Atomi (ydin)energia. Atomienergian käyttö Viesti atomienergian aiheesta lyhyesti

Nuo. niissä teollisuusmaissa, joissa luonnon energiaresurssit eivät riitä. Nämä maat tuottavat noin neljänneksen ja puolet sähköstään ydinvoimaloilla. Yhdysvallat tuottaa vain kahdeksasosan sähköstään ydinvoimaloilla, mutta se on noin viidesosa maailman sähköstä.

Ydinvoima on edelleen kiivasta keskustelun aihe. Ydinenergian kannattajat ja vastustajat eroavat toisistaan ​​jyrkästi arvioidessaan sen turvallisuutta, luotettavuutta ja taloudellinen tehokkuus. Lisäksi laajalti on levinnyt mielipide ydinpolttoaineen mahdollisesta vuotamisesta sähköntuotantosektorilta ja sen käytöstä sähköntuotantoon. ydinaseet.

Ydinpolttoainekierto.

Ydinvoima on monimutkainen teollisuus, joka sisältää monia teollisia prosesseja, jotka yhdessä muodostavat polttoainekierron. Olla olemassa erilaisia ​​tyyppejä polttoainesyklit riippuen reaktorin tyypistä ja siitä, miten syklin viimeinen vaihe etenee.

Tyypillisesti polttoainekierto koostuu seuraavista prosesseista. Kaivokset tuottavat uraanimalmia. Malmi murskataan uraanidioksidin erottamiseksi ja radioaktiivinen jäte kaadetaan. Tuloksena oleva uraanioksidi (keltainen kakku) muunnetaan uraaniheksafluoridiksi, kaasumaiseksi yhdisteeksi. Uraani-235:n pitoisuuden lisäämiseksi uraaniheksafluoridia rikastetaan isotooppierotuslaitoksissa. Rikastettu uraani muunnetaan sitten takaisin kiinteäksi uraanidioksidiksi, josta valmistetaan polttoainepellettejä. Polttoaine-elementit (polttoaine-elementit) kootaan pelleteistä, jotka yhdistetään kokoonpanoiksi syötettäväksi ydinvoimalaitoksen ydinreaktorin sydämeen. Reaktorista otetulla käytetyllä polttoaineella on korkea säteilytaso ja se lähetetään voimalaitoksen alueella jäähtymisen jälkeen erityisvarastoon. Siinä määrätään myös aseman käytön ja huollon aikana kertyneen alhaisen säteilytason jätteiden loppusijoituksesta. Käyttöiän lopussa itse reaktori on poistettava käytöstä (dekontaminaatio ja reaktoriyksiköiden hävittäminen). Polttoainekierron jokaista vaihetta säännellään siten, että varmistetaan ihmisten turvallisuus ja ympäristön suojelu.

Ydinreaktorit.

Teolliset ydinreaktorit kehitettiin alun perin vain maissa, joissa on ydinaseita. USA, Neuvostoliitto, Iso-Britannia ja Ranska tutkivat aktiivisesti erilaisia ​​​​ydinreaktorimuunnelmia. Myöhemmin ydinvoimateollisuutta alkoi kuitenkin hallita kolme päätyyppiä reaktoreita, jotka eroavat pääasiassa polttoaineesta, jäähdytysnesteestä, jota käytetään ylläpitämään haluttua sydämen lämpötilaa, ja hidastimessa, jota käytetään vähentämään hajoamisprosessin aikana vapautuvien neutronien nopeutta ja jotka ovat välttämättömiä ylläpitämiseksi. ketjureaktion.

Niistä ensimmäinen (ja yleisin) tyyppi on rikastettu uraanireaktori, jossa sekä jäähdytysneste että hidastin ovat tavallista tai "kevyt" vettä (kevytvesireaktori). Kevytvesireaktoreita on kahta päätyyppiä: reaktori, jossa turbiineja käyttävä höyry tuotetaan suoraan sydämessä (kiehumisvesireaktori), ja reaktori, jossa höyryä tuotetaan ulkoisessa tai toisessa piirissä, joka on kytketty primääripiiri lämmönvaihtimilla ja höyrystimillä (vesi-vesivoimareaktori - VVER). Kevytvesireaktorin kehittäminen aloitettiin jo Yhdysvaltain armeijan ohjelmissa. Näin ollen 1950-luvulla General Electric ja Westinghouse-yhtiöt kehittivät kevytvesireaktoreita Yhdysvaltain laivaston sukellusveneisiin ja lentotukialuksiin. Nämä yritykset olivat myös mukana toteuttamassa sotilaallisia ohjelmia ydinpolttoaineen regenerointia ja rikastamista koskevien teknologioiden kehittämiseksi. Samalla vuosikymmenellä Neuvostoliitossa kehitettiin grafiittihidattu kiehuva vesireaktori.

Toinen käytännön sovelluksen saanut reaktorityyppi on kaasujäähdytteinen reaktori (grafiittihidastimella). Sen luominen liittyi myös läheisesti varhaisiin ydinaseiden kehitysohjelmiin. 1940-luvun lopulla ja 1950-luvun alussa Iso-Britannia ja Ranska pyrkivät rakentamaan omia atomipommejaan kaasujäähdytteisten reaktorien kehittämiseen, jotka tuottavat aselaatuista plutoniumia melko tehokkaasti ja voivat toimia myös luonnonuraanilla.

Kolmas kaupallisesti menestynyt reaktorityyppi on sellainen, jossa sekä jäähdytysneste että hidastin ovat raskasta vettä ja polttoaineena myös luonnonuraania. Ydinajan alussa raskaan vesireaktorin mahdollisia etuja tutkittiin useissa maissa. Kuitenkin silloin tällaisten reaktorien tuotanto keskittyi pääasiassa Kanadaan, osittain sen valtavien uraanivarantojen vuoksi.

Ydinteollisuuden kehittäminen.

Toisen maailmansodan jälkeen sähköteollisuuteen investoitiin kymmeniä miljardeja dollareita ympäri maailmaa. Tätä rakennusbuumia vauhditti sähkön kysynnän nopea kasvu, joka oli selvästi nopeampaa kuin väestön ja kansantulon kasvu. Pääpaino oli hiilellä ja vähäisemmässä määrin öljyllä ja kaasulla toimivissa lämpövoimalaitoksissa (TPP) sekä vesivoimaloissa. Teollisuustyyppistä ydinvoimalaa ei ollut vuoteen 1969 asti. Vuoteen 1973 mennessä käytännöllisesti katsoen kaikki teollisuusmaat olivat käyttäneet loppuun laajamittaisen vesivoiman resurssit. Energian hintojen nousu vuoden 1973 jälkeen, sähkön kysynnän nopea kasvu ja kasvava huoli kansallisen energiateollisuuden riippumattomuuden menettämisestä vaikuttivat kaikki siihen, että ydinenergia on ainoa todellinen. vaihtoehtoinen lähde energiaa lähitulevaisuudessa. Arabien öljysaarto vuosina 1973-1974 aiheutti lisämääräysaallon ja optimistisia ennusteita ydinenergian kehityksestä.

Mutta jokainen ensi vuonna tehnyt muutoksia näihin ennusteisiin. Ydinvoimalla oli yhtäältä kannattajia hallituksissa, uraaniteollisuudessa, tutkimuslaboratorioissa ja voimakkaiden energiayhtiöiden keskuudessa. Toisaalta syntyi voimakas vastustus, jossa väestön etuja, ympäristön puhtautta ja kuluttajien oikeuksia puolustavat ryhmät yhdistyivät. Tähän päivään asti jatkuva kiista on keskittynyt lähinnä polttoainekierron eri vaiheiden haitallisiin vaikutuksiin. ympäristöön, reaktorionnettomuuksien todennäköisyys ja niiden mahdolliset seuraukset, reaktorien rakentamisen ja toiminnan organisointi, hyväksyttävät vaihtoehdot ydinjätteen loppusijoitukseen, mahdollisuus sabotaasiin ja terrori-iskuihin ydinvoimaloihin sekä kansallisten ja kansainvälisiä toimia ydinaseiden leviämisen estämiseksi.

