Поделка мирный атом
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 18.09.2024
Презентация на тему: " Мирный атом Мирный атом атомная энергия, используемая в мирных целях." — Транскрипт:
2 Мирный атом Мирный атом атомная энергия, используемая в мирных целях.
3 Скульптурная композиция "Мирный атом" в Волгодонске
4 Атомная энергетика - область техники, основанная на использовании реакции деления атомных ядер для выработки теплоты и производства электроэнергии.
5 Современная ТЭС Современная ГЭС Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность, высокая мощность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая),
6 Современная АЭС 0,3г ядерного топлива тон угля
7 Ядерный реактор это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии.
8 Первый ядерный реактор, названный СР- 1, построен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми.
9 В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1. Она была запущена 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова
История атомной энергетики, как ни странно, началась с огромного количества исследований в других областях. В 1895 году первый в истории лауреат Нобелевской премии по физике Вильгельм Рентген случайно открывает рентгеновское излучение, полученное им на первом ускорителе электронов — катодной трубке.
В 1896 году французский физик Анри Беккерель открыл феномен радиоактивности при изучении фосфоресценции солей урана, а его исследования продолжила знаменитая супружеская пара Пьера и Мари Кюри — только они уже проводили эксперименты с соединениями тория и солями урана. Ими были выделены высокоактивные элементы полоний и радий, а позже они обнаружили, что эти радиоактивные элементы испускают три вида проникающей радиации: α-, β- и γ- лучи.
Считается, что самый большой вклад в фундаментальное изучение атомарной структуры и последующего открытия ядерного синтеза внес британский физик Эрнест Резерфорд. В 1911 году своим знаменитым опытом рассеяния альфа-частиц он доказал существование в атомах положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов вокруг него. На основе результатов опыта ученый создал первую планетарную модель атома.
Согласно воспоминаниям советского физика Льва Капицы, Эрнест Резерфорд был ярким представителем английской экспериментальной школы в физике, для которой характерно стремление разобраться в сути физического явления и экспериментально проверить, может ли оно быть объяснено существующими теориям.
Он редко использовал формулы и практически не использовал математические расчеты. Его коллеги и ученики отмечали, что Резерфорд был гениальным экспериментатором. Например, он открыл эманацию тория, заметив различия в показаниях электроскопа, измерявшего ионизацию, при открытой и закрытой дверце в приборе, перекрывавшей поток воздуха. Другой пример — открытие Резерфордом искусственной трансмутации элементов, когда облучение ядер азота в воздухе альфа-частицами сопровождалось появлением очень редких высокоэнергичных частиц (протонов), имевших больший пробег.
В современном мире ядерная физика делится на два основных направления — военные технологии и так называемая сфера мирного атома, в который входит несколько отделений: изучение возможностей атома, ядерная энергетика и ядерная медицина.
Ядерная энергетика
В любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия — например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях, солнечных электростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, или энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях. Однако к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.
Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 года в Чикагском университете. Для ее реализации использовался уран в качестве топлива, а графит в качестве замедлителя. Но первая электроэнергия, извлеченная из энергии ядерного распада, была получена только спустя почти 10 лет — 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I), произведенная мощность которого составляла около 100 кВт.
Советский Союз старался не отставать в сфере ядерного развити, и 9 мая 1954 года на ядерном реакторе в Обнинске была достигнута первая устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащенном уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом. 26 июня в 17:30 энергия, выработанная здесь, стала поступать в потребительскую электросеть Мосэнерго.
На сегодняшний день ядерная энергия обеспечивает до 15% от производства всей электроэнергии на Земле — до 6,55 млрд МВт·ч (562,9 млн тонн в нефтяном эквиваленте). В мире функционируют почти 500 АЭС, большинство из которых находятся на территории Северной Америки, Европы, Азии и стран бывшего СССР. При этом на территории Африки АЭС практически нет, а в Австралии ядерная энергия не используется совсем.
