Плюсы и минусы атомных электростанций. Исследовательская работа по физике "Атомная энергетика: плюсы и минусы"

Плюсы и минусы Атомных электростанций «Пусть будет атом рабочим, а не солдатом».Плюсы и минусы
Атомных электростанций
«Пусть будет атом рабочим, а
не солдатом».

Устройство АЭС

Атомная электростанция (АЭС) - ядерная установка для производства энергии

Атомная электростанция (АЭС) ядерная установка для
производства энергии

Первая в мире промышленная
электростанция – г. Обнинск (СССР) 1954 г.
Мощность 5 Мвт

Ядерная энергетика - один из наиболее
перспективных путей утоления энергетического
голода человечества в условиях энергетических
проблем, связанных с использованием
ископаемого горючего топлива.

Плюсы и минусы АЭС

Какие плюсы и минусы есть у АЭС?
Чего больше?

Плюсы АЭС

1. Потребляет мало топлива:
2. Более экологически чистая, чем ТЭС
и ГЭС (которые работают на мазуте,
торфе и другом топливе.): т.к. АЭС
работает на уране и частично на газе.
3. Можно строить в любом месте.
4. Не зависит от дополнительного
источника энергии:

На выработку миллиона киловатт-часов
электроэнергии требуется несколько сот
граммов урана, вместо эшелона угля.

Вагон для перевозки ядерного топлива

Расходы на
перевозку ядерного
топлива, в отличие
от традиционного,
ничтожны. В России
это особенно важно
в европейской
части, так как
доставка угля
из Сибири слишком
дорога.
Вагон для перевозки ядерного топлива

10. Огромным преимуществом АЭС является её относительная экологическая чистота.

На ТЭС суммарные годовые выбросы вредных
веществ на 1000 МВт установленной мощности
составляют примерно от 13 000 до 165 000 тонн в год.

11. Подобные выбросы на АЭС полностью отсутствуют.

АЭС в Удомле

12.

ТЭС мощностью 1000 МВт потребляет 8
миллионов тонн кислорода в год для
окисления топлива, АЭС же не потребляют
кислорода вообще.

13. Наиболее мощные АЭС в мире

«Фукусима»
«Брус»
«Гравелин»
«Запорожская»
«Пикеринг»
«Пало Верде»
«Ленинградская»
«Трикастен»

14.

Фукусима
Гравелин
Брус
Запорожская

15.

Пикеринг
Пало Верде
Трикастен
Ленинградская

16. Минусы АЭС

1. тепловое загрязнение окружающей
среды;
2. обычная утечка радиоактивности
(радиоактивные выброс и сбросы);
3. транспортировка радиоактивных
отходов;
4. аварии ядерных реакторов;

17.

Кроме того, больший удельный (на единицу
произведенной электроэнергии) выброс
радиоактивных веществ даёт угольная
станция. В угле всегда содержатся
природные радиоактивные вещества, при
сжигании угля они практически полностью
попадают во внешнюю среду. При этом
удельная активность выбросов ТЭС в
несколько раз выше, чем для АЭС

18. Объем радиоактивных отходов очень мал, они весьма компактны, и их можно хранить в условиях, гарантирующих отсутствие утечки наружу.

19. Билибинская АЭС - единственная в зоне вечной мерзлоты атомная электростанция.

Затраты на строительство АЭС находятся
примерно на таком же уровне, как и
строительство ТЭС, или несколько выше.
Билибинская АЭС - единственная в зоне вечной
мерзлоты атомная электростанция.

20.

АЭС экономичнее
обычных тепловых
станций, а, самое
главное, при
правильной их
эксплуатации – это
чистые источники
энергии.

21. Мирный атом должен жить

Атомная энергетика, испытав тяжёлые уроки
Чернобыля и других аварий, продолжает
развиваться, максимально обеспечивая безопасность
и надёжность! Атомные станции вырабатывают
электроэнергию самым экологически чистым
способом. Если люди будут ответственно и
грамотно относиться к эксплуатации АЭС, то
будущее- за ядерной энергетикой. Люди не должны
бояться мирного атома, ведь аварии происходят по
вине человека.

