучение — взаимопревращаемы, а потому способны к взаимным превращениям с другими формами энергии». В этом и состоит создание и уничтожение вещества. Такие разрушительные события не могут происходить в царстве обычной физики, химии и техники, их следует искать либо в микроскопических, но активных процессах, изучаемых ядерной физикой, либо в высокотемпературном горниле атомных бомб, на Солнце и звездах. Однако было бы неразумно утверждать, что «энергия - это масса». Мы говорим: «энергия, как и вещество, имеет массу».

Масса обычного вещества

Мы говорим, что масса обычного вещества таит в себе огромный запас внутренней энергии, равной произведению массы на (скорость света)2. Но эта энергия заключена в массе и не может быть высвобождена без исчезновения хотя бы части ее. Как возникла столь удивительная идея и почему она не была открыта раньше? Ее предлагали и раньше - эксперимент и теория в разных видах,- но вплоть до двадцатого века изменение энергии не наблюдали, ибо в обычных экспериментах оно соответствует невероятно малому изменению массы. Однако сейчас мы уверены, что летящая пуля благодаря своей кинетической энергии имеет дополнительную массу. Даже при скорости 5000 м/сек пуля, которая в покое весила ровно 1 г, будет иметь полную массу 1,00000000001 г. Раскаленная добела платина массой 1 кг всего прибавит 0,000000000004 кг и практически ни одно взвешивание не сможет зарегистрировать эти изменения. Только когда из атомного ядра высвобождаются огромные запасы энергии или когда атомные «снаряды» разгоняются до скорости, близкой к скорости света, масса энергии становится заметной.

С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7%. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения). 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию около 600000000000 Кал.

Сравните это с 140 000 Кал, выделяющимися при соединении того же количества водорода с кислородом в химическом взрыве.
Обычная кинетическая энергия дает заметный вклад в массу очень быстрых протонов, получаемых на циклотронах, и это создает трудности при работе с такими машинами.

Почему мы все же верим, что Е=mс2

Сейчас мы воспринимаем это как прямое следствие теории относительности, но первые подозрения возникли уже ближе к концу 19 века, в связи со свойствами излучения. Тогда казалось вероятным, что излучение обладает массой. А поскольку излучение переносит, как на крыльях, со скоростью с энергию, точнее, само есть энергия, то появился пример массы, принадлежащей чему-то «невещественному». Экспериментальные законы электромагнетизма предсказывали, что электромагнитные волны должны обладать «массой». Но до создания теории относительности только необузданная фантазия могла распространить соотношение m=Е/с2 на другие формы энергии.

Всем сортам электромагнитного излучения (радиоволнам, инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету и т. д.) свойственны некоторые общие черты: все они распространяются в пустоте с одинаковой скоростью и все переносят энергию и импульс. Мы представляем себе свет и другое излучение в виде волн, распространяющихся с большой, но определенной скоростью с=3*108 м/сек. Когда свет падает на поглощающую поверхность, возникает теплота, показывающая, что поток света несет энергию. Эта энергия должна распространяться вместе с потоком с той же скоростью света. На деле скорость света именно так и измеряется: по времени пролета порцией световой энергии большого расстояния.

Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, он выбивает электроны, вылетающие точно так же, как если бы их ударил компактный шарик. , по всей видимости, распространяется концентрированными порциями, которые мы называем «квантами». В этом и заключается квантовый характер излучения, несмотря на то, что эти порции, по-видимому, создаются волнами. Каждая порция света с одной и той же длиной волны обладает единой и той же энергией, определенным «квантом» энергии. Такие порции мчатся со скоростью света (собственно, они-то и есть свет), перенося энергию и количество движения (импульс). Все это позволяет приписать излучению некую массу - каждой порции приписывается определенная масса.