Доля выработки электроэнергии на АЭС в некоторых странах достигает больших значений: так, в 12 странах она превышает 30% от общего количества энергии. С другой стороны, в некоторых странах ее доля в энергобалансе незначительна — Китай является вторым лидером по мощности АЭС, однако ядерная энергия дает всего порядка 4% электричества страны. Основным лидером по установленной мощности являются США, однако ядерная энергетика составляет там лишь 20% в общем энергобалансе. Мировым лидером по доле в общей выработке является Франция, в которой ядерная энергетика является национальным приоритетом — 72% от всего электричества в стране.
Самыми масштабными программами по строительству новых АЭС владеют Россия, Индия и Южная Корея, в которых сейчас строится около 35 новых атомных электростанций, что более 50% от всех создаваемых объектов такого типа.
Ядерная энергия используется не только для снабжения жителей с помощью атомных электрических станций, но и для передвижения атомных ледоколов и атомных подводных лодок. Кроме того, многие страны имеют программы изучения возможностей атомного деления — например, для создания ядерного ракетного двигателя, в том числе для космических кораблей. СССР даже имел программу спутников, которые имели в себе ядерные двигатели. Подробнее об этом читайте в нашем большом материале.
Проблемы атомной энергии
На сегодняшний день в мире существуют две противоположные тенденции — некоторые страны начинают сворачивать свои ядерные программы. Например, США, Франция и Япония начинают закрывать некоторые АЭС, а Италия стала первой страной в мире, которая сознательно закрыла все АЭС и полностью отказалась от ядерной энергетики.
Бельгия, Германия, Испания, Швейцария и Швеция осуществляют долгосрочную политику по отказу от ядерной энергетики. Австрия, Куба, Ливия, Вьетнам и Польша закрыли свои ядерные программы буквально перед пуском первой АЭС по политическим, экономическим или техническим причинам.
Самым спорным моментом в ядерной энергетике является ее безопасность, особенно связанная с эксплуатацией реакторов. Противники ядерных систем указывают на техногенные катастрофы в Чернобыле и Фукусиме, из-за которых погибли тысячи человек, а ущерб, нанесенный экономике СССР и Японии, составляет миллиарды долларов. Кроме того, от атомной энергии, как правило, остаются отходы, которые необходимо утилизировать.
Вместе с тем выступающая за продвижение ядерной энергетики Всемирная ядерная ассоциация опубликовала в 2011 году данные, согласно которым гигаватт в 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.
Ядерная медицина
Как отрасль медицины эта сфера появилась только в 1970-1980-х, несмотря на то, что еще в 1901 году французские физики Анри-Александр Данло и Эжен Блок впервые применили радий для лечения кожного туберкулеза, а венгр Дьёрдь де Хевеши в 1913 году предложил использовать в биологических исследованиях метод меченых атомов.
Лидером этого рынка являются США и Япония, при этом Россия является лидером по производству сырьевых медицинских изотопов, однако пока страна не имеет собственной полноценной программы ядерной медицины.
Уже не одну сотню лет мы тратим природные ресурсы для получения энергии. Сначала мы разжигали деревья для костра, теперь тратим нефть, газ и уголь для получения электричества.
Но зачем нам тратить природные ресурсы, которые рано или поздно исчерпают себя, если можно использовать ядерную энергию? Она лучше других видов: эффективная и экологически чистая. Но какие у неё есть недостатки? И можно ли полностью перейти на ядерную энергетику?
Преимущества и страхи
Первый ядерный реактор запустили ещё в 1942 году. С тех пор стало ясно, что ядерная энергия несет огромную выгоду. Атомная электростанция не требует огромных топливных затрат, что является ее главным преимуществом. Плюс ко всему, они не выбрасывают тонны углекислого газа в атмосферу, как электростанции на нефти или газе.
Но многих простых людей пугает такая перспектива. Еще свежо в памяти воспоминание о Чернобыле. Ситуация здесь ровно такая же, как с боязнью самолетов, которые считаются самым безопасным транспортом среди всех. Но каждое падение становится громкой трагедией.
