Invenția energiei atomice. Energia nucleară (atomică).

Energia atomică este energia eliberată în timpul transformării nucleelor atomice. Sursa energiei atomice este energie internă nucleul atomic.

O denumire mai exactă pentru energia atomică este energia nucleară. Există două tipuri de producție de energie nucleară:
- implementarea unei reacţii nucleare în lanţ de fisiune a nucleelor grele;
- implementare termo reacție nucleară sinteza nucleelor ușoare.

Mituri despre energia nucleară

Rezervele mondiale de uraniu se epuizează. Chiar și un copil știe despre epuizarea resurselor naturale în zilele noastre. Într-adevăr, rezervele multor minerale se epuizează rapid. Rezervele de uraniu sunt în prezent evaluate ca fiind „relativ limitate”, dar acestea nu sunt atât de mici. Pentru comparație, există la fel de mult uraniu cât staniu și de 600 de ori mai mult decât aur. Potrivit estimărilor preliminare ale oamenilor de știință, rezervele acestui metal radioactiv ar trebui să fie suficiente pentru umanitate pentru următorii 500 de ani. În plus, reactoarele moderne pot folosi toriu drept combustibil, iar rezervele sale globale, la rândul lor, depășesc rezervele de uraniu de 3 ori.

Energia nucleară are un impact extrem de negativ asupra mediului. Reprezentanții diferitelor campanii antinucleare susțin adesea că energia nucleară conține „emisii ascunse” de gaze care au un impact negativ asupra mediului. Dar, conform tuturor informațiilor și calculelor moderne, energia nucleară, chiar și în comparație cu energia solară sau hidroenergetică, care sunt considerate practic ecologice, conține un nivel destul de scăzut de carbon.

Energia eoliană și a valurilor sunt mult mai puțin dăunătoare din punct de vedere al mediului.În realitate, parcuri eoliene sunt construite sau au fost deja construite pe situri cheie de coastă, iar construcția în sine deja cu siguranță poluează mediul. Dar construcția stațiilor de undă este încă experimentală, iar impactul său asupra mediului nu este cunoscut cu precizie, așa că este greu să le numim mult mai sustenabile din punct de vedere ecologic în comparație cu energia nucleară.

În zonele în care sunt amplasate reactoare nucleare, incidența leucemiei este mai mare. Nivelul de leucemie în rândul copiilor din vecinătatea centralelor nucleare nu este mai mare decât, de exemplu, în zonele din apropierea așa-numitelor ferme ecologice. Răspândirea acestei boli poate acoperi atât zona din jurul centralei nucleare cât și parc national, gradul de pericol este absolut același.

Reactoarele nucleare produc prea multe deșeuri. Energia nucleară produce de fapt deșeuri minime, contrar a ceea ce susțin avocații mediu. Pământul nu este deloc plin cu deșeuri radioactive. Tehnologii moderne producția de energie nucleară va face posibilă reducerea la minimum a ponderii cantității totale de deșeuri radioactive în următorii 20-40 de ani.

Energia nucleară contribuie la proliferarea armelor în lume. O creștere a numărului de centrale nucleare va duce tocmai la o reducere a proliferării armelor. Ogioasele nucleare produc foarte mult combustibil pentru reactoare de bună calitate, iar focoasele reactoarelor produc aproximativ 15% din combustibilul nuclear mondial. Creșterea cererii de combustibil pentru reactoare este de așteptat să „deturneze” astfel de focoase de la potențialii teroriști.

Teroriştii aleg reactoare nucleare drept ţinte. După tragedia din 11 septembrie 2001, un număr de cercetarea stiintifica pentru a determina probabilitatea unui atac asupra instalaţiilor nucleare. Cu toate acestea, studii britanice recente au demonstrat că centralele nucleare sunt destul de capabile să „reziste” chiar și unui raid Boeing 767-400. Noua generație de reactoare nucleare va fi proiectată cu niveluri sporite de protecție împotriva potențialelor atacuri din partea tuturor aeronavelor existente și, de asemenea, există planuri de introducere a unor caracteristici speciale de siguranță care pot fi activate fără intervenția umană sau controlul computerului.

Energia nucleară este foarte scumpă. Declarație controversată. Potrivit Departamentului Britanic de Comerț și Industrie, costul producerii energiei electrice din centralele nucleare depășește doar prețul gazului și este de 10-20 de ori mai mic decât energia produsă de parcurile eoliene de pe uscat. În plus, 10% din costul total al energiei nucleare provine din uraniu, iar energia nucleară nu este la fel de susceptibilă la fluctuațiile constante ale prețurilor la combustibili precum gazul sau petrolul.

Dezafectarea unei centrale nucleare este foarte costisitoare. Această declarație se aplică numai centralelor nucleare construite anterior. Multe dintre reactoarele nucleare actuale au fost construite fără așteptarea dezafectării lor ulterioare. Dar în timpul construcției de noi centrale nucleare acest punct va fi deja luat în considerare. Cu toate acestea, costul dezafectării unei centrale nucleare va fi inclus în costul energiei electrice pe care consumatorii o plătesc. Reactoarele moderne sunt proiectate să funcționeze timp de 40 de ani, iar taxa de dezafectare va fi plătită în această perioadă. pe termen lung, și, prin urmare, va avea un efect ușor asupra prețului energiei electrice.

Construcția centralei nucleare durează prea mult. Aceasta este poate cea mai nemotivată dintre toate declarațiile campaniilor antinucleare. Construcția unei centrale nucleare durează de la 4 la 6 ani, ceea ce este comparabil cu timpul de construcție al centralelor „tradiționale”. Structura modulară a noilor centrale nucleare poate accelera oarecum procesul de construire a centralelor nucleare.

Dependența energiei de legare per nucleon de numărul de nucleoni din nucleu este prezentată în grafic.

Energia necesară pentru a împărți un nucleu în nucleoni individuali se numește energie de legare. Energia de legare per nucleon nu este aceeași pentru diferite elemente chimice și chiar izotopi ai acelorași element chimic. Energia de legare specifică a unui nucleon dintr-un nucleu variază, în medie, de la 1 MeV pentru nucleele ușoare (deuteriu) la 8,6 MeV pentru nucleele cu greutate medie (A≈100). Pentru nucleele grele (A≈200), energia specifică de legare a unui nucleon este mai mică decât pentru nucleele cu greutate medie, cu aproximativ 1 MeV, deci transformarea lor în nuclee cu greutate medie (diviziunea în 2 părți) este însoțită de eliberarea de energie într-o cantitate de aproximativ 1 MeV per nucleon sau aproximativ 200 MeV per nucleu. Transformarea nucleelor ușoare în nuclee mai grele oferă un câștig de energie și mai mare per nucleon. De exemplu, reacția dintre deuteriu și tritiu

1 D²+ 1 T³→ 2 He 4 + 0 n 1

este însoțită de eliberarea de energie 17,6 MeV, adică 3,5 MeV per nucleon.

Eliberarea energiei nucleare

Sunt cunoscute reacțiile nucleare exoterme care eliberează energie nucleară.

De obicei, o reacție în lanț de fisiune nucleară a nucleelor de uraniu-235 sau plutoniu este utilizată pentru a produce energie nucleară. Nucleii se fisionează atunci când un neutron îi lovește, producând noi neutroni și fragmente de fisiune. Neutronii de fisiune și fragmentele de fisiune au energie cinetică mare. Ca urmare a ciocnirilor de fragmente cu alți atomi, această energie cinetică este rapid transformată în căldură.

O altă modalitate de a elibera energie nucleară este fuziunea nucleară. În acest caz, două nuclee de elemente ușoare se combină într-unul greu. Astfel de procese au loc la Soare.

Multe nuclee atomice sunt instabile. În timp, unele dintre aceste nuclee se transformă spontan în alte nuclee, eliberând energie. Acest fenomen se numește descompunere radioactivă.

Aplicații ale energiei nucleare

Energia de fuziune este folosită într-o bombă cu hidrogen.

Note

Vezi de asemenea

Legături

Acorduri internaționale

Convenția privind notificarea timpurie a unui accident nuclear (Viena, 1986)
Convenția privind protecția fizică a materialelor nucleare (Viena, 1979)
Convenția de la Viena privind răspunderea civilă pentru daune nucleare
Convenția comună privind siguranța gestionării combustibilului uzat și siguranța gestionării deșeurilor radioactive

Literatură

Clarfield, Gerald H. și William M. Wiecek (1984). America nucleară: putere nucleară militară și civilă în Statele Unite 1940-1980, Harper & Row.
Cooke, Stephanie (2009). În mâinile morților: o istorie precaută a erei nucleare, Black Inc.
Cravens Gwyneth Puterea de a salva lumea: adevărul despre energia nucleară. - New York: Knopf, 2007. - ISBN 0-307-26656-7
Elliott, David (2007). Nuclear sau nu? Are energia nucleară un loc într-un viitor energetic durabil?, Palgrave.
Falk, Jim (1982). Fisiune globală: bătălia asupra energiei nucleare, Oxford University Press.
Ferguson, Charles D., (2007). Energia nucleară: echilibrarea beneficiilor și riscurilor Consiliul pentru Relații Externe.
Herbst, Alan M. și George W. Hopley (2007). Energia nucleară acum: de ce a venit timpul pentru cea mai neînțeleasă sursă de energie din lume, Wiley.
Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (august 2009). Raportul de stare mondială a industriei nucleare, Ministerul Federal German al Mediului, Conservarea Naturii și Siguranța Reactorului.
Walker, J. Samuel (1992). Conținând atomul: Reglementarea nucleară într-un mediu în schimbare, 1993-1971
Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: o criză nucleară din perspectivă istorică, Berkeley: University of California Press.
Weart, Spencer R. Creșterea fricii nucleare. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1

Tehnologia nucleară
Inginerie
Materiale
Energie nucleară
Medicina nucleara
Arme nucleare

Fundația Wikimedia.

2010.
Kossman, Bernhard

Zimmerman, Albert Karl Heinrich

Vedeți ce înseamnă „energie nucleară” în alte dicționare: ENERGIE NUCLEARĂ - (energie atomică) energia internă a nucleelor atomice eliberată în timpul transformărilor nucleare (reacții nucleare). energie nucleară de legare. defect de masă Nucleonii (protoni și neutroni) din nucleu sunt ținuți ferm de forțele nucleare. Pentru a elimina un nucleon dintr-un nucleu,... ...

Vedeți ce înseamnă „energie nucleară” în alte dicționare: Dicţionar enciclopedic mare - (energie nucleară), intern energie la. nucleu, eliberat în timpul transformărilor nucleare. Energia care trebuie cheltuită pentru a împărți un nucleu în nucleonii săi constitutivi se numește. energie nucleară de legare? Acesta este max. energia spre cer poate fi eliberată……

Vedeți ce înseamnă „energie nucleară” în alte dicționare:- ENERGIE NUCLEARĂ, ENERGIE eliberată în timpul unei reacții nucleare ca urmare a tranziției MASEI în energie așa cum este descris în ecuația: E=mc2 (unde E este energia, m este masa, c este viteza luminii); a fost derivat de A. EINSTEIN în TEORIA RELATIVITĂȚII.... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Vedeți ce înseamnă „energie nucleară” în alte dicționare:- (energie nucleară) vezi () () ... Marea Enciclopedie Politehnică

Vedeți ce înseamnă „energie nucleară” în alte dicționare:- (energie atomică), energia internă a nucleelor atomice eliberată în timpul anumitor reacții nucleare. Utilizarea energiei nucleare se bazează pe implementarea reacțiilor în lanț de fisiune a nucleelor grele și a reacțiilor de fuziune termonucleară a nucleelor ușoare (vezi... ... Enciclopedie modernă

Atom constă dintr-un nucleu în jurul căruia orbitează particule numite electroni.

Nucleele atomilor sunt cele mai mici particule. Ele sunt baza pentru toată materia și materia.

Acestea conțin o cantitate mare de energie.

Această energie este eliberată ca radiație atunci când anumite elemente radioactive se descompun. Radiațiile sunt periculoase pentru toată viața de pe pământ, dar în același timp sunt folosite pentru a produce electricitate și în medicină.

Radioactivitatea este proprietatea nucleelor atomilor instabili de a emite energie. Majoritatea atomilor grei sunt instabili, iar atomii mai ușori au radioizotopi, de exemplu. izotopi radioactivi. Motivul apariției radioactivității este că atomii se străduiesc să atingă stabilitatea. Astăzi există trei tipuri de radiații radioactive: alfa, beta și gamma. Au fost numite după primele litere ale alfabetului grecesc. Nucleul emite mai întâi raze alfa sau beta. Dar dacă rămâne instabilă, atunci sunt emise raze gamma. Trei nuclee atomice pot fi instabile și fiecare dintre ele poate emite unul dintre tipurile de raze.

Figura prezintă trei nuclee atomice.

Sunt instabile și fiecare dintre ele emite unul dintre cele trei tipuri de raze.

Particulele alfa conțin doi protoni și doi neutroni. Nucleul atomului de heliu are exact aceeași compoziție. Particulele alfa se mișcă lent și, prin urmare, pot fi reținute de orice material mai gros decât o coală de hârtie. Ele nu sunt foarte diferite de nucleele atomilor de heliu. Majoritatea oamenilor de știință au prezentat versiunea conform căreia heliul de pe Pământ are o origine radioactivă naturală.

Particulele beta sunt electroni care au o energie enormă. Formarea lor are loc în timpul dezintegrarii neutronilor. De asemenea, particulele beta nu sunt deosebit de rapide, ele pot călători până la un metru prin aer. Prin urmare, o foaie de cupru cu grosimea milimetrică poate deveni un obstacol în calea lor. Și dacă plasați o barieră de 13 mm de plumb sau un strat de aer de 120 de metri, puteți reduce radiația gamma la jumătate.

Razele gamma sunt radiații electromagnetice cu o energie enormă. Viteza sa de mișcare este egală cu viteza luminii.

Substanțele radioactive sunt transportate în containere speciale de plumb cu pereți groși pentru a preveni scurgerea radiațiilor.

Expunerea la radiații este extrem de periculoasă pentru oameni.

Provoacă arsuri, cataractă și provoacă dezvoltarea cancerului.

Un dispozitiv special ajută la măsurarea nivelului de radiație - un contor Geiger, care emite sunete de clic atunci când apare o sursă de radiații.

Când un nucleu emite particule, se transformă în nucleul altui element, modificându-și astfel numărul atomic. Aceasta se numește perioada de dezintegrare a elementului. Dar dacă elementul nou format este încă instabil, atunci procesul de dezintegrare continuă. Și așa mai departe până când elementul devine stabil. Pentru multe elemente radioactive, această perioadă durează zeci, sute și chiar mii de ani, așa că se obișnuiește să se măsoare timpul de înjumătățire. Luați, de exemplu, un atom de plutoniu-2 cu o masă de 242. După emiterea de particule alfa cu o relativă masa atomica 4, devine un atom de uraniu-238 cu aceeași masă atomică.

Reacții nucleare.

Reacțiile nucleare sunt împărțite în două tipuri: fuziune nucleară și fisiune nucleară.

Sinteza sau „compus” în alt mod implică unirea a două nuclee într-unul mare sub influența temperaturii foarte ridicate. În acest moment iese în evidență număr mare energie.

În timpul fisiunii și fisiunii, are loc procesul de fisiune nucleară, eliberând energie nucleară.

Acest lucru se întâmplă atunci când nucleul este bombardat cu neutroni într-un dispozitiv special numit accelerator de particule.

Când un nucleu se fisiază și neutronii emit, o cantitate colosală de energie este eliberată.

Se știe că pentru a obține o cantitate mare de energie electrică este nevoie doar de o unitate de masă de combustibil radio.Nicio altă centrală nu se poate lăuda cu așa ceva.

Energie nucleară.

Astfel, energia eliberată în timpul unei reacții nucleare este folosită pentru a genera electricitate sau ca sursă de energie în vasele subacvatice și de suprafață. Procesul de generare a energiei electrice la o centrală nucleară se bazează pe fisiunea nucleelor din reactoarele nucleare. Într-un rezervor imens există tije de substanță radioactivă (de exemplu, uraniu).

Ele sunt atacate de neutroni și se divid, eliberând energie. Noii neutroni sunt împărțiți din ce în ce mai mult. Se numește reacţie în lanţ. Eficiența acestei metode de generare a energiei electrice este incredibil de mare, dar măsurile de siguranță și condițiile de eliminare sunt prea scumpe.

Cu toate acestea, omenirea folosește energia nucleară nu numai în scopuri pașnice. La mijlocul secolului al XX-lea, armele nucleare au fost testate și testate.

Acțiunea sa este de a elibera un flux imens de energie, care duce la o explozie. Când s-a încheiat a doua? război mondial Statele Unite au folosit arme nucleare împotriva Japoniei. Au aruncat bombe atomice asupra orașelor Hiroshima și Nagasaki.

Consecințele au fost pur și simplu catastrofale.

Numai victimele umane au numărat câteva sute de mii.

Dar oamenii de știință nu s-au oprit aici și au dezvoltat arme cu hidrogen.

Diferențele lor sunt că bombe nucleare se bazează pe reacții de fisiune nucleară, iar cele de hidrogen se bazează pe reacții de fuziune.

Metoda radiocarbonului.

Pentru a obține informații despre momentul morții unui organism, se folosește metoda de datare cu radiocarbon. Se știe că țesutul viu conține o cantitate de carbon-14, care este un izotop radioactiv al carbonului. Timpul de înjumătățire este de 5700 de ani. După moartea organismului, rezervele de carbon-14 din țesuturi scad, izotopul se descompune, iar momentul morții organismului este determinat de cantitatea rămasă. De exemplu, puteți afla cu cât timp în urmă a erupt un vulcan. Acest lucru poate fi recunoscut de insectele și polenul înghețat în lavă.

Cum altfel se folosește radioactivitatea?

Radiațiile sunt folosite și în sectorul industrial.

Razele gamma sunt folosite pentru a iradia alimentele pentru a-și păstra prospețimea.

În medicină, radiațiile sunt folosite pentru a studia organele interne.

Există și o tehnică numită radioterapie. Acesta este momentul în care un pacient este iradiat cu doze mici, distrugând celulele canceroase din corpul său.

Energia eoliană

Energia eoliană este o ramură a energiei specializată în utilizarea energiei eoliene - energia cinetică a maselor de aer din atmosferă. Deoarece energia eoliană este o consecință a activității soarelui, este clasificată ca o formă regenerabilă de energie. energia eoliană nu poate fi considerată încă un concurent demn al centralelor nucleare, hidrocentrale și termice tradiționale. O centrală nucleară medie produce aproximativ 1,3 mii MW de energie electrică - mai mult decât cele mai mari patru centrale eoliene din lume.

Potrivit Asociației Americane pentru Energie Eoliană, costul construirii unei centrale eoliene a scăzut la 1 milion de dolari pe MW, ceea ce este aproximativ același cu costul construirii unei centrale nucleare. În ceea ce privește eficiența investițiilor, centralele eoliene sunt superioare doar centralelor pe gaz (600 mii USD per 1 MW). Cu toate acestea, spre deosebire de gaz, energia eoliană este gratuită. Generatoarele eoliene nu consumă combustibili fosili. Funcționarea unui generator eolian de 1 MW pe parcursul a 20 de ani de funcționare permite economisirea a aproximativ 29 de mii de tone de cărbune sau 92 de mii de barili de petrol. Un generator eolian de 1 MW reduce emisiile anuale în atmosferă cu 1800 de tone de CO2, 9 tone de SO2 și 4 tone de oxizi de azot.

Marele său avantaj față de energia nucleară este că nu există nicio problemă de stocare și reprocesare a combustibilului uzat. În ciuda faptului că peste douăzeci de ani costul energiei electrice eoliene a scăzut de la 40 la 5 cenți pe kilowatt și s-a apropiat foarte mult de costul energiei electrice produse prin arderea petrolului, gazelor, cărbunelui și utilizării energiei nucleare (în SUA, prețurile sale sunt de 2... 3 cenți pe kilowatt), va fi dificil să rezolvi acest decalaj.

Din 1978, Statele Unite au cheltuit peste 11 miliarde de dolari din fonduri publice pentru cercetarea în acest domeniu, dar rezultatele unor astfel de investiții au fost până acum slabe. În prezent, energia curată reprezintă nu mai mult de 8% din energia electrică generată de toate centralele electrice din SUA. Potrivit Departamentului pentru Energie al SUA, ponderea sa va crește cu doar 0,5% până în 2025. Dacă scădem din aceasta energia produsă de centralele hidroelectrice, cifrele vor fi și mai rapide - 2,1% în 2001 și 3,3% în 2025.

Energia nucleară este o ramură a energiei care se ocupă cu producerea și utilizarea energiei nucleare (anterior era folosit termenul de energie nucleară).

Deși în orice domeniu al energiei sursa primară este energia nucleară (de exemplu, energia reacțiilor nucleare solare în centralele hidroelectrice și pe combustibili fosili, energia dezintegrarii radioactive în centralele geotermale), energia nucleară se referă doar la utilizarea controlului reacții în reactoare nucleare.

Energia nucleară este produsă în centrale nucleare, utilizată în spărgătoare de gheață nucleare, submarine nucleare; Statele Unite implementează un program de creare a unui motor nuclear pentru nave spațialeÎn plus, s-au încercat crearea unui motor nuclear pentru aeronave.

Energia nucleară rămâne subiectul unei dezbateri intense. Susținătorii și oponenții energiei nucleare diferă puternic în ceea ce privește evaluările privind siguranța, fiabilitatea și eficienta economica. Există o credință larg răspândită cu privire la posibila scurgere de combustibil nuclear din producția de energie electrică și utilizarea acestuia pentru producerea de arme nucleare.

Einstein a stabilit legătura dintre energie și masă în ecuația sa:

unde c = 300.000.000 m/s - viteza luminii;

Astfel, corpul unei persoane care cântărește 70 kg conține energie

centrala reactorului RBMK-1000 va genera această cantitate de energie doar în două mii masa miezului separat. Desigur, conversia completă a masei în energie este încă foarte departe, dar o astfel de modificare a masei de combustibil din reactor, care nu este detectată de scale obișnuite, face posibilă obținerea unei cantități gigantice de energie. Modificarea masei de combustibil pe parcursul unui an de funcționare continuă în reactorul RBMK-1000 este de aproximativ 0,3 g, dar energia eliberată este aceeași ca la arderea a 3.000.000 (trei milioane) de tone de cărbune.% ani de funcționare. Problema principalaînvață să transformi masa în energie utilă. Omenirea a făcut primul pas pentru a rezolva această problemă prin stăpânirea utilizării militare și pașnice a energiei de fisiune nucleară. Într-o primă aproximare, procesele care au loc într-un reactor nuclear pot fi descrise ca fisiunea continuă a nucleelor. În acest caz, masa întregului nucleu înainte de fisiune este mai mare decât masa fragmentelor rezultate. Diferența este de aproximativ 0,1

Putere.

În practică, atunci când vorbim despre o sursă de energie, de obicei suntem interesați de puterea acesteia. Puteți ridica o mie de cărămizi la etajul cinci al unei case în construcție cu o macara sau cu ajutorul a doi muncitori cu o targă. În ambele cazuri, munca depusă și energia cheltuită sunt aceleași, doar puterea surselor de energie diferă. Definiţie:Putere sursă de energie (mașină), aceasta este cantitatea de energie primită (muncă efectuată) pe unitatea de timp.

putere = energie (muncă) / timp

dimensiune [J/sec = W]

Legea conservării energiei

După cum am menționat mai sus, în lumea din jurul nostru există o transformare continuă a energiei de la un tip la altul. Aruncând mingea, am provocat un lanț de transformări ale energiei mecanice de la un tip la altul. O minge care sare ilustrează clar legea conservării energiei:

Energia nu poate dispărea în nicăieri, sau nu poate apărea de nicăieri, ea poate trece doar de la un tip la altul.

Mingea, după ce a făcut mai multe sărituri, va rămâne în cele din urmă nemișcată la suprafață. Deoarece energia mecanică transferată inițial acestuia este cheltuită pentru:

a) depășirea rezistenței aerului în care se mișcă mingea (se transformă în energie termică aer)

b) încălzirea mingii și a suprafeței de impact. (o schimbare de formă este întotdeauna însoțită de încălzire, amintiți-vă cum se încălzește firul de aluminiu atunci când este îndoit în mod repetat)

Conversia energiei

Capacitatea de a transforma și utiliza energia este un indicator al dezvoltării tehnice a omenirii. Primul convertor de energie folosit de om poate fi considerat o velă - utilizarea energiei eoliene pentru a se deplasa prin apă, dezvoltată în continuare este utilizarea vântului și a apei în morile de vânt și apă. Invenția și implementarea motorului cu abur au făcut o adevărată revoluție în tehnologie. Motoarele cu abur din fabrici și fabrici au crescut dramatic productivitatea muncii. Locomotivele cu abur și navele cu motor au făcut transportul pe uscat și pe mare mai rapid și mai ieftin. Pe stadiu inițial Motorul cu abur servea la transformarea energiei termice în energie mecanică a unei roți rotative, din care, folosind diferite tipuri de transmisii (arbori, scripete, curele, lanțuri), energia era transferată către mașini și mecanisme.

Introducerea pe scară largă a mașinilor electrice, a motoarelor care convertesc energia electrică în energie mecanică și a generatoarelor pentru producerea de energie electrică din energie mecanică a marcat un nou salt în dezvoltarea tehnologiei. A devenit posibil să se transfere energie către distante mari sub formă de electricitate s-a născut o întreagă industrie energetică.

În prezent, au fost create un număr mare de dispozitive menite să transforme energia electrică în orice tip de energie necesară vieții umane: motoare electrice, încălzitoare electrice, lămpi de iluminat, precum și cele care folosesc direct electricitatea: televizoare, receptoare etc.

CNE (cu reactor cu o singură buclă)

Istoria dezvoltării energiei nucleare

Prima centrală nucleară pilot din lume cu o capacitate de 5 MW a fost lansată în URSS la 27 iunie 1954 la Obninsk. Înainte de aceasta, energia nucleului atomic era folosită în primul rând în scopuri militare. Lansarea primei centrale nucleare a marcat deschiderea unei noi direcții în energie, care a primit recunoaștere la Prima Conferință Științifică și Tehnică Internațională privind Utilizările Pașnice a Energiei Atomice (august 1955, Geneva).

În 1958 a fost pusă în funcțiune prima etapă a centralei nucleare din Siberia cu o capacitate de 100 MW (capacitate totală de proiectare 600 MW). În același an, a început construcția centralei nucleare industriale Beloyarsk, iar la 26 aprilie 1964, generatorul etapei 1 (unitate de 100 MW) a furnizat curent sistemului energetic Sverdlovsk, a 2-a unitate cu o capacitate de 200. MW a fost pus în funcțiune în octombrie 1967. Trăsătură distinctivă Beloyarsk NPP - supraîncălzirea aburului (până la obținerea parametrilor necesari) direct într-un reactor nuclear, ceea ce a făcut posibilă utilizarea turbinelor moderne convenționale pe acesta aproape fără nicio modificare.

În septembrie 1964, a fost lansată prima unitate a NPP Novovoronezh cu o capacitate de 210 MW. Costul pentru 1 kWh de energie electrică (cel mai important indicator economic al funcționării oricărei centrale electrice) la această centrală nucleară a scăzut sistematic: s-a ridicat la 1,24 copeici. în 1965, 1,22 copeici. în 1966, 1,18 copeici. în 1967, 0,94 copeici. în 1968. Prima unitate a CNE Novovoronezh a fost construită nu numai pentru uz industrial, ci și ca o instalație demonstrativă pentru a demonstra capacitățile și avantajele energiei nucleare, fiabilitatea și siguranța centralelor nucleare. În noiembrie 1965, în orașul Melekess, regiunea Ulyanovsk, a intrat în funcțiune o centrală nucleară cu un reactor apă-apă de tip „fierbe” cu o capacitate de 50 MW, reactorul a fost asamblat conform unui singur circuit , facilitând amenajarea stației. În decembrie 1969, a fost lansată a doua unitate a NPP Novovoronezh (350 MW).

În străinătate, prima centrală nucleară industrială cu o capacitate de 46 MW a fost pusă în funcțiune în 1956 la Calder Hall (Anglia) Un an mai târziu, a intrat în funcțiune în Shippingport (SUA).

Diagrama schematică centrala nucleara cu reactor nuclear având răcire cu apă, prezentată în fig. 2. Căldura degajată în miezul reactorului 1 este preluată de apa (lichidul de răcire) din primul circuit, care este pompată prin reactor pompa de circulatie 2. Apa încălzită din reactor intră în schimbătorul de căldură (generatorul de abur) 3, unde transferă căldura obținută în reactor în apa din circuitul 2. Apa celui de-al doilea circuit se evaporă în generatorul de abur, iar aburul rezultat intră în turbina 4.

Cel mai adesea, la centralele nucleare se folosesc 4 tipuri de reactoare cu neutroni termici: 1) reactoare apă-apă cu apă plată ca moderator și lichid de răcire; 2) grafit-apă cu lichid de răcire cu apă și moderator din grafit; 3) apă grea cu lichid de răcire cu apă și apă grea ca moderator; 4) grafit-gaz cu lichid de răcire cu gaz și moderator de grafit.

Alegerea tipului de reactor utilizat predominant este determinată în principal de experiența acumulată în construcția de reactoare, precum și de disponibilitatea necesarului echipamente industriale, rezerve de materii prime etc. În URSS se construiesc în principal reactoare grafit-apă și apă-apă. La centralele nucleare din SUA, reactoarele cu apă sub presiune sunt cele mai utilizate. Reactoarele cu gaz grafit sunt folosite în Anglia. Industria nucleară din Canada este dominată de centrale nucleare cu reactoare cu apă grea.

În funcţie de tip şi starea de agregare lichidul de răcire creează unul sau altul ciclu termodinamic al centralei nucleare. Alegerea limitei superioare de temperatură a ciclului termodinamic este determinată pe cât posibil temperatura admisaînvelișurile elementelor de combustibil (elemente de combustibil) care conțin combustibil nuclear, temperatura admisă a combustibilului nuclear în sine, precum și proprietățile lichidului de răcire adoptat pentru acest tip de reactor. La centralele nucleare, al căror reactor termic este răcit cu apă, se folosesc de obicei cicluri de abur la temperatură joasă. Reactoarele răcite cu gaz permit utilizarea unor cicluri de abur relativ mai economice, cu presiune și temperatură inițială crescute. Schema termică Centrala nucleară în aceste două cazuri este cu 2 circuite: primul circuit circulă lichid de răcire, al doilea circuit este abur-apă. Cu reactoare cu apă clocotită sau lichid de răcire cu gaz la temperatură înaltă, este posibilă o centrală nucleară termică cu un singur circuit. În reactoarele cu apă clocotită, apa fierbe în miez, amestecul rezultat de apă-abur este separat și abur saturat este trimis fie direct la turbină, fie este mai întâi returnat la miez pentru supraîncălzire (Fig. 3). În reactoarele cu gaz grafit la temperatură înaltă, este posibil să se utilizeze un ciclu convențional de turbină cu gaz. Reactorul în acest caz acționează ca o cameră de ardere.

În timpul funcționării reactorului, concentrația de izotopi fisionali în combustibil nuclear scade treptat, adică barele de combustibil se ard. Prin urmare, în timp, acestea sunt înlocuite cu altele proaspete. Combustibilul nuclear este reîncărcat folosind mecanisme și dispozitive cu telecomanda. Tijele de combustibil uzat sunt transferate într-un bazin de combustibil uzat și apoi trimise spre reciclare.

Reactorul și sistemele sale de întreținere includ: reactorul propriu-zis cu protecție biologică, schimbătoare de căldură, pompe sau unități de suflare a gazului care circulă lichidul de răcire; conducte și fitinguri ale circuitului de circulație; dispozitive pentru reincarcarea combustibilului nuclear; sisteme speciale ventilație, răcire de urgență etc.

În funcție de proiectare, reactoarele au caracteristici distinctive: în reactoarele cu vas, barele de combustibil și moderatorul sunt amplasate în interiorul carcasei, suportând presiunea completă a lichidului de răcire; în reactoarele cu canal, barele de combustibil răcite cu un lichid de răcire sunt instalate în canale speciale de conducte care pătrund în moderator, închise într-o carcasă cu pereți subțiri. Astfel de reactoare sunt folosite în URSS (centrale nucleare din Siberia, Beloyarsk etc.).

Pentru a proteja personalul centralei nucleare de expunerea la radiații, reactorul este înconjurat de ecranare biologică, principalele materiale pentru care sunt betonul, apa și nisipul serpentin. Echipamentul circuitului reactorului trebuie să fie complet etanșat. Este prevăzut un sistem de monitorizare a locurilor de posibile scurgeri de lichid de răcire se iau măsuri pentru a se asigura că apariția scurgerilor și întreruperilor în circuit nu duce la emisii radioactive și contaminarea sediului centralei nucleare și a zonei înconjurătoare. Echipamentele circuitului reactorului sunt de obicei instalate în cutii sigilate, care sunt separate de restul incintelor CNE prin protecție biologică și nu sunt întreținute în timpul funcționării reactorului. Aerul radioactiv și o cantitate mică de vapori de lichid de răcire, din cauza prezenței scurgerilor din circuit, sunt îndepărtate din încăperile nesupravegheate ale centralei nucleare printr-un sistem special de ventilație, în care sunt prevăzute filtre de purificare și rezervoare de gaz pentru a elimina posibilitatea de poluare a aerului. Respectarea regulilor de radioprotecție de către personalul CNE este monitorizată de serviciul de control dozimetric.

În cazul unor accidente în sistemul de răcire a reactorului, pentru a preveni supraîncălzirea și defectarea etanșărilor carcaselor barei de combustibil, se asigură suprimarea rapidă (în câteva secunde) a reacției nucleare; Sistemul de răcire de urgență are surse de alimentare autonome.

Prezența protecției biologice, a sistemelor speciale de ventilație și răcire de urgență și a unui serviciu de monitorizare a radiațiilor fac posibilă protejarea completă a personalului care operează CNE de efectele nocive ale radiațiilor radioactive.

Echipamentul camerei turbinelor unei centrale nucleare este similar cu echipamentul camerei turbinelor unei centrale termice. O trăsătură distinctivă a majorității centralelor nucleare este utilizarea aburului cu parametri relativ scăzuti, saturati sau ușor supraîncălziți.

În acest caz, pentru a preveni deteriorarea prin eroziune a palelor ultimelor trepte ale turbinei de către particulele de umiditate conținute în abur, în turbină sunt instalate dispozitive de separare. Uneori este necesar să se utilizeze separatoare la distanță și supraîncălzitoare intermediare cu abur. Datorită faptului că lichidul de răcire și impuritățile pe care le conține sunt activate la trecerea prin miezul reactorului, solutie constructiva Echipamentul camerei turbinelor și sistemul de răcire a condensatorului turbinei al centralelor nucleare cu un singur circuit trebuie să elimine complet posibilitatea de scurgere a lichidului de răcire. La centralele nucleare cu dublu circuit cu parametri mari de abur, astfel de cerințe nu sunt impuse echipamentelor camerei turbinelor.

Cerințele specifice pentru amenajarea echipamentelor centralei nucleare includ: lungimea minimă posibilă a comunicațiilor asociate cu mediile radioactive, rigiditatea crescută a fundațiilor și a structurilor de susținere ale reactorului, organizarea fiabilă a ventilației incintei. În fig. prezintă o secțiune a clădirii principale a CNE Beloyarsk cu un reactor canal grafit-apă. Sala reactorului adăpostește un reactor cu protecție biologică, bare de combustibil de rezervă și echipamente de control. Centrala nucleară este configurată după principiul blocului reactor-turbină. Generatoarele cu turbine și sistemele lor de întreținere sunt amplasate în camera turbinelor. Între sălile motoarelor și reactorului sunt amplasate echipamente auxiliare și sisteme de control al centralei.

Eficiența unei centrale nucleare este determinată de principalii săi indicatori tehnici: puterea unitară a reactorului, eficiența, intensitatea energetică a miezului, arderea combustibilului nuclear, rata de utilizare a capacității instalate a centralei nucleare pe an. Pe măsură ce capacitatea unei centrale nucleare crește, investițiile de capital specifice în aceasta (costul unui kW instalat) scad mai mult decât în cazul centralelor termice. In aceasta motivul principal dorința de a construi centrale nucleare mari cu unități mari de putere unitară. Este tipic pentru economia centralelor nucleare ca ponderea componentei combustibilului în costul energiei electrice generate este de 30-40% (la centralele termice 60-70%). Prin urmare, centralele nucleare mari sunt cele mai frecvente în zonele industrializate cu provizii limitate de combustibil convențional, iar centralele nucleare de capacitate mică sunt cele mai frecvente în zonele greu accesibile sau îndepărtate, de exemplu, centralele nucleare din sat. Bilibino (Republica Autonomă Sovietică Socialistă Yakut) cu putere electrică unitate standard 12 MW. O parte din puterea termică a reactorului acestei centrale nucleare (29 MW) este cheltuită pentru furnizarea de căldură. Pe lângă generarea de energie electrică, centralele nucleare sunt folosite și pentru desalinizare apa de mare. Astfel, Centrala Nucleară Shevchenko (SSR Kazah) cu o capacitate electrică de 150 MW este proiectată pentru desalinizarea (prin distilare) a până la 150.000 de tone de apă din Marea Caspică pe zi.

În majoritatea țărilor industrializate (URSS, SUA, Anglia, Franța, Canada, Germania, Japonia, Germania de Est etc.), conform previziunilor, capacitatea centralelor nucleare existente și în construcție va crește până în 1980 la zeci de gigawați. Potrivit Agenției Atomice Internaționale a ONU, publicată în 1967, capacitatea instalată a tuturor centralelor nucleare din lume va ajunge la 300 GW până în 1980.

Uniunea Sovietică implementează un program amplu de punere în funcțiune a unităților mari de putere (până la 1000 MW) cu reactoare cu neutroni termici. În 1948-49, au început lucrările la reactoare cu neutroni rapidi pentru centralele nucleare industriale. Caracteristici fizice Astfel de reactoare permit creșterea extinsă a combustibilului nuclear (factor de reproducere de la 1,3 la 1,7), ceea ce face posibilă utilizarea nu numai a 235U, ci și a materiilor prime 238U și 232Th. În plus, reactoarele cu neutroni rapizi nu conțin un moderator, sunt relativ mici ca dimensiuni și au o sarcină mare. Aceasta explică dorința de dezvoltare intensivă a reactoarelor rapide în URSS. Pentru cercetarea reactoarelor rapide, au fost construite succesiv reactoare experimentale și pilot BR-1, BR-2, BR-Z, BR-5 și BFS. Experiența dobândită a condus la trecerea de la cercetarea asupra centralelor model la proiectarea și construcția de centrale nucleare industriale cu neutroni rapidi (BN-350) în Shevchenko și (BN-600) la CNE Beloyarsk. Cercetările sunt în desfășurare asupra reactoarelor pentru centrale nucleare puternice, de exemplu, un reactor pilot BOR-60 a fost construit la Melekess.

De asemenea, se construiesc mari centrale nucleare într-un număr de țări în curs de dezvoltare (India, Pakistan etc.).

La a 3-a Conferință științifică și tehnică internațională privind utilizările pașnice ale energiei atomice (1964, Geneva), s-a remarcat că dezvoltarea pe scară largă a energiei nucleare a devenit o problemă cheie pentru majoritatea țărilor. A 7-a Conferință Mondială a Energiei (WIREC-VII), desfășurată la Moscova în august 1968, a confirmat relevanța problemelor de alegere a direcției de dezvoltare a energiei nucleare în următoarea etapă (condițional 1980-2000), când centralele nucleare vor deveni unul dintre principalii producători de energie electrică.