Turvallisuusongelmat.

Muun muassa Tšernobylin katastrofi ja muut ydinreaktorionnettomuudet 1970- ja 1980-luvuilla tekivät selväksi, että tällaiset onnettomuudet ovat usein arvaamattomia. Esimerkiksi Tšernobylissä yksikön 4 reaktori vaurioitui vakavasti suunnitellun sammutuksen aikana tapahtuneen tehopiikin seurauksena. Reaktori oli betonikuoressa ja varustettu hätäjäähdytysjärjestelmällä ja muilla nykyaikaisilla turvajärjestelmillä. Mutta kenellekään ei koskaan tullut mieleen, että kun reaktori sammutetaan, voisi syntyä jyrkkä tehopiippu ja reaktorissa sellaisen aallon jälkeen muodostunut kaasumainen vety ilmaan sekoittuneena räjähtää siten, että se tuhoaisi reaktorirakennuksen. . Onnettomuuden seurauksena yli 30 ihmistä kuoli, yli 200 000 ihmistä Kiovassa ja sen lähialueilla sai suuria säteilyannoksia ja Kiovan vesihuollon lähde saastunut. Onnettomuuspaikan pohjoispuolella - aivan säteilypilven reitillä - ovat laajat Pripjatin suot, jotka ovat elintärkeitä Valko-Venäjän, Ukrainan ja Länsi-Venäjän ekologialle.

Yhdysvalloissa ydinreaktoreita rakentava ja käyttävä teollisuus on myös kohdannut monia turvallisuusongelmia, jotka ovat hidastaneet rakentamista, pakottaneet monia muutoksia suunnittelu- ja toimintastandardeihin sekä nostaneet sähkön hintaa ja hintaa. Näillä vaikeuksilla näyttää olleen kaksi päälähdettä. Yksi niistä on tiedon ja kokemuksen puute uusi toimiala energiaa. Toinen on ydinreaktoriteknologian kehittäminen, jonka aikana syntyy uusia ongelmia. Mutta vanhat jäävät, kuten höyrystimen putkien korroosio ja kiehumisvesireaktorien putkien halkeilu. Muita turvallisuusongelmia, kuten jäähdytysnesteen virtauksen äkillisten muutosten aiheuttamia vaurioita, ei ole täysin ratkaistu.

Ydinenergian taloustiede.

Investoinnit ydinenergiaan, kuten investoinnit muihin sähköntuotannon osa-alueisiin, ovat taloudellisesti perusteltuja, jos kaksi ehtoa täyttyy: kilowattitunnin hinta on korkeintaan halvimman vaihtoehtoisen tuotantotavan hinta ja odotettavissa oleva sähkön kysyntä on riittävän korkea. että tuotettu energia voidaan myydä sen kustannusta korkeampaan hintaan. 1970-luvun alussa maailmantalouden näkymät olivat ydinvoiman kannalta erittäin suotuisat, kun sekä sähkön kysyntä että pääpolttoaineiden, hiilen ja öljyn, hinnat nousivat nopeasti. Mitä tulee ydinvoimalan rakentamiskustannuksiin, lähes kaikki asiantuntijat olivat vakuuttuneita siitä, että se pysyisi vakaana tai jopa alkaisi laskea. Kuitenkin 1980-luvun alussa kävi selväksi, että nämä arviot olivat virheellisiä: sähkön kysynnän kasvu oli pysähtynyt, hinnat luonnollinen polttoaine ei vain kasvanut, vaan alkoi jopa laskea, ja ydinvoimaloiden rakentaminen oli paljon kalliimpaa kuin mitä pessimistisimmässä ennusteessa odotettiin. Tämän seurauksena ydinvoima joutui kaikkialla vakavien taloudellisten vaikeuksien ajanjaksoon, ja ne olivat vakavimpia siinä maassa, josta se sai alkunsa ja kehittyi voimakkaimmin - Yhdysvalloissa.

Jos teemme vertailevan analyysin Yhdysvaltain ydinenergiataloudesta, käy selväksi, miksi tämä teollisuus on menettänyt kilpailukykynsä. 1970-luvun alusta lähtien ydinvoimaloiden kustannukset ovat nousseet jyrkästi. Perinteisen CHP-laitoksen kustannukset koostuvat suorista ja välillisistä pääomasijoituksista, polttoainekustannuksista, käyttökustannuksista ja energiakustannuksista. Huolto. Hiililämpövoimalaitoksen käyttöiän aikana polttoainekustannukset ovat keskimäärin 50–60 % kaikista kustannuksista. Ydinvoimalaitosten osalta hallitsevat pääomasijoitukset, joiden osuus kaikista kustannuksista on noin 70 %. Uusien ydinreaktoreiden pääomakustannukset ylittävät keskimäärin huomattavasti hiilivoimaloiden elinkaaren polttoainekustannukset, mikä tekee tyhjäksi ydinvoimaloiden polttoainesäästöjen edun.

Ydinenergian näkymät.

Niistä, jotka vaativat tarvetta jatkaa turvallisten ja taloudellisten tapojen etsimistä ydinenergian kehittämiseen, voidaan erottaa kaksi pääsuuntaa. Ensimmäisen kannattajat uskovat, että kaikki ponnistelut tulisi keskittyä julkisen epäluottamuksen poistamiseen ydinteknologian turvallisuutta kohtaan. Tätä varten on tarpeen kehittää uusia reaktoreita, jotka ovat turvallisempia kuin olemassa olevat kevytvesireaktorit. Tässä kiinnostavat kahden tyyppiset reaktorit: "teknisesti erittäin turvallinen" reaktori ja "modulaarinen" korkean lämpötilan kaasujäähdytteinen reaktori.

Modulaarisen kaasujäähdytteisen reaktorin prototyyppi kehitettiin Saksassa sekä Yhdysvalloissa ja Japanissa. Toisin kuin kevytvesireaktorissa, modulaarisen kaasujäähdytteisen reaktorin rakenne on sellainen, että sen toiminnan turvallisuus varmistetaan passiivisesti - ilman käyttäjien suoria toimia tai sähköistä tai mekaanista suojajärjestelmää. Teknisesti erittäin turvallisissa reaktoreissa käytetään myös passiivista suojausjärjestelmää. Tällainen reaktori, jonka ideaa esitettiin Ruotsissa, ei näytä edenneen suunnitteluvaihetta pidemmälle. Mutta se on saanut vahvaa tukea Yhdysvalloissa niiden keskuudessa, jotka näkevät sen mahdolliset edut modulaariseen kaasujäähdytteiseen reaktoriin verrattuna. Molempien vaihtoehtojen tulevaisuus on kuitenkin epävarma niiden epävarman hinnan, kehitysvaikeuksien ja itse ydinvoiman kiistanalaisen tulevaisuuden vuoksi.

Toisen suunnan kannattajat uskovat, että ennen sitä hetkeä, jolloin kehittyneet maat tarvitsevat uusia voimalaitoksia, uusien reaktoriteknologioiden kehittämiseen on enää vähän aikaa. Heidän mielestään ensisijainen tehtävä on kannustaa investointeja ydinenergiaan.

Mutta näiden kahden ydinenergian kehittämisnäkymän lisäksi on muodostunut myös täysin erilainen näkökulma. Hän panee toiveensa toimitetun energian, uusiutuvien energiavarojen täydellisempään hyödyntämiseen ( aurinkopaneelit jne.) ja energiansäästö. Tämän näkemyksen kannattajien mukaan jos edistyneet maat siirtyvät kehittämään taloudellisempia valonlähteitä, kodinkoneita, lämmityslaitteita ja ilmastointilaitteita, säästetty sähkö riittää ilman kaikkia olemassa olevia ydinvoimaloita. Havaittu sähkönkulutuksen merkittävä lasku osoittaa, että tehokkuus voi olla tärkeä tekijä sähkön kysyntää rajoittavassa tekijässä.

Ydinenergia ei siis ole vielä kestänyt tehokkuuden, turvallisuuden ja yleisen kannan koetta. Sen tulevaisuus riippuu nyt siitä, kuinka tehokkaasti ja luotettavasti ydinvoimalaitosten rakentamisen ja käytön valvonta toteutetaan, sekä siitä, kuinka onnistuneesti ratkaistaan ​​monet muut ongelmat, kuten radioaktiivisen jätteen loppusijoitusongelma. Ydinenergian tulevaisuus riippuu myös sen vahvojen kilpailijoiden – hiilivoimaloiden, uusien energiaa säästävien teknologioiden ja uusiutuvien energialähteiden – elinkelpoisuudesta ja laajentumisesta.

Ydinenergian käyttö nykymaailmassa on niin tärkeää, että jos heräsimme huomenna ja ydinreaktion energia katoaisi, maailma sellaisena kuin me sen tunnemme, todennäköisesti lakkaisi olemasta. Rauha on teollisen tuotannon ja elämän perusta sellaisissa maissa kuin Ranska ja Japani, Saksa ja Iso-Britannia, USA ja Venäjä. Ja jos kaksi viimeistä maata pystyvät edelleen korvaamaan ydinenergialähteet lämpöasemilla, niin Ranskalle tai Japanille tämä on yksinkertaisesti mahdotonta.

Ydinenergian käyttö aiheuttaa monia ongelmia. Pohjimmiltaan kaikki nämä ongelmat liittyvät siihen, että käyttämällä atomiytimen sitoutumisenergiaa (jota me kutsumme ydinenergiaksi) omaksi hyödykseen, ihminen saa merkittävää pahaa erittäin radioaktiivisena jätteenä, jota ei voi yksinkertaisesti heittää pois. Ydinenergian jätteet on käsiteltävä, kuljetettava, haudattava ja varastoitava pitkään turvallisissa olosuhteissa.

Hyödyt ja haitat, hyödyt ja haitat ydinenergian käytöstä

Mieti atomi-ydinenergian käytön etuja ja haittoja, niiden etuja, haittaa ja merkitystä ihmiskunnan elämässä. On selvää, että vain teollisuusmaat tarvitsevat ydinenergiaa nykyään. Toisin sanoen rauhanomainen ydinenergia löytää pääsovelluksensa pääasiassa sellaisissa laitoksissa kuin tehtaat, käsittelylaitokset jne. Energiaintensiiviset teollisuudenalat, jotka ovat kaukana halvan sähkön lähteistä (kuten vesivoimalat), käyttävät ydinvoimaloita sisäisten prosessiensa varmistamiseen ja kehittämiseen.

Maatalousalueet ja kaupungit eivät todellakaan tarvitse ydinenergiaa. Se on täysin mahdollista korvata lämpö- ja muilla asemilla. Osoittautuu, että ydinenergian hallinta, hankinta, kehittäminen, tuotanto ja käyttö tähtäävät suurimmaksi osaksi teollisten tuotteiden tarpeiden tyydyttämiseen. Katsotaanpa, millaisia ​​toimialoja nämä ovat: autoteollisuus, sotilasteollisuus, metallurgia, kemianteollisuus, öljy- ja kaasukompleksi jne.

Haluaako nykyihminen ajaa uutta autoa? Haluatko pukeutua trendikkäisiin synteettisiin vaatteisiin, syödä synteettisiä tuotteita ja pakata kaiken synteettiseen? Haluatko kirkkaita tavaroita erilaisia ​​muotoja ja koot? Haluatko kaikki uudet puhelimet, televisiot, tietokoneet? Haluatko ostaa paljon, vaihtaa usein laitteita ympärilläsi? Haluatko syödä maukasta kemiallista ruokaa värillisistä pakkauksista? Haluatko elää rauhassa? Haluatko kuulla suloisia puheita TV-ruudulta? Haluatko paljon panssarivaunuja, ohjuksia ja risteilijöitä sekä kuoria ja tykkejä?

Ja hän saa kaiken. Ei sillä ole väliä, että sanan ja teon välinen ristiriita johtaa lopulta sotaan. Ei haittaa, että sen hävittämiseen tarvitaan myös energiaa. Toistaiseksi henkilö on rauhallinen. Hän syö, juo, käy töissä, myy ja ostaa.

Ja kaikki tämä vaatii energiaa. Ja tämä vaatii paljon öljyä, kaasua, metallia jne. Ja kaikki nämä teolliset prosessit vaativat atomienergiaa. Siksi, sanoi kuka tahansa mitä tahansa, ydinenergia vain kehittyy ennen kuin ensimmäinen teollinen lämpöydinfuusioreaktori on asetettu sarjaan.

Ydinenergian etuihin voimme turvallisesti kirjoittaa kaiken, mihin olemme tottuneet. Huonona puolena ovat surulliset näkymät välittömästä kuolemasta resurssien ehtymisen romahtamisen yhteydessä, ydinjäteongelmat, väestönkasvu ja peltomaan huononeminen. Toisin sanoen atomienergia antoi ihmisen alkaa hallita luontoa entistä vahvemmin, pakottaen sen niin mittaamattomana, että hän ylitti useissa vuosikymmenissä perusresurssien lisääntymisen kynnyksen, alkaen vuosien 2000 ja 2010 välillä kulutuksen romahdusprosessista. Tämä prosessi ei objektiivisesti enää riipu henkilöstä.

Kaikkien täytyy syödä vähemmän, elää vähemmän ja nauttia vähemmän luonto. Tässä piilee toinen plus tai miinus atomienergiasta, joka piilee siinä, että atomin hallitseneet maat pystyvät tehokkaammin jakamaan uudelleen niiden ehtyneitä resursseja, jotka eivät ole hallinneet atomia. Lisäksi vain lämpöydinfuusio-ohjelman kehittäminen mahdollistaa ihmiskunnan yksinkertaisesti selviytymisen. Selitetään nyt sormilla millainen "peto" se on - atomi (ydin)energia ja minkä kanssa sitä syödään.

Massa, aine ja atomienergia (ydin).

Usein kuulee väitteen, että "massa ja energia ovat samat", tai sellaisia ​​tuomioita, että lauseke E = mc2 selittää atomi(ydin)pommin räjähdyksen. Nyt kun sinulla on ensimmäinen käsitys ydinenergiasta ja sen sovelluksista, ei olisi todella viisasta hämmentää sinua sellaisilla väitteillä kuin "massa on energiaa". Joka tapauksessa tämä tapa tulkita suurta löytöä ei ole paras. Ilmeisesti tämä on vain nuorten reformistien, "uuden ajan galilealaisten" nokkeluutta. Itse asiassa teorian ennuste, joka on vahvistettu monilla kokeilla, sanoo vain, että energialla on massaa.

Nyt selitämme nykyajan näkökulman ja annamme lyhyen yleiskatsauksen sen kehityksen historiasta.
Kun minkä tahansa aineellisen kappaleen energia kasvaa, sen massa kasvaa, ja katsomme tämän lisämassan johtuvan energian kasvusta. Esimerkiksi säteilyn absorboituessa absorboija kuumenee ja sen massa kasvaa. Lisäys on kuitenkin niin pieni, että se jää tavanomaisten kokeiden mittaustarkkuuden ulkopuolelle. Päinvastoin, jos aine lähettää säteilyä, se menettää pisaran massastaan, jonka säteily kuljettaa pois. Herää laajempi kysymys: eikö koko ainemassa ole energian ehdolla, eli eikö kaikessa aineessa ole valtavaa energiavarastoa? Monia vuosia sitten radioaktiiviset muutokset vastasivat tähän myönteisesti. Kun radioaktiivinen atomi hajoaa, vapautuu valtava määrä energiaa (enimmäkseen kineettisenä energiana), ja pieni osa atomin massasta katoaa. Mittaukset ovat tämän suhteen selvät. Siten energia kuljettaa massaa mukanaan vähentäen siten aineen massaa.

Näin ollen osa aineen massasta on vaihdettavissa säteilyn, liike-energian jne. massan kanssa. Siksi sanomme: "energia ja aine kykenevät osittain keskinäisiin muunnoksiin." Lisäksi voimme nyt luoda ainehiukkasia, joilla on massaa ja jotka voivat muuttua täysin säteilyksi, jolla on myös massaa. Tämän säteilyn energia voi siirtyä muihin muotoihin siirtäen massansa niihin. Sitä vastoin säteily voidaan muuntaa aineen hiukkasiksi. Joten "energialla on massa" sijasta voimme sanoa, että "aineen ja säteilyn hiukkaset ovat keskenään muuntuvia, ja siksi ne kykenevät muuttamaan keskinäisiä muunnoksia muiden energiamuotojen kanssa." Tämä on aineen luomista ja tuhoamista. Tällaisia ​​tuhoisia tapahtumia ei voi tapahtua tavallisen fysiikan, kemian ja tekniikan alueella, vaan niitä on etsittävä joko ydinfysiikan tutkimista mikroskooppisista mutta aktiivisista prosesseista tai atomipommien korkean lämpötilan uunista, auringosta ja tähdistä. Olisi kuitenkin kohtuutonta sanoa, että "energia on massaa". Sanomme: "energialla, kuten aineella, on massa".

Tavallisen aineen massa

Sanomme, että tavallisen aineen massa sisältää valtavan määrän sisäistä energiaa, joka on yhtä suuri kuin massan ja (valonnopeuden)2 tulo. Mutta tämä energia sisältyy massaan, eikä sitä voida vapauttaa ilman, että ainakin osa siitä katoaa. Kuinka tällainen hämmästyttävä idea syntyi ja miksi sitä ei löydetty aikaisemmin? Sitä ehdotettiin aiemmin - kokeilua ja teoriaa eri muodoissa - mutta 1900-luvulle asti energian muutosta ei havaittu, koska tavallisissa kokeissa se vastaa uskomattoman pientä massan muutosta. Nyt olemme kuitenkin varmoja, että lentävällä luodilla on kineettisen energiansa vuoksi lisämassaa. Jopa nopeudella 5000 m/s, levossa tasan 1g painavan luodin kokonaismassa olisi 1.00000000001g. 1kg painava valkokuuma platina lisäisi yhteensä 0.000000000004kg ja käytännössä mikään punnitus ei pystyisi rekisteröimään näitä muutoksia. Vasta kun atomin ytimestä vapautuu valtavia määriä energiaa tai kun atomien "ammuksia" kiihdytetään lähellä valonnopeutta, energiamassa tulee havaittavaksi.

Toisaalta jopa tuskin havaittavissa oleva massaero merkitsee mahdollisuutta vapauttaa valtava määrä energiaa. Siten vety- ja heliumatomien suhteellinen massa on 1,008 ja 4,004. Jos neljä vetyydintä voisi yhdistyä yhdeksi heliumytimeksi, massa 4,032 muuttuisi 4,004:ksi. Ero on pieni, vain 0,028 eli 0,7 %. Mutta se merkitsisi jättimäistä energian vapautumista (pääasiassa säteilyn muodossa). 4,032 kg vetyä antaisi 0,028 kg säteilyä, jonka energia olisi noin 600000000000 Cal.

Vertaa tätä 140 000 cal:iin, joka vapautuu, kun sama määrä vetyä yhdistetään hapen kanssa kemiallisessa räjähdyksessä.
Tavallinen kineettinen energia vaikuttaa merkittävästi syklotronien tuottamien erittäin nopeiden protonien massaan, ja tämä aiheuttaa vaikeuksia työskennellessä tällaisten koneiden kanssa.

Miksi uskomme edelleen, että E=mc2

Nyt näemme tämän suorana seurauksena suhteellisuusteoriasta, mutta ensimmäiset epäilykset heräsivät jo 1800-luvun lopulla säteilyn ominaisuuksien yhteydessä. Sitten näytti todennäköiseltä, että säteilyllä oli massaa. Ja koska säteily kuljettaa, kuten siivillä, energian nopeudella, tarkemmin sanottuna, se on itse energiaa, niin on ilmestynyt esimerkki massasta, joka kuuluu johonkin "aineettomaan". Sähkömagnetismin kokeelliset lait ennustivat sen elektromagneettiset aallot täytyy olla massaa. Mutta ennen suhteellisuusteorian luomista vain hillitön fantasia pystyi laajentamaan suhteen m=E/c2 muihin energiamuotoihin.

Kaikille sähkömagneettisen säteilyn lajikkeille (radioaallot, infrapuna, näkyvä ja ultraviolettivalo jne.) on tunnusomaista jotkut yleiset piirteet: ne kaikki etenevät tyhjiössä samalla nopeudella ja kaikki kuljettavat energiaa ja vauhtia. Kuvittelemme valoa ja muuta säteilyä aaltojen muodossa, jotka etenevät suurella mutta määrätyllä nopeudella c=3*108 m/s. Kun valo osuu absorboivaan pintaan, syntyy lämpöä, mikä osoittaa, että valovirta kuljettaa energiaa. Tämän energian tulee levitä virran mukana samalla valonnopeudella. Itse asiassa valon nopeus mitataan täsmälleen tällä tavalla: suuren matkan lennon aikana valoenergian osalla.

Kun valo osuu joidenkin metallien pintaan, se syrjäyttää elektroneja, jotka lentävät ulos aivan kuin ne olisivat osuneet pienikokoiseen palloon. Ilmeisesti jakautuu konsentroituihin osiin, joita kutsumme "kvanteiksi". Tämä on säteilyn kvanttiluonne huolimatta siitä, että nämä osat ilmeisesti ovat aaltojen luomia. Jokaisella valon osalla, jolla on sama aallonpituus, on sama energia, tietty energian "kvantti". Tällaiset osat ryntäävät valon nopeudella (itse asiassa ne ovat kevyitä), siirtäen energiaa ja vauhtia (vauhtia). Kaikki tämä mahdollistaa tietyn massan määrittämisen säteilylle - jokaiselle osalle lasketaan tietty massa.

Kun valo heijastuu peilistä, lämpöä ei vapaudu, koska heijastuva säde kuljettaa pois kaiken energian, mutta peiliin vaikuttaa paine, samanlainen kuin elastisten pallojen tai molekyylien paine. Jos valo osuu peilin sijasta mustaan ​​absorboivaan pintaan, paine kasvaa puoleen. Tämä osoittaa, että säde kantaa peilin pyörittämän liikemäärän. Siksi valo käyttäytyy kuin sillä olisi massaa. Mutta onko mitään muuta tapaa tietää, että jollain on massaa? Onko massa olemassa sellaisenaan, kuten pituus, vihreä tai vesi? Vai onko se keinotekoinen käsite, jonka määrittelevät käyttäytymiset kuten Modesty? Itse asiassa me tunnemme messun kolmessa ilmenemismuodossa:

• A. Epämääräinen lausunto, joka luonnehtii "aineen" määrää (massa on tästä näkökulmasta luontainen aineelle - kokonaisuudelle, jonka voimme nähdä, koskettaa, työntää).
• B. Tietyt väitteet, jotka yhdistävät sen muihin fyysisiin suureisiin.
• B. Massa säilyy.

On vielä määriteltävä massa liikemäärän ja energian suhteen. Silloin kaikilla liikkuvilla esineillä, joilla on vauhtia ja energiaa, täytyy olla "massa". Sen massan tulee olla (vauhti)/(nopeus).

Suhteellisuusteoria

Halu liittää yhteen sarja absoluuttista tilaa ja aikaa koskevia kokeellisia paradokseja synnytti suhteellisuusteorian. Kahden tyyppiset kokeet valolla antoivat ristiriitaisia ​​tuloksia, ja sähkökokeet pahensivat tätä ristiriitaa entisestään. Sitten Einstein ehdotti vektorin lisäämisen yksinkertaisten geometristen sääntöjen muuttamista. Tämä muutos on hänen "erityisen suhteellisuusteoriansa" ydin.

Pienille nopeuksille (hitain etana nopeimpaan raketteihin) uusi teoria samaa mieltä vanhan kanssa.
Suurilla, valonnopeuteen verrattavissa nopeuksilla, pituuksien tai ajan mittaamme modifioi kehon liike suhteessa tarkkailijaan, erityisesti kehon massa kasvaa mitä nopeammin se liikkuu.

Sitten suhteellisuusteoria julisti, että tämä massan kasvu oli luonteeltaan täysin yleistä. Normaalinopeuksilla muutoksia ei tapahdu, ja vain nopeudella 100 000 000 km/h massa kasvaa 1 %. Radioaktiivisista atomeista tai nykyaikaisista kiihdyttimistä säteileville elektroneille ja protoneille se kuitenkin saavuttaa 10, 100, 1000 %…. Kokeet tällaisilla korkeaenergisilla hiukkasilla tarjoavat erinomaisia ​​todisteita massan ja nopeuden välisestä suhteesta.

Toisessa päässä on säteily, jolla ei ole lepomassaa. Se ei ole aine, eikä sitä voida pitää paikallaan; sillä on vain massa ja se liikkuu nopeudella c, joten sen energia on mc2. Puhumme kvanteista fotoneina, kun haluamme havaita valon käyttäytymisen hiukkasvirtana. Jokaisella fotonilla on tietty massa m, tietty energia E=mс2 ja tietty määrä liikettä (vauhtia).

Ydinmuunnokset

Joissakin ytimillä tehdyissä kokeissa atomimassat rajujen räjähdysten jälkeen eivät laske yhteen antamaan samaa kokonaismassaa. Vapautunut energia vie mukanaan osan massasta; puuttuva pala atomimateriaalia näyttää kadonneen. Jos kuitenkin annamme mitatulle energialle massan E/c2, huomaamme, että massa säilyy.

Aineen tuhoaminen

Olemme tottuneet pitämään massaa aineen väistämättömänä ominaisuutena, joten massan siirtyminen aineesta säteilyyn - lampusta lentävään valonsäteeseen näyttää melkein kuin aineen tuhoutuminen. Vielä yksi askel - ja olemme yllättyneitä havaitessamme, mitä todella tapahtuu: positiiviset ja negatiiviset elektronit, aineen hiukkaset, kun ne yhdistetään, muuttuvat täysin säteilyksi. Niiden aineen massa muuttuu yhtä suureksi säteilymassaksi. Tämä on tapaus aineen katoamisesta kirjaimellisimmassa merkityksessä. Ihan kuin olisi tarkentunut, valon välähdyksessä.

Mittaukset osoittavat, että (energia, säteily tuhoamisen aikana) / c2 on yhtä suuri kuin molempien elektronien - positiivisten ja negatiivisten - kokonaismassa. Antiprotoni, kun se yhdistetään protonin kanssa, tuhoutuu, tavallisesti vapauttamalla kevyempiä hiukkasia, joilla on korkea liike-energia.

Aineen luominen

Nyt kun olemme oppineet hallitsemaan korkeaenergistä säteilyä (ultralyhytaalto röntgenkuvat), voimme valmistaa ainehiukkasia säteilystä. Jos kohdetta pommitetaan tällaisilla säteillä, ne tuottavat joskus hiukkasparin, esimerkiksi positiivisia ja negatiivisia elektroneja. Ja jos taas käytämme kaavaa m=E/c2 sekä säteilylle että liike-energialle, niin massa säilyy.

Vain noin monimutkainen - ydin (atomi) energia

• Galleria kuvia, kuvia, valokuvia.
• Ydinenergia, atomienergia - perusteet, mahdollisuudet, näkymät, kehitys.
• Mielenkiintoisia faktoja, hyödyllistä tietoa.
• Vihreät uutiset - Ydinenergia, atomin energia.
• Viittaukset materiaaleihin ja lähteisiin - Ydinenergia (atomienergia).

Tällä hetkellä muut kuin ydinfyysikot ovat ymmärtäneet, että ydinenergia on energialähde, joka avaa perustavanlaatuisesti uusia mahdollisuuksia ja uusia ongelmia ihmiskunnan kehitykselle. Yli 60 vuotta sitten Enrico Fermi kirjoitti raportissaan Yhdysvaltain kongressille, että ydinvoima ( ydinenergia) on uusi lähde, joka oikein käytettynä perustuu nopeisiin neutroninjakoreaktoreihin (BR), eli reaktoreihin, jotka tuottavat enemmän polttoainetta kuin kuluttavat (ei ole sattumaa, että ranskalaiset kutsuvat niitä "Phoenixeiksi"). lähes puhdas ja rajaton energiankehityksen lähde. Esimerkiksi yksi 1000 megawatin hiiliasema vaatii 7 ešelonia hiiltä päivässä, sama 1000 megawatin reaktori yhden vaunun vuodessa. Auto ja nämä ešelonit, miljoonia tonneja - tämä on jätettä. Kaikki nyt maailmassa oleva ydinvoimalaitoksen jäte voidaan kerätä yhdelle stadionille, se on 50 × 50 × 50 m kuutio.

1

Uraanin ja toriumin luonnonvarat - jalostajien ydinpolttoaineen raaka-aineet - riittävät planeettamme energiakehitykseen sadoiksi vuosiksi.

Mutta käy ilmi, että nämä ovat plussia, jotka liittyvät miinuksiin. Ydinvoima mahdollistaa kaiken radioaktiivisen jätteen keräämisen yhteen paikkaan, mutta kukaan ei halua tarjota maata loppusijoitettavaksi. Ainoat kaksi maata, jotka ovat päättäneet rakentaa ikuisen varaston merenpohjan alle graniittivyöhykkeelle, ovat Ruotsi ja Suomi. Nämä maat ovat valinneet ikuisen varastoinnin tien, vaikka ydintutkijat havaitsivat alusta alkaen, että on mahdollista käsitellä polttoainetta, eristää toissijainen elementti, mikä on ydinenergian kehityksen tarkoitus. Tosiasia on, että luonnonuraani sisältää vain 0,7% uraani-235:tä, halkeavaa alkuainetta, joka voi toimia sekä pommeissa että reaktorin sulakkeena. Loput 99,3 % on raakauraani-238:aa. On mahdotonta luoda kriittistä reaktoria tai tehdä siihen pommia, mutta jos neutroni imeytyy siihen, muodostuu plutonium - vielä lupaavampi isotooppi sekä pommille että energialle. Reaktorit, jotka suunniteltiin energian tulevaisuudeksi, ovat jalostusreaktoreita (jalostusreaktoreita, eräänlainen nopea neutronireaktori).

Venäjän ainoa nopea neutronireaktori toimii nykyään Belojarskajan asemalla (toinen on rakenteilla), mutta valitettavasti ne toimivat uraanipolttoaineella. 90-luvulla niiden kehittäminen ja rakentaminen keskeytettiin. Nyt palaamme tämän ohjelman toteuttamiseen, kuten esimerkiksi Intia, jonka vuoden 2013 lopussa pitäisi käynnistää nopea reaktori - plutoniumin jalostaja - ja alkaa rakentaa sarja tällaisia ​​reaktoreita.

2

Tällä ongelmalla on toinenkin puoli: jos ydinmaa haluaa sanoa "en enää käytä ydinvoimaa", se on pohjimmiltaan mahdotonta. Et voi mennä ylös ydinvoimalaan, sulkea sitä avaimella ja sanoa, että sitä ei ole enää. Hänellä on ensinnäkin jäännöslämpö, ​​joka on poistettava, siellä on käytetty ydinpolttoaine - käytetty ydinpolttoaine, joka sisältää fissiotuotteita, on radioaktiivista jätettä, siellä on plutoniumia, jota on säilytettävä miljoonia vuosia, jos sinulla ei ole reaktoria, tai poltettava houkuttelevimpana polttoaineena nopeassa neutronireaktorissa. Ydinteknologia on ainoa todellinen mahdollisuus päästä eroon sen kehityksen pitkäikäisestä radioaktiivisesta perinnöstä, myös puolustusperinnöstä.

Jos jatkamme ydinvoiman kehittämistä olemassa olevissa tuotantoreaktoreissa, niin uraani-235-varastomme ovat 2–3 kertaa pienemmät kuin öljyssä. Jos rakennamme nopeita neutronireaktoreita, tämä on rajoittamaton energialähde. Mutta nopean reaktorin lisäksi on myös välttämätöntä sulkea polttoainekierto, reaktorista purettu polttoaine on käsiteltävä ja käytettävä uudelleen. Tällaisia ​​tekniikoita käytetään Ranskassa. (Nyt kun ensimmäiset nopeat neutronireaktorit PHENIX ja SUPER-PHENIX on poistettu käytöstä, he jatkavat plutoniumin käyttöä vain uraani-plutoniumpolttoaineena lämpöreaktoreissa. Tämä on tehotonta.)

3

Yhdysvallat oli edelläkävijä tällä alalla, sillä se käytti ensimmäistä nopeaa reaktoria jo vuonna 1946, sillä oli ensimmäinen "ydinsähkö" nopeassa EBR-1-reaktorissa vuonna 1951, ja se osoitti kykynsä varastoida enemmän plutoniumia kuin polttaa sitä.

EBR-2-reaktorissa vuonna 1968 he osoittivat suljettua ydinpolttoainekiertoa. Mutta sitten Yhdysvaltain hallinto päätti, että BR oli liian vaarallinen aselaatuisen plutoniumin lähde kiertääkseen, ja Yhdysvaltain BR-ohjelma suljettiin. Nyt, 30 vuotta myöhemmin, kun kohtaamme ydinvoiman resurssiongelman, kansainvälinen yhteisö on järjestänyt kansainvälisen GIF-projektin ( Generation IV kansainvälinen foorumi) kehittää reaktorityyppejä, jotka säästävät ydinvoimaa, palaavat juurilleen ja ilmentävät pioneerien ideoita. Kansainvälinen yhteisö on valinnut kuusi parhaat tyypit reaktoreita, joista neljä on nopeita neutronireaktoreita, mukaan lukien meidän kanssamme toimiva BN-tyyppinen reaktori.

4

Nykyään Yhdysvallat ymmärtää, että ilman nopeita reaktoreita ei ole ydinvoimalla tulevaisuutta, mutta tämä maa on hävinnyt tieteellinen koulu BR. Venäjällä tämä tutkimusalue on säilynyt, ja BN-800-reaktorin rakentaminen on Paras tapa pelastaa BR-koulun. Kiina ostaa meiltä reaktoreita, Intia kehittää itsenäisesti, Ranska sen jälkeen kun he pysäyttivät SUPER-PHENIX-reaktorinsa "vihreän" hallituksen painostuksesta, sulki kehittämisen, ja nyt he yrittävät jatkaa. Vaihtoehtoisia reittejä on tulossa. Mutta tavalla tai toisella, ongelma on edelleen olemassa: nopea reaktori on paras aselaatuisen plutoniumin tuottaja. Suljettu polttoainekierto sisältää käytetyn polttoaineen uudelleenkäsittelyn hyödyllisimmän (plutonium ja muut aktinidit) ja haitallisimman (fissiotuotteet), joten nykyisellä jälleenkäsittelytekniikalla tämä voi aiheuttaa leviämisriskin. Energiateollisuuden mittakaavan kasvaessa polttoainekierron, kuljetusten, henkilöstön ja tiedon levittämisen vaihtuvuus lisääntyy. Onko kaikilla mailla oikeus kehittää tällaista ydinteollisuutta, kehittää tällaista teknologiaa?

5

Viimeisimpien Japanin tapahtumien - Fukushima-1-ydinvoimalaitoksen onnettomuuden - aikana tapahtui vakava onnettomuus neljässä reaktorissa ja kolmessa varastotilassa - seitsemän vakavaa onnettomuutta samanaikaisesti. Ja ajattelimme, että Tšernobylin jälkeen ydinvoimateollisuustamme tulee käytännössä turvallinen. Turvallisempia ovat kehitteillä olevat uudet reaktorit, mutta käytössä olevista 440 reaktorista 60 % on rakennettu ennen Tšernobylia. Niitä on parannettu, niitä on parannettu, mutta nämä ovat vanhan tyyppisiä reaktoreita.

Esimerkiksi RBMK-tyyppiset reaktorit eivät ole suojassa onnettomuuden seurauksilta, onnettomuus on mahdollinen missä tahansa reaktorissa, ja lausunnot erittäin turvallisista reaktoreista ovat bluffia. Turvallisin reaktori on se, jossa onnettomuuden sattuessa ei ole kielteisiä seurauksia väestölle, ja tällaisia ​​reaktoreita kehitetään nyt. Kiinalle ja Intialle, joissa on vain hiiltä, ​​ei öljyä ja kaasua, ydinvoima on ainoa tapa säästää. Ja Kiina on tekemässä läpimurtoa: tähän asti Kiinassa on rakennettu vain hyväksi todettuja reaktoreita, esimerkiksi VVER-1000, nyt rakennetaan reaktoreita, jotka eivät toimi missään muualla, innovatiivisia (AP-1000 Westinghouse ja EPR, ranska). "Areva" ovat uusia reaktoreita, III+ sukupolvi, valmistautuminen neljänteen sukupolveen).

Tulevaisuuden kuusi reaktoria (GIF-4) sisältää nopeiden reaktorien lisäksi myös ultrakorkealämpötilareaktoreita, jotka mahdollistavat keinotekoisen polttoaineen tuotannon. Ja painevesireaktorit, joilla on "ylikriittiset" parametrit (eli tehokkuus nykyaikaisen energian tasolla orgaanisella polttoaineella - jopa 45%).

Yhdessä nopeiden reaktoreiden kanssa tällaisesta monikomponenttisesta ydinenergiasta voi tulla energiavarmuutemme perusta. Kysymys on siitä, kuinka BR ja suljettu ydinpolttoainekierto voidaan toteuttaa samalla kun säilytetään ydinsulkujärjestelmä.

6

Ratkaisua tähän ongelmaan etsitään monin eri tavoin, ja tätä varten perustettiin myös vuonna 1957 IAEA (International Atomic Energy Agency). Nyt lisäpöytäkirjan käyttöönoton myötä (vuoden 1993 jälkeen) IAEA:n tarkastajat voivat mennä tarkastamaan, mitä siellä tai tuossa maassa tapahtuu, ottaa näytteitä. Tämä on tiukemman valvontajärjestelmän käyttöönotto. Toimielinjärjestelmä, uudet organisatoriset toimenpiteet ovat kehittymässä.

On tarpeen kehittää teknologisesti ja teknisesti menetelmiä, jotka eivät salli "herkkien" materiaalien vuotamista (jos ei ole puhdasta plutoniumia, vaan plutoniumia sekoitettuna aktinidisotooppien kanssa, sitä ei voida käyttää pommiin). Jos pääsemme eroon rikastamisesta - ja nopea reaktori ei vaadi rikastamista - niin ihmiskunta pystyy keksimään ajatuksen turvallisuudesta ydinenergian leviämisen kannalta. YK:n vuosituhathuippukokouksessa vuonna 2000 maamme teki aloitteen: ydinvoima ilman rikastamista, ilman vapaata plutoniumia maailman vakaan energiakehityksen perustana.

Esimerkki ongelman ratkaisusta on myös tarinassamme: Neuvostoliitto järjesti alueellisen ydinpolttoainekierron - kehitti reaktoreita, tuotti polttoainetta, prosessoi sitä. Itä-Euroopan maat saivat ydinvoimaloita, mutta eivät käsitelleet polttoainekiertoa, kaikki vaaralliset jätteet ja kaikki plutoniumpolttoaine palautettiin Neuvostoliittoon. Maat saivat uuden tehokkaan energialähteen, mutta kaikki "herkät" materiaalit, teknologiat ja tieto pysyivät "ydinvoiman" - Neuvostoliiton - rajoissa ja hallinnassa.

7

Siten kansainvälisen järjestelmän luominen edellyttää alueellisten (kansainvälisten) ydinpolttoainekiertokeskusten perustamista. Esimerkiksi kansainvälisiä ydinrikastuskeskuksia sekä SNF-käsittelykeskuksia ja BR-keskuksia tulisi perustaa ja toimia kansainvälisen valvonnan alaisina. Yksin yksikään maa, edes "suurvaltojen" joukosta, ei ole tähän mennessä kyennyt luomaan kaupallista ydinvoimalaa, jossa on suljetussa ydinpolttoainekierrossa toimiva nopea jalostusreaktori.

Mutta on välttämätöntä käydä läpi tämä pitkä ja vaikea polku kehittää kansainvälistä yhteistyötä ydinteknologian rauhanomaisen käytön alalla - se on liian tärkeää ydinteknologia sen hallitseneiden maiden talouden ja turvallisuuden vuoksi.

Ensimmäiset askeleet ovat jo otettu - tätä ideaa kehitetään IAEA:ssa maamme aloitteesta luodun uuden kansainvälisen INPRO-projektin puitteissa. Ajatuksen toteuttaminen kansainvälisen ydinrikastuskeskuksen perustamisesta Angarskin kombinaatin pohjalle on alkanut.

Ydinenergian käyttö sen muuntamiseksi sähköenergiaksi toteutettiin maassamme ensimmäisen kerran vuonna 1954. Ensimmäinen 5000 kW:n ydinvoimalaitos (NPP) otettiin käyttöön Obninskissa. Ydinreaktorissa vapautuvalla energialla muutettiin vesi höyryksi, joka sitten muutti generaattoriin kytketyn turbiinin. Ydinenergian kehittäminen. Käytössä olevat Novovoronežin, Leningradin, Kurskin, Kuolan ja muut ydinvoimalat toimivat samalla periaatteella. Näiden asemien reaktorien teho on 500-1000 MW. Ydinvoimaloita rakennetaan ensisijaisesti maan Euroopan puolelle. Tämä johtuu ydinvoimalaitosten eduista verrattuna fossiilisilla polttoaineilla toimiviin lämpövoimaloihin. Ydinreaktorit eivät kuluta niukkaa orgaanista polttoainetta eivätkä kuormita raideliikennettä hiilellä. Ydinvoimalaitokset eivät kuluta ilmakehän happea eivätkä saastuta ympäristöä tuhkalla ja palamistuotteista. Ydinvoimalaitosten sijoittaminen tiheästi asutuille alueille on kuitenkin täynnä mahdollista uhkaa. Termisissä (eli hitaissa) neutronireaktoreissa käytetään vain 1-2 % uraania. Uraanin täysi hyötykäyttö saavutetaan nopeissa neutronireaktoreissa, jotka mahdollistavat myös uuden ydinpolttoaineen lisääntymisen plutoniumin muodossa. Vuonna 1980 Belojarskin ydinvoimalassa käynnistettiin maailman ensimmäinen nopea neutronireaktori, jonka kapasiteetti oli 600 MW. Ydinvoimalla, kuten monilla muillakin teollisuudenaloilla, on haitallisia tai vaarallisia ympäristövaikutuksia. Suurin mahdollinen vaara on radioaktiivinen saastuminen. Vaikeita ongelmia syntyy radioaktiivisen jätteen loppusijoituksesta ja aikansa käyttäneiden ydinvoimalaitosten purkamisesta. Niiden käyttöikä on noin 20 vuotta, minkä jälkeen asemien kunnostaminen on mahdotonta rakenteiden materiaalien pitkäaikaisen säteilyaltistuksen vuoksi. Ydinvoimalaitos on suunniteltu siten, että laitoksen henkilöstön ja väestön turvallisuus on mahdollisimman suuri. Kokemukset ydinvoimalaitosten käytöstä ympäri maailmaa osoittavat, että biosfääri on normaalikäytössä luotettavasti suojattu ydinvoimalaitosten säteilyvaikutuksilta. Tshernobylin ydinvoimalaitoksen neljännen reaktorin räjähdys osoitti kuitenkin, että inhimillisten virheiden ja reaktorien suunnitteluvirheiden aiheuttama reaktorisydämen tuhoutumisriski on edelleen todellisuutta, minkä vuoksi tiukkoja toimenpiteitä ryhdytään vähentämään. riski. Ydinreaktorit asennetaan ydinsukellusveneisiin ja jäänmurtajiin. Ydinase. Atomipommissa suoritetaan hallitsematon ketjureaktio suurella neutronivahvistuskertoimella. Jotta energian vapautuminen lähes välittömästi (räjähdys) tapahtuisi, reaktion on edettävä nopeilla neutroneilla (ilman 235 hidastimen käyttöä). Räjähdysaine on puhdasta uraani g2U tai 239 plutonium 94Pu. Jotta räjähdys tapahtuisi, halkeamiskelpoisen materiaalin mittojen on ylitettävä kriittiset mitat. Tämä saavutetaan joko yhdistämällä nopeasti kaksi alikriittisten mittojen omaavaa halkeamiskelpoista materiaalia tai puristamalla yksi kappale jyrkästi kokoon, jossa neutronien vuoto pinnan läpi laskee niin paljon, että kappaleen mitat osoittautuvat ylikriittisiksi. Molemmat toteutetaan tavanomaisilla räjähteillä. Kun pommi räjähtää, lämpötila nousee kymmeniin miljooniin kelvineihin. Tässä lämpötilassa paine nousee jyrkästi ja muodostuu voimakas puhallusaalto. Samalla syntyy voimakasta säteilyä. Pommin räjähdyksen ketjureaktiotuotteet ovat erittäin radioaktiivisia ja vaarallisia eläville organismeille. Yhdysvallat käytti atomipommeja toisen maailmansodan lopussa Japania vastaan. Vuonna 1945 atomipommeja pudotettiin Japanin Hiroshiman ja Nagasakin kaupunkeihin. Termoydinpommissa (vety-) pommin sisälle sijoitetun atomipommin räjähdystä käytetään käynnistämään fuusioreaktio. Ei-triviaaliksi ratkaisuksi osoittautui, että atomipommin räjähdystä ei käytetä lämpötilan nostamiseen, vaan lämpöydinpolttoaineen voimakkaimpaan puristamiseen atomipommin räjähdyksen aikana syntyvän säteilyn vaikutuksesta. Maassamme tärkeimmät ideat lämpöydinräjähdyksen luomiseksi esitti AD Saharov. Ydinaseiden luomisen myötä voitto sodassa tuli mahdottomaksi. Ydinsota pystyy tuomaan ihmiskunnan tuhoon, joten koko maailman kansat taistelevat jatkuvasti ydinaseiden kieltämisen puolesta.

Sitoutumisenergian nukleonia kohti riippuvuus ytimessä olevien nukleonien lukumäärästä on esitetty kaaviossa.

Energiaa, joka tarvitaan ytimen jakamiseen yksittäisiksi nukleoneiksi, kutsutaan sitoutumisenergiaksi. Sitoutumisenergia nukleonia kohti ei ole sama eri kemiallisille alkuaineille eikä edes saman kemiallisen alkuaineen isotoopeille. Nukleonin spesifinen sitoutumisenergia ytimessä vaihtelee keskimäärin 1 MeV:sta kevyille ytimille (deuterium) 8,6 MeV:iin keskipainoisille ytimille (A≈100). Raskaiden ytimien (A≈200) kohdalla nukleonin spesifinen sitoutumisenergia on noin 1 MeV pienempi kuin keskipainoisilla ytimillä, joten niiden muuttumiseen keskipainoisiksi ytimiksi (fissio 2 osaksi) liittyy nukleonin vapautuminen. energiaa noin 1 MeV nukleonia kohti tai noin 200 MeV ydintä kohti. Kevyiden ytimien muuntuminen raskaammiksi ytimiksi antaa vielä suuremman energialisäyksen nukleonia kohti. Joten esimerkiksi deuteriumin ja tritiumin yhdistelmän reaktio

1 D²+ 1 T³ → 2 He 4 + 0 n 1

mukana energian vapautuminen 17,6 MeV, eli 3,5 MeV nukleonia kohti.

Ydinenergian vapautuminen

Eksotermisten ydinreaktioiden tiedetään vapauttavan ydinenergiaa.

Yleensä ydinenergian tuottamiseen käytetään uraani-235- tai plutoniumytimien ketjuydinfissioreaktiota. Ytimet jakautuvat neutronin osuessa niihin ja saadaan uusia neutroneja ja fissiokappaleita. Fissioneutroneilla ja fissiofragmenteilla on korkea kineettinen energia. Fragmenttien törmäysten seurauksena muiden atomien kanssa tämä kineettinen energia muuttuu nopeasti lämmöksi.

Toinen tapa vapauttaa ydinenergiaa on lämpöydinfuusio. Tässä tapauksessa kaksi kevyiden alkuaineiden ydintä yhdistetään yhdeksi raskaaksi. Tällaisia ​​prosesseja tapahtuu auringossa.

Monet atomiytimet ovat epävakaita. Ajan myötä jotkut näistä ytimistä muuttuvat spontaanisti toisiksi ytimiksi vapauttaen energiaa. Tätä ilmiötä kutsutaan radioaktiiviseksi hajoamiseksi.

Ydinenergian sovellukset

Fuusioenergiaa käytetään vetypommissa.

Huomautuksia

Katso myös

Linkit

kansainväliset sopimukset

• Yleissopimus ydinonnettomuuden varhaisesta ilmoittamisesta (Wien, 1986)
• Yleissopimus ydinmateriaalin fyysisestä suojelusta (Wien, 1979)
• Wienin yleissopimus ydinvahinkovastuusta
• Käytetyn polttoaineen huollon ja radioaktiivisen jätteen huollon turvallisuutta koskeva yhteinen yleissopimus

Kirjallisuus

• Clarfield, Gerald H. ja William M. Wiecek (1984). Ydin-Amerikka: sotilaallinen ja siviiliydinvoima Yhdysvalloissa 1940-1980, Harper & Row.
• Cooke, Stephanie (2009). Kuolevaisten käsissä: ydinajan varoittava historia Black Inc.
• Cravens Gwyneth Voimia pelastaa maailma: totuus ydinenergiasta. - New York: Knopf, 2007. - ISBN 0-307-26656-7
• Elliott, David (2007). Ydinvoima vai ei? Onko ydinvoimalla paikka kestävän energian tulevaisuudessa?, Palgrave.
• Falk, Jim (1982). Globaali fissio: Taistelu ydinvoimasta, Oxford University Press.
• Ferguson, Charles D., (2007). Ydinenergia: hyötyjen ja riskien tasapainottaminen ulkosuhteiden neuvosto.
• Herbst, Alan M. ja George W. Hopley (2007). Ydinenergia nyt: Miksi on tullut aika maailman väärinymmärretyimmälle energialähteelle, Wiley.
• Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (elokuu 2009). Maailman ydinalan tilanneraportti, Saksan liittovaltion ympäristö-, luonnonsuojelu- ja reaktoriturvallisuusministeriö.
• Walker, J. Samuel (1992). Containing the Attom: Ydinsääntely muuttuvassa ympäristössä, 1993-1971
• Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: ydinkriisi historiallisesta näkökulmasta, Berkeley: University of California Press.
• Weart, Spencer R. Ydinpelon nousu. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Kossman, Bernhard
• Zimmermann, Albert Carl Heinrich

Katso, mitä "Ydinenergia" on muissa sanakirjoissa:

YDINVOIMA- (atomienergia) sisäinen energia ydinmuutosten aikana vapautuneet atomiytimet ( ydinreaktiot). ytimen sitoutumisenergia. massavika Ytimen nukleoneja (protoneja ja neutroneja) pitävät lujasti ydinvoimat. Nukleonin poistamiseksi ytimestä ...... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

YDINVOIMA- (atomienergia), alanumero energiaa klo. ydinmuutosten aikana vapautuneet ytimet. Energia, joka on käytettävä ytimen jakamiseen sen muodostaviksi nukleoneiksi, ns. ytimen sitoutumisenergia? St. Tämä on max. energiaa, taivas voi erottua ... ... Fyysinen tietosanakirja

YDINVOIMA- YDINNERGIA, ENERGIA, joka vapautuu ydinreaktion aikana, kun MASSA muuttuu energiaksi yhtälössä kuvatulla tavalla: E=mc2 (jossa E on energia, m on massa, c on valon nopeus); sen johti A. EINSTEIN suhteellisuusteoriassaan. Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

YDINVOIMA- (atomienergia) katso () () ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

YDINVOIMA- (atomienergia), atomiytimien sisäinen energia, joka vapautuu tiettyjen ydinreaktioiden aikana. Ydinenergian käyttö perustuu raskaiden ytimien fissioketjureaktioiden ja kevyiden ytimien termoydinfuusioreaktioiden toteuttamiseen (katso ... ... Nykyaikainen tietosanakirja