Ядерная энергия набирает силу
В последние годы наметилась заметная тенденция развития ядерной энергетики. Это можно заметить по ведущим странам мира. Например, Япония, отошедшая после трагедии на Фукусиме, пересмотрела свое законодательство касательно подобных объектов на своей территории. Также в Азии наращивает свои ядерные обороты Южная Корея.
Великобритания и США не планируют отказываться от атомной энергии в ближайшие годы. А Россия и вовсе строит десятки АЭС по всему миру!
Почему ядерная энергия лучше всех
Кажется, переход на ядерную энергию — это не только прогрессивное решение, но и способ сохранить окружающую среду. Ведь работа ядерных станций в разы сокращает выбросы в атмосферу углекислого газа, снижая парниковый эффект. К тому же, один килограмм урана дает энергию, получаемую из 60 тонн нефти или 100 тонн угля.
Сегодня популярность набирают ториевые реакторы. Атомная энергетика на основе тория более безопасна, к тому же запасов тория в земной коре куда больше, чем урана.
Есть одна проблема: использованные уран и торий распадаются до других радиоактивных элементов, которые нужно хранить в полигонах. Но если сделать так, чтобы система работы на ядерной энергии стала цикличной и замкнутой, это приведет к практически минимальной выработке отходов от производства.
Аргументы против
Как я уже упоминал, в мире отказываются от урана и плутония в пользу тория. Ториевые ядерные реакторы безопасные, и в них не может случиться взрыва : ядерный распад очень легко контролировать.
Однако можно с уверенностью сказать: за ядерной энергией будущее. Нефть, газ и уголь рано или поздно закончатся, а солнечные и ветровые установки можно использовать далеко не во всём мире. К тому же их строительство и обслуживание очень дорогое.
Понравилась статья? Ставьте палец вверх и подписывайтесь на канал! А также читайте по теме: В чем разница между ядерной и термоядерной бомбой?
В конце Второй мировой войны над японскими городами Хиросимой и Нагасаки были сброшены две ядерные бомбы. Новое оружие оказалась самым смертоносным в человеческой истории. Последовавшая ядерная гонка между СССР и США еще больше усугубила страхи мирового сообщества перед ядерным фактором. Однако помимо атомных боеголовок, появился и атом мирный. Под этой фразой подразумевают ядерную энергетику.
Принцип работы АЭС
В основе работы любой АЭС лежит реакция деления атома. Для того чтобы ее вызвать, необходимо провести нейтронную бомбардировку ядер урана-235. Мельчайшие частицы делятся на фрагменты, при этом вырабатывая колоссальное количество гамма-лучей и тепловой энергии.
Мирный атом может оставаться мирным только под жестким контролем, обязательным для АЭС. Дело в том, что при делении возникают нейтроны, которые порождают новые цепные реакции. Бесконтрольное охватывание ядер приводит к взрыву. Именно этот принцип лежит в основе срабатывания атомных бомб. На электростанциях же процесс контролируется, а избыточная энергия направляется в полезное для людей русло.
Уран-235
Ядерное топливо перед использованием помещается в специальные стержни. Его хранят в виде таблеток, изготовленных из окиси урана. Следует понимать, что это вещество неоднородно. 3% таких таблеток состоит из урана-235 (при реакции делится именно он), остальная часть приходится на уран-238 (этот изотоп не делится).
Зачем нужно такое соотношение? Чтобы держать процесс под контролем. Работающий реактор запускает реакцию деления. По ходу ее развития количество урана-235 уменьшается. В то же время увеличивается объем продуктов деления. Это ядерные отходы. Они представляют серьезную опасность для окружающей среды, поэтому должны правильно утилизироваться. Может ли атом быть мирным? Как видно из описанной технологии, только при точном соблюдении инструкций и правил производственного процесса.
Предпосылки появления
Ядерная (атомная) энергетика зародилась в середине XX века. С тех пор в мире были построены сотни АЭС (сегодня работает 442). Мирный атом обеспечивает больше половины энергии, необходимой Франции, Польше, Литве, Словакии, Швеции и Южной Корее. В Западной Европе АЭС вырабатывают около трети электричества.
Началось все в 1939 году, когда в Германии было открыто деление ядер урана. Исследованиями немцев крайне заинтересовались в СССР. Ученым сразу стало ясно, что только что открытый процесс позволяет производить гигантские объемы энергии. Если бы специалистам удалось научиться контролировать сложные реакции, это позволило бы решить множество экономических проблем. Первые советские исследования, связанные с мирным атомом, прошли в РИАН (Радиевом институте Академии наук) под руководством выдающегося физика Игоря Курчатова.
Ядерная гонка
Работа советских ученых тормозилась из-за отсутствия у СССР собственных запасов урана. Кроме того, в 1941 году началась Великая Отечественная война, и о революционных открытиях пришлось на время забыть. На этом фоне повестку дня перехватили в Великобритании, США и Германии. Парадокс заключается в том, что ядерная энергетика появилась как ответвление милитаристского проекта. Разумеется, воевавшие страны в первую очередь пытались получить самое мощное оружие, а уже затем думали о мирных способах использования своих открытий.
Первый экспериментальный атомный реактор был запущен в США в декабре 1942-го года. Руководителем проекта являлся итальянский ученый Энрико Ферми. В СССР первый реактор появился в конце 1946-го года в Институте атомной энергии. К этому времени уже произошли американские бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. В СССР атомную бомбу создали в 1949 году, а водородную – в 1953 году. Война уже закончилась, и ученые начали готовить ядерный реактор для работы на народное хозяйство Советского Союза.
Строительство АЭС
Первая атомная электростанция в мире была запущена летом 1954-го года. Ею оказалась Обнинская АЭС, расположенная в Калужской области. В США с небольшим опозданием также начали реализовывать энергетический атомный проект. В 1956 году американцам впервые удалось с помощью реактора получить электричество. Постепенно в двух сверхдержавах основывались все новые АЭС. Каждая из них била очередной рекорд мощности.
Пик развития атомной энергетики пришелся на вторую половину 1960-х гг. Затем количество строек АЭС стало уменьшаться. В США в Конгрессе и научном сообществе началась дискуссия о проблемах, связанных с безопасностью мирного атома. Тем не менее к 1986 году выработка электричества на АЭС достигла отметки в 15% от объема, производимого обычными электростанциями.
Символ атомной энергетики
В 1958 году в Брюсселе, где проходила очередная Всемирная выставка, открылся Атомиум. Над концепцией конструкции работал архитектор Андре Ватеркейнер. Атомиум выглядит как увеличенная кристаллическая решетка железа: девять атомов, объединенных между собой. Вес конструкции – 2400 тонн, а высота равна 102 метрам. Посетители могут попасть в шесть из девяти сфер. Эти модели атомов, увеличенные в сотни миллиардов раз, соединены друг с другом двадцатью 23-метровыми трубами. Внутри них находятся коридоры и эскалаторы.
Экологический фактор
Проблема экологического загрязнения радиоактивными отходами с каждым годом становится все актуальнее. К примеру, в современной России мирным атомом занимается персонал 10 АЭС. Все эти предприятия нуждаются в особенном внимании экологов и государственных ведомств.
В Европейском Союзе каждый год скапливается 50 тысяч кубометров радиоактивных отходов. Ключевая проблема заключается в том, что подобный мусор остается опасным на протяжении тысяч лет (к примеру, период распада плутония-239 составляет 24 тысячи лет).
Утилизация отходов
Сегодня существует несколько концепций о том, как лучше всего избавиться от радиоактивных отходов. Первая идея заключается в создании могильников, находящихся на дне Мирового океана. Это довольно сложно реализуемый способ. Контейнеры должны находиться на значительной глубине, кроме того, их может повредить морское течение.
Вторая идея рассматривается в НАСА, где предлагают отправлять ядерные отходы в открытый космос. Такой способ безопасен для Земли, но чреват чрезмерными тратами. Есть и другие идеи: вывозить отходы на необитаемые острова или хоронить их в льдах Антарктиды. Самым же приемлемым сегодня считается вариант строительства могильников в скальных подземных породах. Исследования, связанные с этой идеей, продолжают проводиться в Германии и Швейцарии.
Урок Чернобыля
Долгое время атомная энергетика считалась безальтернативной. На протяжении нескольких десятилетий мирный атом в СССР и других странах продолжал свою экономическую экспансию. Однако в 1986 году в Чернобыле произошла трагедия, которая заставила человечество переосмыслить свое отношение к АЭС. На станции рядом с Припятью произошел взрыв, последствием которого стало разрушение реактора и выброс в окружающую среду значительного количества опасных для здоровья радиоактивных веществ.
Хотя за 30 лет меры безопасности на подобных предприятиях заметно улучшились, теоретически трагедия, похожая на чернобыльскую, может повториться вновь. Случались аварии и до, и после ЧАЭС: в 1957 году - в Великобритании (Уиндскейл), в 1979 году - в США (Три-Майл-Айленд), в 2011 году - в Японии (Фукусима). Сегодня в МАГАТЭ собраны сведения более чем о 1000 внештатных ситуаций на станциях. Причины аварий: человеческий фактор (80% случаев), реже - конструкторские недостатки. На Фукусиме в Японии чрезвычайная ситуация произошла из-за мощнейшего землетрясения и последовавшего за ним цунами.
Перспективы ядерной энергетики
Вопрос о том, есть ли будущее у мирного атома, с экономической точки зрения сложен и вызывает множество споров специалистов. Из-за большого количества противоречивых факторов его будущее неясно и туманно. Последние прогнозы, которые выпускает Международное энергетическое агентство, говорят о том, что при сохранении сегодняшних тенденций доля электроэнергии, производимой на АЭС, к 2030 году упадет с 15% до 9%.
До недавнего времени атомная энергетика пользовалась спросом в том числе и из-за высоких цен на нефть. Однако в 2014 году они резко упали. Таким образом, появилась еще одна подешевевшая альтернатива АЭС. Важно и то, что атом мирный обеспечивает людей только электроэнергией (то есть даже при повсеместном применении не может полностью избавить общество от энергетической зависимости).
Нефть или электричество?
Речь идет о появлении автомобилей, работающих не на бензине, а на электричестве. Сегодня такой транспорт все больше завоевывает рынки США и Европы. Через несколько десятилетий электромобили станут нормой. Именно в этот момент на выручку мировой экономике может вновь прийти атом мирный. АЭС в силах решить проблему все возрастающей потребности разных стран в электричестве.
Термоядерная энергетика
Есть еще одна перспектива, при которой атом мирный может совершить экономический триумф. Одной из важнейших проблем, связанных с эксплуатацией АЭС, является экологическая безопасность. Вопрос о сложности захоронения радиационных отходов и отработанного топлива породил идею о переформатировании атомных реакторов в новые атомно-термоядерные. Такие предприятия будут совершенно безопасны для окружающей среды. Но прежде чем эта технология мирного атома будет внедрена в производство, специалистам придется проделать значительный путь.
Сегодня над термоядерным проектом уже работают команды из 33 стран мира. Глобальность затеи с термоядерным топливом обуславливается множеством его преимуществ. Оно не только безопасно с точки зрения экологии, но и неисчерпаемо. Необходимый ученым ресурс – дейтерий, который получают из Мирового океана. Главное технологическое отличие термоядерной станции от АЭС заключается в том, что на новых предприятиях будет происходить ядерный синтез (на прежних АЭС осуществляется расщепление ядра). Возможно, именно в этой технологии заключается будущее мирного атома.
Читайте также: