Энергия ядерной реакции сосредоточена в ядре атома. Атом – крошечная частица из которых состоит вся материя во Вселенной.
Количество энергии при ядерном делении огромно и она может использоваться для создания электричества, но её сначала необходимо освободить от атома.
Получение энергии
Использование энергии ядерной реакции происходит с помощью оборудования, которое может управлять атомным делением для производства электроэнергии.
Топливо, используемое для реакторов и производства энергии чаще всего гранулы элемента урана. В ядерном реакторе атомы урана вынуждены разваливаться. Когда они разделились, атомы выделяют мельчайшие частицы, называемые продуктами деления. Продукты деления воздействуют на другие атомы урана для разделения – начинается цепная реакция. Энергия ядра, выделяющаяся из этой цепной реакции создает тепло. Тепло от атомного реактора сильно нагревает его, поэтому он должен охлаждаться.
Технологически лучший охлаждающий агент обычно вода, но некоторые ядерные реакторы используют жидкий металл или расплавленные соли. Охлаждающее вещество, нагретое от ядра, производит пар. Пар воздействует на паровую турбину поворачивая её. Турбина через механическую передачу подключена к генератору, который вырабатывает электричество. 
Реакторы управляются с помощью управляющих стержней которые можно настроить на количество вырабатываемого тепла. Управляющие стержни изготавливают из материала, как кадмий, гафний или бор чтобы поглощать некоторые из продуктов созданные ядерным делением. Стержни присутствуют во время цепной реакции для контроля реакции. Удаление стержней позволит сильнее развиться цепной реакции и создать больше электроэнергии.
Около 15 процентов мирового электричества генерируется атомными электростанциями.
Соединенные Штаты имеют более чем 100 реакторов, хотя США создает большую часть своей электроэнергии от ископаемого топлива и гидроэлектроэнергии.
В России 33 энергоблока на 10 атомных электростанциях -15% энергобаланса страны.
Литва, Франция и Словакия потребляют большую часть электроэнергии от атомных электростанций.
Ядерное топливо используемое для получения энергии
Уран – это топливо наиболее широко используемое для того чтобы производилась энергия ядерной реакции. Это потому что атомы урана относительно легко делятся на части. Конкретный тип урана для производства под названием U-235, встречается редко. U-235 составляет менее одного процента урана в мире.
Уран добывается в Австралии, Канаде, Казахстане, России, Узбекистане и должен быть обработан, прежде чем его можно будет использовать.
Типичный реактор использует около 200 тонн урана каждый год . Сложные процессы позволяют некоторой части урана и плутония повторно обогащаться или перерабатываться. Это уменьшает количество добычи, извлечения и обработки.Поскольку ядерное топливо может использоваться для создания оружия, то производство относится к договору о нераспространении такого оружия по импортированию урана или плутония или другого ядерного топлива. Договор способствует мирному использованию топлива, а также ограничению распространения такого типа оружия.
Ядерная энергии и люди
Ядерная атомная энергия производит электричество, которое может использоваться для электропитания домов, школ, предприятий и больниц.
Первый реактор для производства электроэнергии был сооружен в штате Айдахо, США и экспериментально начал питать себя в 1951 году.
В 1954 году в Обнинске, Россия, была создана первая атомная электростанция, предназначенных для обеспечения энергии для людей.
Строительство реакторов с извлечением энергия ядерной реакции требует высокий уровень технологий и только страны, которые подписали договор о нераспространении могут получать уран или плутоний, который требуется. По этим причинам большинство атомных станций расположены в развитых странах мира.
Атомные электростанции производят возобновляемую, экологически чистые ресурсы. Они не загрязняют воздух или производят выбросы парниковых газов. Они могут быть построены в городской или сельской местности и радикально не изменяют окружающую среду вокруг них.
Радиоактивный материал электростанций
Радиоактивный материал в р еакторе безопасен так как охлаждается в отдельной структуре, называемой градирни. Пар превращается обратно в воду и может снова использоваться для производства электроэнергии. Избыточный пар просто перерабатывается в атмосферу, где он не вредит как чистая вода.
Однако, энергия ядерной реакции имеет побочный продукт в виде радиоактивного материала. Радиоактивный материал представляет собой совокупность нестабильных ядер. Эти ядра теряют свою энергию и могут повлиять на многие материалы вокруг них, в том числе живые организмы и окружающую среду. Радиоактивный материал может быть чрезвычайно токсичным, вызывая болезни, увеличивая риск для рака, болезни крови и распад костей.
Радиоактивными отходами является то, что осталось от эксплуатации ядерного реактора.
Радиоактивные отходы покрывают защитную одежду, которую носили рабочие, инструменты и ткани, которые были в контакте с радиоактивной пылью. Радиоактивные отходы долговечны. Материалы, как одежда и инструменты, могут быть радиоактивны тысячи лет. Государство регулирует, как эти материалы удаляются, чтобы не загрязнять что-нибудь еще.
Используемое топливо и стержни чрезвычайно радиоактивны. Гранулы используемого урана должны храниться в специальных контейнерах, которые выглядят как большие бассейны.Некоторые заводы хранят используемое топливо в надземных резервуарах сухого хранения.
Вода, охлаждающая топливо, не контактирует с радиоактивностью поэтому безопасна.
Известны также у которых принцип работы несколько другой.
Использование атомной энергии и радиационная безопасность
Критики использования энергии ядерной реакции беспокоятся, что хранилища для радиоактивных отходов будут течь, иметь трещины или разрушаться. Радиоактивный материал затем мог бы загрязнять почвы и грунтовых вод вблизи объекта. Это может привести к серьезным проблемам со здоровьем людей и живых организмов в этом районе. Всем людям пришлось бы эвакуироваться.
Это то, что произошло в Чернобыле, Украина, в 1986 году. Паровой взрыв в одном из электростанций четвертого ядерного реактора разрушил его и возник пожар. Образовалось облако радиоактивных частиц, который упал на землю или дрейфовал с ветром, а частицы вошли в круговорот воды в природе как дождь. Большинство радиоактивных выпадений упали в Белоруссии.
Экологические последствия Чернобыльской катастрофы произошли немедленно. В километрах вокруг объекта сосновый лес засох, а красный цвет мертвых сосен получил в этом районе прозвище Рыжий лес. Рыба от близлежащей реки Припять получила радиоактивность и люди больше не смогут её употребить. Крупный рогатый скот и лошади умерли. Более 100 000 человек эвакуированы после катастрофы, но количество человеческих жертв Чернобыля трудно определить.
Последствия радиационного отравления появляются только после многих лет. У таких болезней как рак трудно определить источник.
Будущее ядерной энергии
Реакторы используют деление или расщепление атомов для производства энергии.
Энергия ядерной реакции может также производиться путем слияния или присоединения атомов вместе. Производится . Солнце, например, постоянно подвергается ядерному синтезу водородных атомов формируя гелий. Так как жизнь на нашей планете зависит от Солнца, можно сказать, что расщепление делает возможным жизнь на Земле.
Атомные электростанции пока не имеют возможности безопасно и надежно производить энергию путем ядерного синтеза (соединения), но ученые исследуют ядерный синтез, потому что этот процесс скорее всего будет безопасным и экономически более эффективным как альтернативный вид энергии.
Энергия ядерной реакции огромна и должна использоваться людьми. Трудностью для получения этой энергии является множество конкурирующих конструкций с различными хладагентами, рабочими температурами и давлениями теплоносителя, замедлителями и т.д., в дополнение к диапазону проектных выходных мощностей. Таким образом, производственный опыт и опыт эксплуатации будет играть ключевую роль.
Статья написана по материалам МАГАТЭ и Всемирной Ядерной Ассоциации
Некоторые факты:
Первые промышленные атомные электростанции введены в эксплуатацию в 1950-х годах.
Сегодня существуют более 430-ти промышленных ядерных реакторов в 31-й стране мира, которые имеют общую мощность 370 000 МВт. Около 70 атомных реакторов находятся в стадии строительства.
Они обеспечивают более 11% электроэнергии в мире без выбросов углекислого газа.
В 56 странах работают в общей сложности около 240 исследовательских реакторов и еще 180 ядерных энергетических реакторов, около 150 кораблей и подводных лодок.
Из истории
Ядерная технология использует энергию, выделяемую путем расщепления атомов определенных элементов. Это технология была впервые разработана в 1940-х годах в ходе второй мировой войны, исследования были сосредоточены на производстве бомб, для расщепления использовались изотопы урана или плутония.
В 1950-х годах внимание было обращено к мирным целям ядерного расщепления, в частности для производства электроэнергии. Многие страны построили исследовательские реакторы, чтобы иметь источник для научных исследований и производства медицинских и промышленных изотопов. Сегодня, только восемь стран в мире, как известно, имеют ядерное оружие.
Состояние атомной энергетики в мире
В 56-ти развивающихся странах действуют около 240 исследовательских реакторов. Около 70 новых ядерных реакторов находятся в стадии строительства, что эквивалентно 20% существующего потенциала, планируется постройка еще 160 реакторов, что эквивалентно половине нынешних мощностей.
Шестнадцать стран получаю четверть своей электроэнергии от АЭС. Франция получает около трех четвертей ядерной электроэнергии. В то время как в Бельгии, Чехии, Венгрии, Словакии, Швеции, Швейцарии, Словении и Украине получают одну треть или более.
Южная Корея, Болгария и Финляндия получает около 30% ядерной энергии. В США, Великобритании, Испании и России почти пятая часть энергии - ядерная.
Меньше всего от ядерной энергетики зависит Италия и Дания, там доля атомной энергии составляет 10 %.
Кроме того, что атомная энергия дешевле, чем энергия из полезных ископаемых, есть и другие преимущества. АЭС могут оперативно реагировать на изменение потребления электроэнергии и не зависят напрямую от поставок топлива. Кроме того атомные электростанции не выделяют СО 2 , следовательно не способствуют глобальному потеплению. Благодаря вышеуказанным преимуществам, доля атомной энергетики каждый год растет.
Каждый год происходит модернизация существующих электростанций, благодаря чему они отдают больше электроэнергии. А внедрение реакторов 4-го поколения позволит не только повысить энергоэффективность но и снизить количество радиоактивных отходов.
С 1990 года по 2010 год мощность АЭС во всем мире выросла на 57 ГВт, то есть примерно на 17 %. Примерно 36 % получено за счет строительства новых АЭС, 57 % - за счет расширения существующих электростанций, 7 % - за счет модернизации.
Как развивается атомная энергетика в мире?
Китай
Китайское правительство планирует увеличить ядерные генерирующие мощности с 30 ГВт до 58 ГВт к 2020 году.
С 2002 по 2013 год Китай завершил строительство и начал эксплуатацию 17 новых атомных реакторов, около 30 новых реакторов находятся в стадии строительства.
Среди них четыре современных реактора Westinghouse AP1000 с высокотемпературным газовым охлаждением.
Индия
К 2020 году Индия планирует иметь 14,5 ГВт атомной энергии, в рамках своей национальной энергетической политики. Семь реакторов находятся на стадии строительства
Россия
Россия планирует увеличить свой ядерный потенциал до 30,5 ГВт к 2020 году, используя свои реакторы на легкой воде мирового класса. Россия принимает активное участие в строительстве и финансировании новых атомных электростанций в ряде стран.
Европа
Ряд стран Восточной Европы в настоящее время имеют программы по строительству новых атомных электростанций (Болгария, Чехия, Венгрия, Румыния, Словакия, Словения и Турция).
Правительство Великобритании в середине 2006 года одобрило замену стареющего парка страны ядерных реакторов.
Швеция отказалась от своих планов по досрочному выводу из эксплуатации реакторов, и теперь активно инвестирует в их модернизацию. Венгрия, Словакия и Испания не планирует строительства новых АЭС, а только модернизирует старые. Германия согласилась продлить срок эксплуатации своих атомных станций, изменив предшествующие намерения закрыть их.
Польша разрабатывает ядерную программу, планируя получить 6000 МВт энергии. Беларусь начала строительство своего первого реактора.
США
В США, есть пять реакторов в стадии строительства, четыре из них новые конструкции AP1000.
Южная Америка
Аргентина и Бразилия имеют ядерные реакторы, генерирующие электричество, и реакторы, которые находятся в стадии строительства. Чили имеет исследовательский реактор и намерения строить промышленные реакторы.
Южная Корея
Южная Корея планирует возведение атомных реакторов. Эта страна также участвует в интенсивных исследованиях, посвященных конструкциям реакторов.
Юго-Восточная Азия
Вьетнам намерен построить свой первый атомный реактор в сотрудничестве с Россией. Индонезия и Таиланд планируют ядерно-энергетические программы.
Южная Азия
Бангладеш одобрил российское предложение о строительстве на своей территории первой атомной электростанции. Пакистан с китайской помощью строит три маленьких реактора и готовится построить два большие вблизи Карачи.
Центральная Азия
Казахстан с его обилием урана работает в тесном сотрудничестве с Россией в планировании развития строительства новых реакторов для собственного потребления и экспорта .
Ближний Восток
Объединенные Арабские Эмираты строят первые два из четырех реакторов, мощностью 1450 МВт. Сумма инвестиций составляет около 20 млрд долларов.
Первый реактор в Иране находится в работе, больше строительство не планируется.
Саудовская Аравия, Иордания и Египет также движутся в направлении использования ядерной энергии.
Африка
Нигерия искала поддержку Международного агентства по атомной энергии в разработке планов по строительству для двух атомных реакторов, мощностью 1000 МВт.
Новые страны
В сентябре 2012 года Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) ожидает запуск атомных программ в 7 странах, в ближайшем будущем. Наиболее вероятные кандидаты: Литва, ОАЭ, Турция, Беларусь, Вьетнам, Польша.
Nuclear power см. Атомная энергетика. В зарубежной литературе употребляются более точные термины «ядерная энергетика» и «ядерная электростанция». У нас укоренились термины «атомная энергетика» и «атомная электростанция». Термины атомной… … Термины атомной энергетики
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - отрасль энергетики, в к рой источником получаемой полезной энергии (электрической, тепловой) является ядерная энергия, преобразуемая в полезную на атомных энергетич. установках: атомных электростанциях (АЭС), атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ)… … Физическая энциклопедия
ядерная энергетика - Раздел энергетики, связанный с использованием ядерной энергии для производства тепла и электрической энергии. [ГОСТ 19431 84] ядерная энергетика (атомная энергетика) отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и… … Справочник технического переводчика
Ядерная энергетика - отрасль энергетики, занимающаяся преобразованием ядерной энергии в другие виды энергии с целью практического применения. Основу ядерной энергетики составляют атомные электростанции. Синонимы: Атомная энергетика См. также: Энергетика Финансовый… … Финансовый словарь
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - (атомная энергетика) отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую. Основа ядерной… … Большой Энциклопедический словарь
ядерная энергетика - Отрасль народного хозяйства, использующая энергию цепной ядерной реакции как источник энергии; особая форма энергии, использующая ядерную реакцию для вращения генераторов и получения электроэнергии. Syn.: атомная энергетика; атомная энергия … Словарь по географии
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - отрасль (см.), использующая (см. (20)) для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую. Основа Я. э. атомные электростанции … Большая политехническая энциклопедия
Ядерная энергетика - 5. Ядерная энергетика Раздел энергетики, связанный с использованием ядерной энергии для производства тепла и электрической энергии Источник: ГОСТ 19431 84: Энергетика и электрификация. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ядерная энергетика - одна из отраслей топливно энергетического комплекса, использующая ядерную энергию для получения тепла и электричества; область науки и техники, занимающаяся изучением способов и методов преобразования ядерной энергии в другие виды энергии. Основу … Энциклопедия техники
ядерная энергетика - (атомная энергетика), отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую. Основа ядерной… … Энциклопедический словарь
Книги
- , Г.А. Бать. Ядерная энергетика. Основы теории и методы рассчёта ядерных энергетических реакторов. Год выпуска: 1982 Авторы: Г. А. Бать, Г. Г. Бартоломей, В. Д. Байбаков, М. С. Алхутов. Воспроизведено в… Купить за 2252 грн (только Украина)
- Основы теории и методы рассчёта ядерных энергетических реакторов , Бать Г.А.. Ядерная энергетика. Основы теории и методы рассчёта ядерных энергетических реакторов. Год выпуска: 1982 Авторы: Г. А. Бать, Г. Г. Бартоломей, В. Д. Байбаков, М. С. Алхутов. Воспроизведено в…
В течение следующих 50 лет человечество будет потреблять энергии больше, чем было израсходовано за всю предыдущую историю. Сделанные ранее прогнозы о темпах роста энергопотребления и развитии новых энерготехнологий не оправдались: уровень потребления растет намного быстрее, а новые источники энергии заработают в промышленном масштабе и по конкурентоспособным ценам не ранее 2030 года. Все острее встает проблема нехватки ископаемых энергоресурсов. Возможности строительства новых гидроэлектростанций тоже весьма ограниченны.
Не стоит забывать и о борьбе с «парниковым эффектом», накладывающей ограничения на сжигание нефти, газа и угля на тепловых электростанциях (ТЭС). Решением проблемы может стать активное развитие ядерной энергетики, одной из самых молодых и динамично развивающихся отраслей глобальной экономики. Все большее количество стран сегодня приходят к необходимости начала освоения мирного атома.
В чем преимущества ядерной энергетики?
Огромная энергоемкость
1 килограмм урана, используемого в ядерном топливе, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию 100 тонн высококачественного каменного угля.
Повторное использование
Уран-235 выгорает в ядерном топливе не полностью и может быть использован снова после регенерации. В перспективе возможен полный переход на замкнутый топливный цикл, что означает полное отсутствие отходов.
Снижение парникового эффекта
Ежегодно атомные станции в Европе позволяют избежать эмиссии 700 млн тонн СО2. Действующие АЭС России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу 210 млн тонн углекислого газа.
Применение ядерной энергии для преобразования ее в электрическую впервые было осуществлено в нашей стране в 1954 г. В г. Обнинске была введена в действие первая атомная электростанция (АЭС) мощностью 5000 кВт. Энергия, выделяющаяся в ядерном реакторе, использовалась для превращения воды в пар, который вращал затем связанную с генератором турбину. Развитие ядерной энергетики. По такому же принципу действуют введенные в эксплуатацию Нововоронежская, Ленинградская, Курская, Кольская и другие АЭС. Реакторы этих станций имеют мощность 500-1000 МВт. Атомные электростанции строятся прежде всего в европейской части страны. Это связано с преимуществами АЭС по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе. Ядерные реакторы не потребляют дефицитного органического топлива и не загружают перевозками угля железнодорожный транспорт. Атомные электростанции не потребляют атмосферный кислород и не засоряют среду золой и продуктами сгорания. Однако размещение АЭС в густонаселенных областях таит в себе потенциальную угрозу. В реакторах на тепловых (т. е. медленных) нейтронах уран используется лишь на 1 -2%. Полное использование урана достигается в реакторах на быстрых нейтронах, в которых обеспечивается также воспроизводство нового ядерного горючего в виде плутония. В 1980 г. на Белоярской АЭС состоялся пуск первого в мире реактора на быстрых нейтронах мощностью 600 МВт. Ядерной энергетике, как и многим другим отраслям промышленности, присущи вредные или опасные факторы воздействия на окружающую среду. Наибольшую потенциальную опасность представляет радиоактивное загрязнение. Сложные проблемы возникают с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок атомных электростанций. Срок их службы около 20 лет, после чего восстановление станций из-за многолетнего воздействия радиации на материалы конструкций невозможно. АЭС проектируется с расчетом на максимальную безопасность персонала станции и населения. Опыт эксплуатации АЭС во всем мире показывает, что биосфера надежно защищена от радиационного воздействия предприятий ядерной энергетики в нормальном режиме эксплуатации. Однако взрыв четвертого реактора на Чернобыльской АЭС показал, что риск разрушения активной зоны реактора из-за ошибок персонала и просчетов в конструкции реакторов остается реальностью, поэтому принимаются строжайшие меры для снижения этого риска. Ядерные реакторы устанавливаются на атомных подводных лодках и ледоколах. Ядерное оружие. Неуправляемая цепная реакция с большим коэффициентом увеличения нейтронов осуществляется в атомной бомбе. Для того чтобы происходило почти мгновенное выделение энергии (взрыв), реакция должна идти на быстрых нейтронах (без применения 235 замедлителей). Взрывчатым веществом служит чистый уран g2U или 239 плутоний 94Ри. Чтобы мог произойти взрыв, размеры делящегося материала должны превышать критические. Это достигается либо путем быстрого соединения двух кусков делящегося материала с докритическими размерами, либо же за счет резкого сжатия одного куска до размеров, при которых утечка нейтронов через поверхность падает настолько, что размеры куска оказываются надкритическими. То и другое осуществляется с помощью обычных взрывчатых веществ. При взрыве бомбы температура достигает десятков миллионов кельвин. При такой температуре резко повышается давление и образуется мощная взрывная волна. Одновременно возникает мощное излучение. Продукты цепной реакции при взрыве бомбы сильно радиоактивны и опасны для живых организмов. Атомные бомбы применили США в конце Второй мировой войны против Японии. В 1945 г. были сброшены атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. В термоядерной (водородной) бомбе для инициирования реакции синтеза используется взрыв атомной бомбы, помещенной внутри термоядерной. Нетривиальным решением оказалось то, что взрыв атомной бомбы используется не для повышения температуры, а для сильнейшего сжатия термоядерного топлива излучением, образующимся при взрыве атомной бомбы. В нашей стране основные идеи создания термоядерного взрыва были выдвинуты А. Д. Сахаровым. С созданием ядерного оружия победа в войне стала невозможной. Ядерная война способна привести человечество к гибели, поэтому народы всего мира настойчиво борются за запрещение ядерного оружия.