Плюсы и минусы атомной энергетики
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая), основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд) и проблема переработки использованного ядерного топлива.
Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. Одна из них независимость от транспортировки топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т. (или около 5 млн. низкосортного угля), то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива (на угольных станциях эти расходы составляют до 50% себестоимости). Использование ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу. Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.
К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную опасность радиоактивного заражения окружающей среды при тяжелых авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского (РБМК), приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергии), полностью исключают аварию подобной тяжести: по мере выработки проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы. #2

Ядерная топливно-энергетическая база России.

Пуск в 1954 году первой атомной электростанции мощностью всего лишь 5000 кВт стал событием мировой важности. Он ознаменовал начало развития атомной энергетики, которая может обеспечить человечество электрической и тепловой энергией на длительный период. Ныне мировая доля электрической энергии, вырабатываемой на АЭС, относительно невелика и составляет около 17 процентов, но в ряде стран она достигает 50-75 процентов. В Советском Союзе была создана мощная ядерно-энергетическая промышленность, которая обеспечивала топливом не только свои АЭС, но и АЭС ряда других стран. В настоящее время на АЭС России, стран СНГ и Восточной Европы эксплуатируются 20 блоков с реакторами ВВЭР-1000, 26 блоков с реакторами ВВЭР-440, 15 блоков с реакторами РБМК и 2 блока с реакторами на быстрых нейтронах. Обеспечение ядерным топливом этих реакторов и определяет объем промышленного производства твэлов и ТВС в России. Они изготавливаются на двух заводах: в г.Электросталь - для реакторов ВВЭР-440, РБМК и реакторов на быстрых нейтронах; в г-Новосибирске - для реакторов ВВЭР-1000.Таблетки для твэлов ВВЭР-1000 и РБМК поставляет завод, находящийся в Казахстане (г.Усть-Каменогорск). #4
В настоящее время из 15 атомных электростанций, построенных в СССР, 9 находятся на территории России; установленная мощность их 29 энергоблоков составляет 21242 мегаватта. Среди действующих энергоблоков 13 имеют корпусные реакторы ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор, активная зона которого размещается в металлическом или из предварительно напряженного бетона корпусе, рассчитанном на полное давление теплоносителя), 11 блоков- канальные реакторы РМБК-1000(РМБК - графито-водяной реактор без прочного корпуса. Теплоноситель в этом реакторе протекает через трубы, внутри которых находятся тепловыделяющие элементы), 4 блока- ЭГП (водо-графитовый канальный реактор с кипящим теплоносителем) по 12 мегаватт каждый установлены на Билибинской АТЭС и еще один энергоблок снабжен реактором БН-600 на быстрых нейтронах. Следует заметить, что основной парк корпусных реакторов последнего поколения был размещен на Украине (10 блоков ВВЭР-1000 и 2 блока ВВЭР-440). #9

Новые энергоблоки.
Сооружение нового поколения энергоблоков с корпусными реакторами (с водой под давлением) начинается в этом десятилетии. Первыми из них станут блоки ВВЭР-640, конструкция и параметры которых учитывают отечественный и мировой опыт, а также блоки с усовершенствованным реактором ВВЭР-1000 с существенно повышенными показателями безопасности. Головные энергоблоки ВВЭР-640 размещаются на площадках г. Сосновый Бор Ленинградской области и Кольской АЭС, а на базе ВВЭР-1000 - на площадке Нововоронежской АЭС.
Разработан также проект корпусного реактора ВПБЭР-600 средней мощности с интегральной компоновкой. АЭС с такими реакторами смогут сооружаться несколько позже.
Названные типы оборудования при своевременном выполнении всех научно-исследовательских и опытных работ обеспечат основные потребности атомной энергетики на прогнозируемый 15-20-летний период.
Существуют предложения продолжать работы по графито-водяным канальным реакторам, перейти на электрическую мощность 800 мегаватт и создать реактор, не уступающий реактору ВВЭР по безопасности. Такие реакторы могли бы заменить действующие реакторы РБМК. В перспективе возможно строительство энергоблоков с современными безопасными реакторами БН-800 на быстрых нейтронах. Эти реакторы могут быть использованы и для вовлечения в топливный цикл энергетического и оружейного плутония, для освоения технологий выжигания актиноидов (радиоактивных элементов-металлов, все изотопы которых радиоактивны). #9