При отражении света от зеркала теплота не выделяется, ибо отраженный луч уносит всю энергию, но на зеркало действует давление, подобное давлению упругих шариков или молекул. Если же вместо зеркала свет попадает на черную поглощающую поверхность, давление становится вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что луч несет количество движения, поворачиваемое зеркалом. Следовательно, свет ведет себя так, как если бы у него была масса. Но можно ли откуда-то еще узнать, что нечто обладает массой? Существует ли масса по своему собственному праву, как, например, длина, зеленый цвет или вода? Или это искусственное понятие, определяемое поведением наподобие Скромности? Масса, на самом деле, известна нам в трех проявлениях:

• А. Туманное утверждение, характеризующее количество «вещества», (Масса с этой точки зрения присуща веществу - сущности, которую мы можем увидеть, потрогать, толкнуть).
• Б. Определенные утверждения, увязывающие ее с иными физическими величинами.
• В. Масса сохраняется.

Остается определить массу через количество движения и энергию. Тогда любая движущаяся вещь с количеством движения и энергией должна иметь «массу». Ее массой должно быть (количество движения)/(скорость).

Теория относительности

Стремление увязать воедино серию экспериментальных парадоксов, касающихся абсолютного пространства и времени, породило теорию относительности. Два сорта экспериментов со светом давали противоречивые результаты, а опыты с электричеством еще больше обострили этот конфликт. Тогда Эйнштейн предложил изменить простые геометрические правила сложения векторов. Это изменение и составляет сущность его «специальной теории относительности».

Для малых скоростей (от медлительной улитки до быстрейшей из ракет) новая теория согласуется со старой.
При высоких скоростях, сравнимых со скоростью света, наше измерение длин или времени модифицируется движением тела относительно наблюдателя, в частности масса тела становится тем больше, чем быстрее оно движется.

Затем теория относительности провозгласила, что это увеличение массы носит совершенно общий характер. При обычных скоростях никаких изменений нет, и только при скорости 100 000 000 км/час масса возрастает на 1%. Однако для электронов и протонов, вылетающих из радиоактивных атомов или современных ускорителей, оно достигает 10, 100, 1000%…. Опыты с такими высокоэнергетическими частицами великолепно подтверждают соотношение между массой и скоростью.

На другом краю находится излучение, не имеющее массы покоя. Это не вещество и его нельзя удержать в покое; оно просто имеет массу, и движется со скоростью с, так что его энергия равна mс2. О квантах, мы говорим как о фотонах, когда хотим отметить поведение света как потока частиц. Каждый фотон имеет определенную массу m, определенную энергию Е=mс2 и количество движения (импульс).

Ядерные превращения

В некоторых экспериментах с ядрами массы атомов после бурных взрывов, складываясь, не дают ту же самую полную массу. Освобожденная энергия уносит с собой и какую-то часть массы; кажется, что недостающая часть атомного материала исчезла. Однако если мы припишем измеренной энергии массу Е/с2, то обнаружим, что масса сохраняется.

Аннигиляция вещества

Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение - от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг - и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.

Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов - положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.

Создание вещества

Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.

Просто о сложном – Ядерная (Атомная) энергия

• Галерея изображений, картинки, фотографии.
• Ядерная энергия, энергия атома – основы, возможности, перспективы, развитие.
• Интересные факты, полезная информация.
• Зеленые новости – Ядерная энергия, энергия атома.
• Ссылки на материалы и источники – Ядерная (Атомная) энергия.

Сегодня мы поговорим об атомной энергетике, ее производительности по сравнению с газом, нефтью, тепловыми электростанциями, ГЭС, а также о том, что атомная энергия — великий потенциал Земли, об ее опасности и пользе, ведь сегодня в мире, особенно после ряда мировых катастроф, связанных с атомными станциями и войной, ведутся споры о нужности атомных реакторов.

Итак, сначала, что такое атомная энергетика.

«Ядерная энергетика (Атомная 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.

Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах».

АЭС - атомные электростанции производят электрическую или тепловую энергию с помощью ядерного реактора. Официально доля производимого ныне электричества с помощью АЭС снизилась за последнее десятилетие с 17-18 процентов до чуть более чем 10, по другим источникам - будущее за атомной энергетикой, и ныне доля энергии АЭС возрастает, в потенциале строятся новые АЭС, в том числе в России. Пока АЭС в большей части не рассчитаны на удовлетворение тепловых запросов населения (лишь в нескольких странах), атомная энергия используется для атомных подводных лодок, ледоколах, у США в проекте создание ядерного двигателя для космического корабля, атомного танка. Страны, активно использующие атомную энергию для покрытия нужд населения - США, Франция, Япония, при этом атомные станции во Франции покрывают более 70 % потребности страны в электроэнергии.

Ядерная энергетика имеет плюсом то, что при малых потреблениях ресурсов АЭС выдают огромный потенциал энергии.

Как бы нам, простым смертным, не казалось, что ядерная энергетика это далеко и неправда, на самом деле — это сегодня один из самых насущных вопросов, обсуждаемых в мире на уровне глобальных технологий, поскольку сфера обеспечения планеты энергией встает все острее, и самым перспективным направлением является как раз ядерная энергетика, почему — объясним в статье.

Ядерный цикл — основа ядерной энергетики, его этапы включают добычу урановой руды, ее измельчение, преобразование отделенного диоксида урана, переработка урана в высоко концентрированный и особого вида для получения тепло выделительных элементов для введения в зону ядерного реактора, затем сбор отработанного топлива, охлаждение и захоронение в специальных «кладбищах ядерных отходов». Вообще - самое опасное в использовании ядерного топлива - это добыча урана и захоронение ядерного топлива, работа АЭС не оказывает особого вреда окружающей среде.

Работающий атомный реактор, вышедший из строя может остывать (внимание!!) 4,5 года!

Первые попытки осуществления цепной реакции ядерного распада были произведены в университете Чикаго, уран в качестве топлива и графит в качестве замедлителя - в конце 1942 года.

На планете минимум пятая часть всей энергии вырабатывается атомными станциями.

«Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на конец 2016 года насчитывалось 450 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».

США, Франция - самые производительные страны по ядерной энергетике, АЭС Франции обеспечивают более двух трети тепловых запросов страны.

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».

В России (4-я страна по количеству атомных блоков, после Японии, США и Франции) стоимость ядерной энергии одна из самых низких, всего 95 коп (данные 2015-го года) за киловатт/час, и относительная безопасность с экологической точки зрения: нет выбросов в атмосферу, только водяной пар. Да и в целом АЭС довольно безопасный источник энергии, НО! При безопасной работе! Как говорят специалисты - у любой технологии есть свои минусы… Конечно, это спорное утверждение, что тысячи жертв и миллионы пострадавших - это просто минусы технологий, однако если посчитать жертв современного прогресса в других областях - картина будет нелестная.

Давайте обсудим пользу и опасность атомной энергетики. Очень странно, по мнению многих, обсуждать пользу атомной энергии.. особенно после таких событий как взрыв на Чернобыльской АЭС, Фукусима, уничтожение Хиросимы и Нагасаки… Однако все, что опасно в больших дозах, либо при неправильном использовании, либо при сбое вызывает катастрофы — при правильном использовании, в мирно идущем ритме очень часто вполне безопасно. Если разобрать структуру и механизм ядерных бомб, причину, проблему взрыва на Чернобыльской АЭС, то можно понять, что это сравнимо с ядом, который в малых количествах может быть лекарством, а в больших и при соединении с другими ядами - смертелен.

Итак, основные доводы тех, кто против атомной энергетики - что отходы после переработки ядерного топлива сложно утилизировать, они приносят много вреда природе, также вышедшие из строя и действующие АЭС могут служить оружием массового поражения в случае войны или в случае аварии.

«Вместе с тем, выступающая за продвижение ядерной энергетики Всемирная ядерная ассоциация опубликовала в 2011 году 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».

Радиоактивные отходы опасны своим вредным излучением и тем, что период полураспада у них очень долгий, соответственно, они долго излучают радиацию в огромных дозах. Для захоронений отходов используют специальные места, сегодня в России наиболее актуален вопрос, где делать «кладбище» радиоактивных отходов. Подобное захоронение планировалось сделать в Красноярском крае. Сегодня в России несколько захоронений подобного типа, на Урале например, там же и получают обогащенный уран (40 % мирового производства!!).

Хоронят в герметизированных бочках, каждый кг под строгой отчетностью.

Самые безопасные атомные станции строит именно Россия. После трагедии с Фукусимой мир учел ошибки АЭС, строительство сегодняшних АЭС в основном предусматривают более безопасную конструкцию, чем построенные ранее. Российские АЭС наиболее безопасные из всех мировых, как раз в «наших» АЭС учтены все ошибки, допущенные в случае с Фукусимой. В проекте даже АЭС, которая выдержит 9-бальное землетрясение, цунами.

В России сегодня около 10 АЭС и столько же строящихся.

Россия на 5-м месте по добычи урана, но по запасам на 2-м. Основное количество урана добывают в Краснокаменске, в глубоких шахтах. Опасен не столько сам уран, сколько радон - газ, образующийся при добыче урана. Очень много горняков, большую часть жизни занимавшихся добычей урана, умирают от рака, не доживая до пенсионного возраста (не верьте фильмам где говоря что все здоровые и живые, поскольку это исключение), люди в рядом находящихся деревнях также рано умирают или муаются от болезней.

Среди экологов, ученых ведутся ожесточенные споры о том, безопасна ли атомная энергия. Есть мнения абсолютно разные, такая радикальность вызвана в том числе и тем, что атомная энергия еще сравнительно молодая ниша мировых технологий, потому достаточных исследований, подтверждающих опасность или безопасность — нет. Но из того, что мы сегодня имеем, уже можно сделать вывод о сравнительной безопасности и пользе атомной энергетике.

Насчет экономичности - все сомнительно с точки зрения тех, кто против атомной энергетики.

Сегодня для поддержания работы АЭС требуется все больше затрат, в частности для нормальной безопасной деятельности, для добычи топлива и захоронения отходов. А сами АЭС, как мы уже выше писали, — могут быть потенциальным средством массового поражения населения, оружием.

Чернобыль, Фукусима, хоть и редкость, но имели место быть, а это значит, что есть шанс повторения.

Радиоактивные захоронения еще сохраняют радиацию много тысяч лет!!!

Вырабатываемые пары в результате работы АЭС создают мощный парниковый эффект, который при накапливании оказывает разрушительное влияние на природу.

ГЭС, например, ничуть не безопаснее, как утверждают специалисты, при прорыве плотины случаются не менее серьезные катастрофы, при использовании иных видов топлива также страдает природа, и в разы больше чем при ядерной энергетики.

Теперь о плюсах. Вывод о пользе атомной энергетики можно сделать, во-первых, из-за экономической выгодности, рентабельности (уже указанные выше «тарифы», где в России например самое дешевая энергия АЭС), во-вторых, из-за сравнительной безопасности для окружающей среды, ведь при правильной работе АЭС в атмосферу выделяется только пар, есть проблемы только с захоронением отходов.

1 гр урана даёт столько же энергии, сколько сжигание 1000 кг нефти или даже больше.

Чернобыль - это исключение и человеческий фактор, а вот миллион тонн угля - несколько человеческих жизней, при этом энергии от сгорания угля и нефти получается намного меньше, чем от ядерного топлива. Радиационный фон от сжигания угля, нефти соизмерим с той же Фукусимой, только когда катастрофа - это сразу и много, а постепенный вред не так заметен, однако более серьезен. А сколько природы губится вырубленными карьерами и когда добывается сырье, терриконами.

По сведению ряда экологов — отсутствие радиации иногда вреднее чем ее наличие и даже иногда избыток. Почему?

Радиоактивные частицы окружают нас кругом, от рождения до смерти. И радиация «в рамках» тренирует иммунитет клеток к защите от радиации, если человек будет полностью лишен контакта с радиоактивной средой - то может умереть от первого же контакта с ней впоследствии. И атомные станции, согласно доводам ученых, излучают лишь малую часть вредной радиации. Отсутствие радиации не менее опасно чем ее избыток - ка считают некоторые экологи.

Придерживающиеся же обратной точки зрения о том что атомная энергия это зло, говорят о небезопасности атомных реакторов и альтернативе иных видов энергии — солнце, ветре.

Дискуссии на тему добра и зла атомной энергии даже называются громко: «принесет ли мир мирный атом?». И эти дискуссии на сегодняшний день бесконечны. Но можно сказать главное - иного выхода кроме как развивать атомную энергетику во всем мире у людей нет, поскольку объем потребляемых ресурсов энергии и тепла все больше возрастает, и ни одна другая форма добычи и выработки энергии не способна покрыть запросы человечества лучше чем ядерная энергетика.

Нас становится неимоверно много, это уже не знают только живущие в далеких глубинках, планета исчерпала все возможные ресурсы для поддержания нормального уровня жизни человечества. Даже исходя из данных приведенных в статье - атомная энергетика самая перспективная отрасль, способная при меньшем вреде для окружающей среды и затратах дать намного больший объем энергии, ее производительность выше других известных источников энергии.

В настоящее время уже не только физики-ядерщики поняли, что ядерная энергия - источник энергии, который открывает принципиально новые возможности и новые проблемы развития человечества. Более 60 лет назад в своем докладе Конгрессу США Энрико Ферми писал, что ядерная энергетика (nuclear energy ) - это новый источник, который, если использовать его правильно, на основе реакторов-бридеров на быстрых нейтронах (БР), то есть реакторов, которые производят топлива больше, чем сжигают (неслучайно французы называют их «Фениксами»), позволит создать практически чистый и неограниченный по масштабам развития источник энергии. Например, одна 1000-мегаваттная угольная станция требует в день 7 эшелонов угля, такой же 1000-мегаваттный реактор требует в год один вагон. Вагон и эти эшелоны, миллионы тонн - это и есть отходы. Все отходы атомной станции, которые сейчас есть в мире, можно собрать на одном стадионе, это будет куб 50×50×50 м.

1

Природные запасы урана и тория - сырье для ядерного топлива бридеров - достаточны для энергетического развития нашей планеты на сотни лет.

Но оказывается, это плюсы, которые сопровождают минусы. Ядерная энергетика позволяет собрать все радиоактивные отходы в одном месте, но никто не хочет предоставлять территорию для захоронения. Единственные две страны, которые определились, что они под морским дном в гранитном поясе делают вечное хранилище, - это Швеция и Финляндия. Эти страны выбрали путь вечного хранилища, хотя с самого начала атомщики открыли, что можно перерабатывать топливо, выделять вторичный элемент, который и является смыслом развития атомной энергетики. Дело в том, что в природном уране только 0,7% урана-235, делящегося элемента, который может служить и для бомб, и запалом для реактора. Остальные 99,3% - это сырьевой уран-238. На нем нельзя создать критический реактор или сделать бомбу, но, если в нем поглощается нейтрон, образуется плутоний - еще более перспективный изотоп и для бомбы, и для энергетики. Реакторы, которые задумывались как будущее энергетики, - это реакторы-размножители (бридеры, разновидность реакторов на быстрых нейтронах).

Единственный реактор на быстрых нейтронах на сегодняшний день в России работает на Белоярской станции (строится еще один), но, к сожалению, они работают на урановом топливе. В 90-е годы работа по их разработке и строительству была приостановлена. Сейчас мы возвращаемся к реализации этой программы, как, например, и Индия, которая в конце 2013 года должна пустить быстрый реактор - бридер на плутонии - и начинает строить серию таких же реакторов.

2

Есть и другая сторона этой проблемы: если ядерная страна захочет сказать «я больше не использую ядерную энергетику», то это принципиально невозможно. Нельзя подойти к атомной станции, закрыть ее на ключ и сказать, что ее больше нет. У нее есть, во-первых, остаточное тепловыделение, которое надо снимать, есть ОЯТ - отработанное ядерное топливо, содержащее продукты деления, это радиоактивные отходы, есть плутоний, который надо хранить миллионы лет, если у вас нет реактора, или сжигать как самое привлекательное топливо в реакторе на быстрых нейтронах. Ядерная технология - единственно реальная возможность избавиться в будущем от долгоживущего радиоактивного наследства ее развития, в том числе наследства оборонного.

Если мы остаемся в развитии ядерной энергетики на реакторах существующего поколения, то у нас запасов урана-235 меньше, чем нефти, в 2–3 раза. Если мы строим реакторы на быстрых нейтронах, то это неограниченный источник энергии. Но кроме быстрого реактора нужно еще замкнуть топливный цикл, топливо, выгружаемое из реактора, надо перерабатывать и повторно использовать. Такие технологии применяются во Франции. (Сейчас, после вывода из эксплуатации своих первых реакторов на быстрых нейтронах PHENIX и SUPER-PHENIX, они продолжают использовать плутоний только в виде уран-плутониевого топлива в реакторах на тепловых нейтронах. Это малоэффективно.)

3

Соединенные Штаты были пионерами в этой области, уже в 1946 году у них работал первый быстрый реактор, в 1951 году они получили первое «ядерное» электричество на быстром реакторе EBR-1 и продемонстрировали возможность накопить плутония больше, чем сжечь.

На реакторе EBR-2 в 1968 году они продемонстрировали замкнутый ядерный топливный цикл. Но потом администрация США решила, что БР - это слишком опасный источник плутония «оружейного» качества для распространения, и программа БР в США была закрыта. Сейчас, через 30 лет, когда мы столкнулись с проблемой ресурсов в ядерной энергетике, международное сообщество организовало международный проект GIF (Generation IV International Forum ) для выработки типов реакторов, которые спасут ядерную энергетику, вернутся к ее истокам и воплотят идеи пионеров. Международным сообществом были отобраны шесть лучших типов реакторов, четыре из них - реакторы на быстрых нейтронах, в том числе тот, который работает у нас, типа БН.

4

Сегодня Соединенные Штаты понимают, что без быстрых реакторов нет будущего у ядерной энергетики, но эта страна утратила научную школу БР. В России это направление исследований сохранилось, и строительство реактора БН-800 - это лучший способ сохранить школу БР. Китай покупает реакторы у нас, Индия самостоятельно развивается, Франция, после того как они остановили свой реактор SUPER-PHENIX под давлением «зеленого» правительства, закрыли разработки, а сейчас пытаются возобновить. Появляются альтернативные направления. Но, так или иначе, остается проблема: быстрый реактор - лучший наработчик оружейного плутония. Замкнутый топливный цикл предусматривает переработку отработанного топлива, чтобы извлечь и то, что является наиболее полезным (плутоний и другие актиноиды), и то, что является наиболее вредным (продукты деления), то есть при существующей сейчас технологии переработки это может создать риск распространения. С увеличением масштабов энергетики увеличивается оборот топливного цикла, перевозки, персонал, распространение знаний. Все ли страны имеют право развивать у себя такую ядерную промышленность, развивать такую технологию?

5

Во время последних событий в Японии - аварии на АЭС Фукусима-1 - произошла тяжелая авария на четырех реакторах и на трех хранилищах - семь тяжелых аварий одновременно. А мы считали, что после Чернобыля наша ядерная энергетика станет практически безопасна. Более безопасны новые реакторы, которые разрабатываются, но из 440 реакторов, которые работают, 60% построены до Чернобыля. Они усовершенствованы, они улучшены, но это реакторы старого типа.

Например, реакторы типа РБМК не защищены от последствий аварии, на любом реакторе возможна авария, и заявления о сверхбезопасных реакторах - это блеф. Безопасным является тот реактор, на котором, если произойдет авария, отрицательных последствий для населения не будет, и такие реакторы сейчас разрабатываются. Для Китая и Индии, где есть только уголь, нет нефти и газа, ядерная энергетика - единственный способ спасения. И Китай делает прорыв: до сих пор в Китае строили только проверенные реакторы, например ВВЭР-1000, теперь они строят реакторы, которые нигде еще не работают, инновационные (АР-1000 Вестингауз и EPR, французской «Аревы» - это новые реакторы, III+ поколения, подготовка к IV поколению).

К шести реакторам будущего (GIF-4) кроме быстрых реакторов относятся и сверхвысокотемпературные реакторы, которые позволят нарабатывать искусственное топливо. И водо-водяные реакторы с «закритическими» параметрами (то есть с КПД на уровне современной энергетики на органическом топливе - до 45%).

В сочетании с быстрыми реакторами такая многокомпонентная ядерная энергетика может стать основой нашей энергетической безопасности. Вопрос о том, как реализовать БР и замкнутый ЯТЦ, сохранив режим нераспространения.

6

Решение этой проблемы ищется на различных путях, для этого в том числе в 1957 году было создано МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии). Инспекторы МАГАТЭ сейчас с введением Дополнительного протокола (после 1993 года) могут поехать и проверить, что происходит в той или иной стране, взять пробы. Это введение более строгого режима контроля. Развивается институционный режим, новые организационные меры.

Необходимо технологически и технически разрабатывать методы, не допускающие «утечку чувствительных» материалов (если не будет чистого плутония, а будет плутоний в смеси с изотопами актиноидами, его нельзя использовать для бомбы). Если избавиться от обогащения - а быстрый реактор не требует обогащения, - тогда человечество сможет выступить с идеей безопасности с точки зрения распространения ядерной энергетики. На Саммите Тысячелетия ООН в 2000 году наша страна выступила с инициативой: ядерная энергетика без обогащения, без свободного плутония как основа стабильного энергетического развития мира.

Пример решения проблемы есть и в нашей истории: Советский Союз организовал региональный ядерный топливный цикл - разрабатывал реакторы, производил топливо, перерабатывал его. Страны Восточной Европы получали атомные станции, но топливным циклом не занимались, все опасные отходы и все плутониевое топливо возвращалось в СССР. Страны получили новый эффективный источник энергии, но все «чувствительные» материалы, технологии и знания оставались в пределах и под контролем «ядерной» державы - СССР.

7

Таким образом, создание международного режима требует создания региональных (международных) центров ядерного топливного цикла. Например, международные Центры ядерного обогащения, как и Центры переработки ОЯТ и Центры БР, должны быть созданы и работать под международным контролем. В одиночку ни одна страна, даже из «великих» держав, не сумела до сих пор создать коммерческую АЭС с быстрым реактором - бридером, работающим в замкнутом ЯТЦ.

Но необходимо пройти этот длинный и трудный путь развития международного сотрудничества в области мирного использования ядерных технологий - слишком большое значение имеет ядерная технология для экономики и безопасности стран, ее освоивших.

Первые шаги уже делаются - эта идея развивается в МАГАТЭ в рамках нового международного проекта ИНПРО, созданного по инициативе нашей страны. Начата реализация идеи создания Международного центра ядерного обогащения на базе Ангарского комбината.