Перспективы развития атомной энергетики.
При рассмотрении вопроса о перспективах атомной энергетики в ближайшем (до конца века) и отдаленном будущем необходимо учитывать влияние многих факторов: ограничение запасов природного урана, высокая по сравнению с ТЭС стоимость капитального строительства АЭС, негативное общественное мнение, которое привело к принятию в ряде стран (США, ФРГ, Швеция, Италия) законов, ограничивающих атомную энергетику в праве использовать ряд технологий (например, с использованием Рu и др.), что привело к свертыванию строительства новых мощностей и постепенному выводу отработавших без замены на новые. В то же время наличие большого запаса уже добытого и обогащенного урана, а также высвобождаемого при демонтаже ядерных боеголовок урана и плутония, наличие технологий расширенного воспроизводства (где в выгружаемом из реактора топливе содержится больше делящихся изотопов, чем загружалось) снимают проблему ограничения запасов природного урана, увеличивая возможности атомной энергетики до 200-300 Q. Это превышает ресурсы органического топлива и позволяет сформировать фундамент мировой энергетики на 200-300 лет вперед.
Но технологии расширенного воспроизводства (в частности, реакторы-размножители на быстрых нейтронах) не перешли в стадию серийного производства из-за отставания в области переработки и рецикла (извлечения из отработанного топлива "полезного" урана и плутония). А наиболее распространенные в мире современные реакторы на тепловых нейтронах используют лишь 0,50,6% урана (в основном делящийся изотоп U 238 , концентрация которого в природном уране 0,7%). При такой низкой эффективности использования урана энергетические возможности атомной энергетики оцениваются только в 35 Q. Хотя это может оказаться приемлемым для мирового сообщества на ближайшую перспективу, с учетом уже сложившегося соотношения между атомной и традиционной энергетикой и постановкой темпов роста мощностей АЭС во всем мире. Кроме того, технология расширенного воспроизводства дает значительную дополнительную экологическую нагрузку. .Сегодня специалистам вполне понятно, что ядерная анергия, в принципе, является единственным реальным и существенным источником обеспечения электроэнергией человечества в долгосрочном плане, не вызывающим такие отрицательные для планеты явления, как парниковый эффект, кислотные дожди и т.д. Как известно, сегодня энергетика, базирующаяся на органическом топливе, то есть на сжигании угля, нефти и газа, является основой производства электроэнергии в мире Стремление сохранить органические виды топлива, одновременно являющиеся ценным сырьем, обязательство установить пределы для выбросов СО; или снизить их уровень и ограниченные перспективы широкомасштабного использования возобновляемых источников энергии все это свидетельствует о необходимости увеличения вклада ядерной энергетики.
Учитывая все перечисленное выше, можно сделать вывод, что перспективы развития атомной энергетики в мире будут различны для разных регионов и отдельных стран, исходя из потребностей и электроэнергии, масштабов территории, наличия запасов органического топлива, возможности привлечения финансовых ресурсов для строительства и эксплуатации такой достаточно дорогой технологии, влияния общественного мнения в данной стране и ряда других причин. #2
Отдельно рассмотрим перспективы атомной энергетики в России . Созданный в России замкнутый научно-производственный комплекс технологически связанных предприятий охватывает все сферы, необходимые для функционирования атомной отрасли, включая добычу и переработку руды, металлургию, химию и радиохимию, машино- и приборостроение, строительный потенциал. Уникальным является научный и инженерно-технический потенциал отрасли. Промышленно-сырьевой потенциал отрасли позволяет уже в настоящее время обеспечить работу АЭС России и СНГ на много лет вперед, кроме того, планируются работы по вовлечению в топливный цикл накопленного оружейного урана и плутония. Россия может экспортировать природный и обогащенный уран на мировой рынок, учитывая, что уровень технологии добычи и переработки урана по некоторым направлениям превосходит мировой, что дает возможность в условиях мировой конкуренции удерживать позиции на мировом урановом рынке.
Но дальнейшее развитие отрасли без возврата к ней доверия населения невозможно. Для этого нужно на базе открытости отрасли формировать позитивное общественное мнение и обеспечить возможность безопасного функционирования АЭС под контролем МАГАТЭ. Учитывая экономические трудности России, отрасль сосредоточится в ближайшее время на безопасной эксплуатации существующих мощностей с постепенной заменой отработавших блоков первого поколения наиболее совершенными российскими реакторами (ВВЭР-1000, 500, 600), а небольшой рост мощностей произойдет за счет завершения строительства уже начатых станций. На длительную перспективу в России вероятен рост мощностей в переходом на АЭС новых поколений, уровень безопасности и экономические показатели которых обеспечат устойчивое развитие отрасли на перспективу.

Ядерная энергетика – единственный способ удовлетворить растущую потребность человечества в электричестве.

Никакие другие источники энергии не в состоянии произвести достаточное количество электричества. Его мировое потребление с 1990 по 2008 год выросло на 39 % и ежегодно увеличивается. Солнечная энергия не может удовлетворить индустриальные потребности в электричестве. Запасы нефти и угля истощаются. На 2016 год в мире функционировал 451 ядерный энергоблок. Суммарно энергоблоки выработали 10,7 % мирового объема генерации электричества. 20 % всей электроэнергии, вырабатываемой в России, производят атомные станции.

Энергия, выделяемая во время ядерной реакции, значительно превышает количество тепла, которое освобождается при горении.

1 кг урана, обогащенный до 4 %, выделяет количество энергии, эквивалентное сжиганию 60 тонн нефти или 100 тонн угля.

Безопасная работа атомных станций в сравнении с тепловыми.

С момента строительства первых атомных объектов произошло около трех десятков аварий, в четырех случаях произошел выброс вредных веществ в атмосферу. Число происшествий, связанных со взрывом метана на угольных шахтах, исчисляется десятками. Из-за устаревшего оборудования число аварий на ТЭС увеличивается с каждым годом. Последняя крупная авария в России произошла в 2016 году на Сахалине. Тогда без света остались 20 тысяч россиян. Взрыв в 2013 году на Углегорской ТЭС (Донецкая область, Украина) спровоцировал пожар, который не могли потушить в течение 15 часов. В атмосферу было выброшено большое количество токсичных веществ.

Независимость от ископаемых источников энергии.

Запасы природного топлива истощаются. Остатки угля и нефти оцениваются в 0,4 ИДж (1 ИДж = 10 24 Дж). Запасы урана превышают 2,5 ИДж. К тому же, уран может использоваться повторно. Ядерное топливо легко перевозить, расходы на транспортировку минимальны.

Сравнительная экологичность атомных электростанций.

В 2013 году мировые выбросы от использования ископаемого топлива для получения электричества составили 32 гигатонны. Сюда входят углеводороды и альдегиды, сернистый газ, оксиды азота. АЭС не потребляет кислород, ТЭС же использует кислород для окисления топлива и производит сотни тысяч тонн золы в год. Выбросы на АЭС происходят в редких случаях. Побочным эффектом их деятельности является эмиссия радионуклидов, которые распадаются в течение нескольких часов.

"Парниковый эффект" стимулирует страны ограничивать объемы сжигания угля и нефти. Атомные электростанции Европы ежегодно снижают эмиссию СО2 на 700 миллионов тонн.

Положительное влияние на экономику.

Строительство АЭС создает рабочие места на станции и в сопутствующих отраслях. Ленинградская АЭС, к примеру, обеспечивает локальные промышленные предприятия отоплением и горячей технической водой. Станция является источником медицинского кислорода для медучреждений и жидкого азота для предприятий. Гидротехнический цех поставляет потребителям питьевую воду. Объем производства энергии АЭС напрямую связан с ростом благосостояния района.

Незначительное количество действительно опасных отходов.

Отработанное ядерное топливо - источник энергии. Радиоактивные отходы составляют 5 % отработанного топлива. Из 50 кг отходов всего 2 кг нуждаются в длительном хранении и требуют серьезной изоляции.

Радиоактивные вещества смешивают с жидким стеклом и заливают в контейнеры с толстыми стенами из легированной стали. Железные контейнеры готовы обеспечить надежное хранение опасных веществ на протяжении 200-300 лет.

Строительство плавучих атомных электростанций (ПАТЭС) позволит обеспечить дешевой электроэнергией труднодоступные территории, в том числе и в сеймоопасных районах.

АЭС жизненно необходимы в труднодоступных районах Дальнего Востока и Крайнего Севера, но строительство стационарных станций экономически не оправдано в малонаселенных территориях. Выходом станет использование малых плавучих атомных тепловых станций. Первую в мире ПАТЭС "Академик Ломоносов" запустят осенью 2019 года на побережье Чукотского полуострова в Певеке. Строительство плавучего энергоблока (ПЭБ) ведется на Балтийском заводе Санкт-Петербурга. Всего планируется к 2020 году запустить в эксплуатацию 7 ПАТЭС. В числе плюсов использования плавучих АЭС:

• обеспечение дешевой электроэнергией и теплом;
• получение 40-240 тысяч кубометров пресной воды в сутки;
• отсутствие необходимости в срочной эвакуации населения при авариях на ПЭБ;
• повышенная удароустойчивость энергоблоков;
• потенциальный скачок в развитии экономики районов с ПАТЭС.

Предложить свой факт

Минусы ядерной энергии

Большие затраты на строительство АЭС.

Строительство современной атомной станции оценивается в 9 млрд долларов. По версии некоторых экспертов, расходы могут достигать 20-25 млрд евро. Стоимость одного реактора, в зависимости от его мощности и поставщика, колеблется в пределах 2-5 млрд долларов. Это в 4,4 раза выше стоимости ветряной энергетики и в 5 раз дороже солнечной. Срок окупаемости станции достаточно велик.

Запасы урана-235, который используют практически все АЭС, ограничены.

Запасов урана-235 хватит на 50 лет. Переход на использование комбинации из урана-238 и тория позволит вырабатывать энергию для человечества еще тысячу лет. Проблема в том, что для перехода на уран-238 и торий необходим уран-235. Использование всех запасов урана-235 сделает сделает переход невозможным.

Затраты на производство ядерной энергии превышают эксплуатационные расходы ветряных станций.

Исследователи компании «Energy Fair» представили отчет, который демонстрирует экономическую нецелесообразность использования ядерной энергии. 1 МВт/час, произведенный АЭС, обходится на 60 фунтов (96$) дороже аналогичного объема энергии, произведенного ветряными мельницами. Эксплуатация станций по расщеплению атома обходится в 202 фунта (323$) на 1 мвт/час, объекта ветроэнергетики - в 140 фунтов (224$).

Тяжелые последствия аварий на АЭС.

Риск аварий на объектах существует на протяжении всего срока эксплуатации атомных реакторов. Яркий пример - авария на ЧАЭС, на ликвидацию которой было направлено 600 тыс. человек. В течение 20 лет после аварии умерли 5 тысяч ликвидаторов. Реки, озера, лесные угодья, малые и крупные населенные пункты (5 млн га земель) стали непригодными для жизни. 200 тысяч км2 подверглись загрязнению. Авария стала причиной тысяч смертей, увеличения числа больных раком щитовидной железы. В Европе впоследствии зафиксировали 10 тысяч случаев рождения детей с уродствами.

Необходимость захоронения радиоактивных отходов.

Каждый этап расщепления атома связан с образованием опасных отходов. Сооружаются могильники для изоляции радиоактивных веществ до их полного распада, занимающие большие площади на поверхности Земли, расположенные в отдаленных местах мирового океана. 55 млн тонн радиоактивных отходов, захороненных на площади 180 гектаров в Таджикистане, рискуют проникнуть в окружающую среду. По данным на 2009 год, только 47 % радиоактивных отходов российских предприятий находятся в безопасном состоянии.

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.

Плюсы и минусы атомной энергетики. За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая, основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд и проблема переработки использованного ядерного топлива.

Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих.

Одна из них независимость от транспортировки топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т. или около 5 млн. низкосортного угля, то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива на угольных станциях эти расходы составляют до 50 себестоимости. Использование ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу.

Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25 всех вредных выбросов в атмосферу.

Около 60 выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза. К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную опасность радиоактивного заражения окружающей среды при тяжелых авариях типа Чернобыльской.

Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского РБМК, приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ Международного агентства по атомной энергии, полностью исключают аварию подобной тяжести по мере выработки проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро.

Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы. 2

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Перспективы развития атомной энергетики в России

Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и.. Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82 от уровня 1990 и.. Отсутствие необходимых инвестиций не позволило в 90-х годах компенсировать естественное выбытие производственных..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях: