Program pendidikan: Bagaimana untuk mendapatkan tenaga atom. Kawasan dan arah penggunaan tenaga nuklear Tenaga nuklear dan atom adalah perkara yang sama

Universiti Pengurusan"
Jabatan Pengurusan Inovasi
dalam disiplin: "Konsep sains semula jadi moden"
Pembentangan mengenai topik: Nuklear
tenaga: intipatinya dan
penggunaan dalam teknologi dan
teknologi

Rancangan pembentangan

pengenalan
Tenaga nuklear.
Sejarah penemuan tenaga nuklear
Reaktor nuklear: sejarah penciptaan, struktur,
prinsip asas, pengelasan reaktor
Kawasan penggunaan tenaga nuklear
Kesimpulan
Sumber yang digunakan

pengenalan

Tenaga adalah sektor terpenting dalam ekonomi negara,
meliputi sumber tenaga, penjanaan, transformasi,
penghantaran dan penggunaan pelbagai jenis tenaga. Inilah asasnya
ekonomi negeri.
Dunia sedang menjalani proses perindustrian, yang memerlukan
penggunaan tambahan bahan, yang meningkatkan kos tenaga.
Dengan pertumbuhan penduduk, penggunaan tenaga untuk penanaman tanah meningkat,
penuaian, pengeluaran baja, dll.
Pada masa ini, banyak sumber semula jadi boleh didapati
planet semakin habis. Ia mengambil masa yang lama untuk mengekstrak bahan mentah
dalam atau di rak laut. Bekalan Dunia Terhad
minyak dan gas, nampaknya, menimbulkan manusia dengan prospek
krisis tenaga.
Walau bagaimanapun, penggunaan tenaga nuklear memberi kemanusiaan
peluang untuk mengelakkan ini, kerana keputusan asas
penyelidikan ke dalam fizik nukleus atom memungkinkan untuk mengelakkan ancaman
krisis tenaga dengan menggunakan tenaga yang dikeluarkan
dalam beberapa tindak balas nukleus atom

Tenaga nuklear

Tenaga nuklear (tenaga atom) ialah tenaga
terkandung dalam nukleus atom dan dibebaskan
semasa tindak balas nuklear. loji tenaga nuklear,
mereka yang menjana tenaga ini menghasilkan 13–14%
pengeluaran tenaga elektrik dunia. .

Sejarah penemuan tenaga nuklear

1895 V.K. Roentgen menemui sinaran mengion (X-ray)
1896 A. Becquerel menemui fenomena radioaktiviti.
1898 M. Sklodowska dan P. Curie menemui unsur radioaktif
Po (Polonium) dan Ra (Radium).
1913 N. Bohr mengembangkan teori struktur atom dan molekul.
1932 J. Chadwick menemui neutron.
1939 O. Hahn dan F. Strassmann mengkaji pembelahan nukleus U di bawah pengaruh
neutron perlahan.
Disember 1942 - Berdikari pertama
tindak balas rantai terkawal pembelahan nuklear di reaktor SR-1 (Kumpulan
ahli fizik Universiti Chicago, diketuai oleh E. Fermi).
25 Disember 1946 - Reaktor Soviet pertama F-1 telah mula beroperasi
keadaan kritikal (sekumpulan ahli fizik dan jurutera yang diketuai oleh
I.V. Kurchatova)
1949 - Reaktor pengeluaran Pu pertama telah mula beroperasi
27 Jun 1954 - Loji tenaga nuklear pertama di dunia mula beroperasi
loji kuasa dengan kapasiti elektrik 5 MW di Obninsk.
Menjelang awal tahun 90-an, lebih daripada 430 loji tenaga nuklear beroperasi di 27 negara di seluruh dunia.
reaktor kuasa dengan jumlah kapasiti lebih kurang. 340 GW.

Sejarah penciptaan reaktor nuklear

Enrico Fermi (1901-1954)
Kurchatov I.V. (1903-1960)
1942 di Amerika Syarikat, di bawah pimpinan E. Fermi, yang pertama
reaktor nuklear.
1946 Reaktor Soviet pertama dilancarkan di bawah pimpinan
Ahli akademik I.V.

Reka bentuk reaktor NPP (dipermudahkan)

Elemen utama:
Zon aktif dengan bahan api nuklear dan
retarder;
Reflektor neutron di sekeliling
zon aktif;
Bahan penyejuk;
Sistem kawalan tindak balas rantai,
termasuk perlindungan kecemasan
Perlindungan sinaran
Sistem kawalan jauh
Ciri-ciri utama reaktor ialah
keluaran kuasanya.
Kuasa 1 MW - 3 1016 bahagian
dalam 1 saat.
Struktur skematik loji kuasa nuklear
Keratan rentas reaktor heterogen

Struktur reaktor nuklear

Faktor pendaraban neutron

Mencirikan pertumbuhan pesat bilangan
neutron dan sama dengan nisbah nombor itu
neutron dalam satu generasi
tindak balas berantai kepada nombor yang melahirkan mereka
neutron generasi sebelumnya.
k=Si/Si-1
k<1 – Реакция затухает
k=1 – Tindak balas berjalan pegun
k=1.006 – Had kebolehkawalan
tindak balas
k>1.01 – Letupan (untuk reaktor di
pembebasan tenaga neutron haba
akan berkembang 20,000 kali sesaat).
Tindak balas rantai biasa untuk uranium;

10. Reaktor dikawal menggunakan rod yang mengandungi kadmium atau boron.

Jenis rod berikut dibezakan (mengikut tujuan penggunaan):
Batang pemampas – mengimbangi lebihan awal
kereaktifan, memanjang apabila bahan api terbakar; sehingga 100
benda
Batang kawalan - untuk mengekalkan kritikal
menyatakan pada bila-bila masa, untuk berhenti, bermula
reaktor; beberapa keping
Nota: Jenis-jenis rod berikut dibezakan (mengikut tujuan
aplikasi):
Rod kawalan dan pampasan adalah pilihan
mewakili elemen struktur yang berbeza
pendaftaran
Rod kecemasan - set semula mengikut graviti
ke bahagian tengah teras; beberapa keping. Mungkin
Selain itu, beberapa rod kawalan juga ditetapkan semula.

11. Pengelasan reaktor nuklear mengikut spektrum neutron

Reaktor neutron terma (“reaktor terma”)
Penyederhana neutron pantas (air, grafit, berilium) diperlukan untuk mencapai haba
tenaga (pecahan eV).
Kehilangan neutron kecil dalam penyederhana dan bahan struktur =>
uranium semula jadi dan diperkaya sedikit boleh digunakan sebagai bahan api.
Reaktor kuasa yang berkuasa boleh menggunakan uranium dengan tinggi
pengayaan - sehingga 10%.
Rizab kereaktifan yang besar diperlukan.
Reaktor neutron pantas ("reaktor pantas")
Uranium karbida UC, PuO2, dsb. digunakan sebagai penyederhana dan penyederhanaan
Terdapat lebih sedikit neutron (0.1-0.4 MeV).
Hanya uranium yang sangat diperkaya boleh digunakan sebagai bahan api. Tetapi
pada masa yang sama, kecekapan bahan api adalah 1.5 kali lebih besar.
Reflektor neutron (238U, 232Th) diperlukan. Mereka kembali ke zon aktif
neutron pantas dengan tenaga melebihi 0.1 MeV. Neutron ditangkap oleh nukleus 238U, 232T,
dibelanjakan untuk mendapatkan nukleus fisil 239Pu dan 233U.
Pilihan bahan binaan tidak dihadkan oleh keratan rentas serapan, Rizab
lebih kurang kereaktifan.
Reaktor Neutron Perantaraan
Neutron pantas diperlahankan kepada tenaga 1-1000 eV sebelum penyerapan.
Beban bahan api nuklear yang tinggi berbanding dengan reaktor haba
neutron
Adalah mustahil untuk menjalankan pembiakan bahan api nuklear yang diperluaskan, seperti dalam
reaktor neutron pantas.

12. Dengan penempatan bahan api

Reaktor homogen - bahan api dan penyederhana mewakili homogen
campuran
Bahan api nuklear terletak di teras reaktor dalam bentuk
campuran homogen: larutan garam uranium; penggantungan uranium oksida dalam
air ringan dan berat; penyederhana pepejal yang diresapi dengan uranium;
garam cair. Pilihan untuk reaktor homogen dengan
bahan api gas (sebatian uranium gas) atau ampaian
debu uranium dalam gas.
Haba yang dihasilkan dalam teras dikeluarkan oleh penyejuk (air,
gas, dsb.) bergerak melalui paip melalui teras; atau campuran
bahan api dengan penyederhana itu sendiri berfungsi sebagai penyejuk,
beredar melalui penukar haba.
Tidak digunakan secara meluas (Kakisan tinggi struktur
bahan dalam bahan api cecair, kerumitan reka bentuk reaktor
campuran pepejal, lebih banyak memuatkan uranium yang diperkaya dengan lemah
bahan api, dsb.)
Reaktor heterogen - bahan api diletakkan di dalam teras secara diskret
dalam bentuk blok yang antaranya terdapat moderator
Ciri utama ialah kehadiran unsur bahan api
(TVEL). Rod bahan api boleh mempunyai bentuk yang berbeza (rod, plat
dll.), tetapi sentiasa ada sempadan yang jelas antara bahan api,
penyederhana, penyejuk, dsb.
Sebilangan besar reaktor yang digunakan hari ini adalah
heterogen, yang disebabkan oleh kelebihan reka bentuk mereka dari segi
berbanding dengan reaktor homogen.

13. Mengikut sifat penggunaan

Nama
Tujuan
kuasa
Eksperimen
reaktor
Kajian pelbagai kuantiti fizik,
yang nilainya perlu untuk
reka bentuk dan operasi nuklear
reaktor.
~103W
Penyelidikan
reaktor
Fluks neutron dan γ-quanta tercipta dalam
zon aktif, digunakan untuk
penyelidikan dalam bidang fizik nuklear,
fizik keadaan pepejal, kimia sinaran,
biologi, untuk bahan ujian,
direka untuk bekerja dalam keadaan intensif
fluks neutron (termasuk bahagian nuklear
reaktor) untuk penghasilan isotop.
<107Вт
Kecemerlangan
Saya tenaga seperti
selalunya tidak
digunakan
reaktor isotop
Untuk menghasilkan isotop yang digunakan dalam
senjata nuklear, contohnya, 239Pu, dan dalam
industri.
~103W
Tenaga
reaktor
Untuk mendapatkan elektrik dan haba
tenaga yang digunakan dalam sektor tenaga, dengan
penyahgaraman air, untuk pemacu kuasa
pemasangan kapal, dsb.
Sehingga 3-5 109W

14. Memasang reaktor heterogen

Dalam reaktor heterogen, bahan api nuklear diedarkan dalam bahan aktif
zon diskret dalam bentuk blok, antara yang terdapat
penyederhana neutron

15. Reaktor nuklear air berat

Kelebihan
Keratan rentas penyerapan yang lebih kecil
Neutron => Diperbaiki
imbangan neutron =>
Gunakan sebagai
bahan api uranium semulajadi
Kemungkinan mencipta
air berat industri
reaktor untuk pengeluaran
tritium dan plutonium, serta
pelbagai isotop
produk, termasuk
tujuan perubatan.
Kecacatan
Kos deuterium yang tinggi

16. Reaktor nuklear semula jadi

Secara semula jadi, dalam keadaan seperti
reaktor buatan, tin
mencipta kawasan semula jadi
reaktor nuklear.
Satu-satunya yang diketahui semula jadi
reaktor nuklear wujud 2 bilion
tahun lalu di wilayah Oklo (Gabon).
Asal: urat yang sangat kaya dengan bijih uranium menerima air daripada
permukaan, yang memainkan peranan sebagai penyederhana neutron. rawak
pereputan memulakan tindak balas berantai. Apabila ia aktif, air mendidih,
tindak balas menjadi lemah - pengawalan kendiri.
Reaksi berlangsung ~ 100,000 tahun. Sekarang ini tidak mungkin kerana
rizab uranium habis oleh pereputan semula jadi.
Tinjauan lapangan sedang dijalankan untuk mengkaji migrasi
isotop – penting untuk pembangunan teknik pelupusan bawah tanah
sisa radioaktif.

17. Bidang penggunaan tenaga nuklear

Loji tenaga nuklear
Skim operasi loji kuasa nuklear pada litar dua kali
reaktor kuasa air bertekanan (VVER)

18.

Sebagai tambahan kepada loji kuasa nuklear, reaktor nuklear digunakan:
pada pemecah ais nuklear
pada kapal selam nuklear;
semasa operasi peluru berpandu nuklear
enjin (khususnya pada AMS).

19. Tenaga nuklear di angkasa lepas

Kuar angkasa
Cassini, dicipta oleh
projek NASA dan ESA,
dilancarkan 15/10/1997 untuk
siri pengajian
objek Suria
sistem.
Penjanaan elektrik
dijalankan oleh tiga orang
radioisotop
termoelektrik
penjana: Cassini
membawa 30 kg 238Pu di atas kapal,
yang, hancur,
membebaskan haba
boleh tukar kepada
elektrik

20. Kapal angkasa "Prometheus 1"

NASA sedang membangunkan reaktor nuklear
mampu bekerja dalam keadaan
ketiadaan berat.
Matlamatnya adalah untuk membekalkan kuasa ke angkasa
kapal "Prometheus 1" mengikut projek
mencari kehidupan di bulan Musytari.

21. Bom. Prinsip tindak balas nuklear tidak terkawal.

Satu-satunya keperluan fizikal adalah untuk mendapatkan kritikal
jisim untuk k>1.01. Tiada pembangunan sistem kawalan diperlukan -
lebih murah daripada loji tenaga nuklear.
Kaedah "senjata".
Dua jongkong uranium jisim subkritikal apabila digabungkan melebihi
kritikal. Tahap pengayaan 235U tidak kurang daripada 80%.
Bom "bayi" jenis ini digugurkan di Hiroshima 06/08/45 8:15
(78-240 ribu terbunuh, 140 ribu mati dalam masa 6 bulan)

22. Kaedah pengeliman bahan letupan

Bom berasaskan plutonium, yang, menggunakan kompleks
sistem untuk letupan serentak bahan letupan konvensional dimampatkan kepada
saiz superkritikal.
Bom jenis "Lelaki Gemuk" ini dijatuhkan di Nagasaki
09/08/45 11:02
(75 ribu terbunuh dan cedera).

23. Kesimpulan

Masalah tenaga adalah salah satu masalah terpenting yang
Hari ini manusia perlu membuat keputusan. Perkara sebegini sudah menjadi perkara biasa
pencapaian sains dan teknologi sebagai alat komunikasi segera, pantas
pengangkutan, penerokaan angkasa lepas. Tetapi semua ini memerlukan
perbelanjaan tenaga yang besar.
Peningkatan mendadak dalam pengeluaran dan penggunaan tenaga telah membawa ke hadapan yang baharu
masalah akut pencemaran alam sekitar, yang mewakili
bahaya yang serius kepada manusia.
Keperluan tenaga dunia dalam dekad akan datang
akan meningkat dengan cepat. Tiada satu pun sumber tenaga
akan dapat menyediakan mereka, jadi ia adalah perlu untuk membangunkan semua sumber
tenaga dan penggunaan sumber tenaga yang cekap.
Pada peringkat terdekat pembangunan tenaga (dekad pertama abad ke-21)
Tenaga arang batu dan tenaga nuklear akan kekal sebagai yang paling menjanjikan
tenaga dengan reaktor neutron terma dan pantas. Walau bagaimanapun, anda boleh
berharap umat manusia tidak akan berhenti di jalan kemajuan,
dikaitkan dengan penggunaan tenaga dalam kuantiti yang sentiasa meningkat.

Tenaga yang terkandung dalam nukleus atom dan dibebaskan semasa tindak balas nuklear dan pereputan radioaktif.

Menurut ramalan, bahan api organik akan mencukupi untuk memenuhi keperluan tenaga manusia selama 4-5 dekad. Pada masa hadapan, tenaga suria mungkin menjadi sumber tenaga utama. Tempoh peralihan memerlukan sumber tenaga yang boleh dikatakan tidak habis-habis, murah, boleh diperbaharui dan tidak mencemarkan alam sekitar. Dan walaupun tenaga nuklear tidak memenuhi sepenuhnya semua keperluan di atas, ia berkembang pesat dan harapan kami untuk menyelesaikan krisis tenaga global berkaitan dengannya.

Pembebasan tenaga dalaman nukleus atom adalah mungkin melalui pembelahan nukleus berat atau gabungan nukleus ringan.

Ciri-ciri atom. Atom bagi sebarang unsur kimia terdiri daripada nukleus dan elektron yang berputar di sekelilingnya. Nukleus atom terdiri daripada neutron dan proton. Istilah yang digunakan sebagai nama umum untuk proton dan neutron nukleon. Neutron tidak mempunyai cas elektrik, proton bercas positif, elektron - negatif. Caj proton adalah sama dalam nilai mutlak dengan cas elektron.

Bilangan proton nukleus Z bertepatan dengan nombor atomnya dalam jadual berkala Mendeleev. Bilangan neutron dalam nukleus, dengan beberapa pengecualian, adalah lebih besar daripada atau sama dengan bilangan proton.

Jisim atom tertumpu dalam nukleus dan ditentukan oleh jisim nukleon. Jisim satu proton adalah sama dengan jisim satu neutron. Jisim elektron ialah 1/1836 daripada jisim proton.

Dimensi jisim atom digunakan unit jisim atom(a.u.m), bersamaan dengan 1.66·10 -27 kg. 1 amu lebih kurang sama dengan jisim satu proton. Ciri atom ialah nombor jisim A, sama dengan jumlah bilangan proton dan neutron.

Kehadiran neutron membolehkan dua atom mempunyai jisim yang berbeza dengan cas elektrik yang sama pada nukleus. Sifat kimia kedua-dua atom ini akan sama; atom tersebut dipanggil isotop. Dalam kesusasteraan, di sebelah kiri penetapan unsur, nombor jisim ditulis di bahagian atas, dan bilangan proton di bahagian bawah.

Bahan api nuklear yang digunakan dalam reaktor tersebut ialah isotop uranium dengan jisim atom 235. Uranium semulajadi adalah campuran tiga isotop: uranium-234 (0.006%), uranium-235 (0.711%) dan uranium-238 (99.283%). Isotop uranium-235 mempunyai sifat unik - hasil daripada penyerapan neutron tenaga rendah, nukleus uranium-236 diperoleh, yang kemudiannya berpecah - dibahagikan kepada dua bahagian yang lebih kurang sama, dipanggil produk pembelahan (serpihan). Nukleon nukleus asal diedarkan di antara serpihan pembelahan, tetapi tidak semuanya - secara purata, 2-3 neutron dibebaskan. Akibat pembelahan, jisim nukleus asal tidak dipelihara sepenuhnya; sebahagian daripadanya ditukar kepada tenaga, terutamanya kepada tenaga kinetik hasil pembelahan dan neutron. Nilai tenaga ini untuk satu atom uranium 235 ialah kira-kira 200 MeV.

Teras reaktor 1000 MW konvensional mengandungi kira-kira 1 ribu tan uranium, di mana hanya 3 - 4% adalah uranium-235. Setiap hari 3 kg isotop ini digunakan dalam reaktor. Oleh itu, untuk membekalkan bahan api kepada reaktor, 430 kg pekat uranium mesti diproses setiap hari, dan ini adalah purata 2150 tan bijih uranium.

Hasil daripada tindak balas pembelahan, neutron pantas dihasilkan dalam bahan api nuklear. Jika mereka berinteraksi dengan nukleus jiran bahan pembelahan dan, seterusnya, menyebabkan tindak balas pembelahan di dalamnya, peningkatan seperti longsoran dalam bilangan peristiwa pembelahan berlaku. Tindak balas pembelahan ini dipanggil tindak balas rantai pembelahan nuklear.

Neutron dengan tenaga kurang daripada 0.1 keV adalah paling berkesan untuk pembangunan tindak balas rantai pembelahan. Mereka dipanggil haba, kerana tenaga mereka adalah setanding dengan tenaga purata gerakan terma molekul. Sebagai perbandingan, tenaga yang dimiliki oleh neutron yang dihasilkan semasa pereputan nukleus ialah 5 MeV. Mereka dipanggil neutron pantas. Untuk menggunakan neutron tersebut dalam tindak balas berantai, tenaga mereka mesti dikurangkan (diperlahankan). Fungsi-fungsi ini dilakukan oleh moderator. Dalam bahan penyederhana, neutron pantas bertaburan pada nukleus, dan tenaganya ditukarkan kepada tenaga gerakan terma atom bahan penyederhana. Moderator yang paling banyak digunakan ialah grafit dan logam cecair (penyejuk litar utama).

Perkembangan pesat tindak balas berantai disertai dengan pembebasan sejumlah besar haba dan terlalu panas reaktor. Untuk mengekalkan mod reaktor keadaan mantap, rod kawalan yang diperbuat daripada bahan yang menyerap neutron haba dengan kuat, contohnya, boron atau kadmium, dimasukkan ke dalam teras reaktor.

Tenaga kinetik hasil penguraian ditukar kepada haba. Haba diserap oleh penyejuk yang beredar dalam reaktor nuklear dan dipindahkan ke penukar haba (litar tertutup pertama), di mana wap dihasilkan (litar ke-2), yang memutarkan turbin penjana turbin. Bahan penyejuk dalam reaktor ialah cecair natrium (litar pertama) dan air (litar ke-2).

Uranium-235 ialah sumber yang tidak boleh diperbaharui dan jika digunakan sepenuhnya dalam reaktor nuklear, ia akan hilang selama-lamanya. Oleh itu, adalah menarik untuk menggunakan isotop uranium-238, yang terdapat dalam kuantiti yang lebih besar, sebagai bahan api awal. Isotop ini tidak menyokong tindak balas berantai di bawah pengaruh neutron. Tetapi ia boleh menyerap neutron pantas, dengan itu membentuk uranium-239. Dalam nukleus uranium-239, pereputan beta bermula dan neptunium-239 (tidak terdapat dalam alam semula jadi) terbentuk. Isotop ini juga mereput dan menjadi plutonium-239 (tidak terdapat di alam semula jadi). Plutonium-239 lebih mudah terdedah kepada tindak balas pembelahan neutron haba. Hasil daripada tindak balas pembelahan dalam bahan api nuklear plutonium-239, neutron cepat terbentuk, yang, bersama-sama dengan uranium, membentuk bahan api dan produk pembelahan baru yang melepaskan haba dalam unsur bahan api (unsur bahan api). Hasilnya, 20-30 kali lebih banyak tenaga boleh diperolehi daripada satu kilogram uranium semulajadi berbanding reaktor nuklear konvensional menggunakan uranium-235.

Reka bentuk moden menggunakan natrium cecair sebagai penyejuk. Dalam kes ini, reaktor boleh beroperasi pada suhu yang lebih tinggi, dengan itu meningkatkan kecekapan haba loji kuasa sehingga 40% .

Walau bagaimanapun, sifat fizikal plutonium: ketoksikan, jisim kritikal yang rendah untuk tindak balas pembelahan spontan, pencucuhan dalam oksigen, kerapuhan dan pemanasan sendiri dalam keadaan logam menjadikannya sukar untuk menghasilkan, memproses dan mengendalikan. Oleh itu, reaktor pembiak masih kurang biasa daripada reaktor neutron haba.

4. Loji kuasa nuklear

Untuk tujuan aman, tenaga atom digunakan dalam loji kuasa nuklear. Bahagian loji tenaga nuklear dalam pengeluaran elektrik global adalah kira-kira 14% .

Sebagai contoh, pertimbangkan prinsip penjanaan elektrik di RFN Voronezh. Bahan penyejuk logam cecair dengan suhu masukan 571 K dihantar melalui saluran ke dalam teras reaktor melalui saluran di bawah tekanan 157 ATM (15.7 MPa), yang dipanaskan dalam reaktor hingga 595 K. Bahan penyejuk logam dihantar ke stim penjana, yang menerima air sejuk, yang bertukar menjadi wap dengan tekanan 65.3 ATM (6.53 MPa). Stim dibekalkan ke bilah turbin stim, yang memutarkan turbogenerator.

Dalam reaktor nuklear, suhu stim yang dihasilkan jauh lebih rendah daripada penjana stim loji kuasa haba menggunakan bahan api organik. Akibatnya, kecekapan haba loji kuasa nuklear yang beroperasi dengan air sebagai penyejuk hanya 30%. Sebagai perbandingan, untuk loji kuasa yang menggunakan arang batu, minyak atau gas ia mencapai 40%.

Loji kuasa nuklear digunakan dalam sistem bekalan kuasa dan haba untuk penduduk, dan loji kuasa nuklear mini pada kapal laut (kapal berkuasa nuklear, kapal selam nuklear) untuk pacuan elektrik kipas).

Untuk tujuan ketenteraan, tenaga nuklear digunakan dalam bom atom. Bom atom ialah reaktor neutron pantas khas , di mana tindak balas berantai yang cepat tidak terkawal berlaku dengan faktor pendaraban neutron yang besar. Reaktor nuklear bom atom tidak mengandungi penyederhana. Akibatnya, dimensi dan berat peranti menjadi kecil.

Caj nuklear bom uranium-235 dibahagikan kepada dua bahagian, di mana setiap satu tindak balas berantai adalah mustahil. Untuk mencipta letupan, separuh daripada cas dilepaskan ke dalam yang lain, dan apabila ia disambungkan, tindak balas berantai letupan berlaku hampir serta-merta. Tindak balas nuklear yang meletup mengakibatkan pembebasan tenaga yang sangat besar. Dalam kes ini, suhu kira-kira seratus juta darjah dicapai. Peningkatan besar dalam tekanan berlaku dan gelombang letupan yang kuat terbentuk.

Reaktor nuklear pertama telah dilancarkan di Universiti Chicago (AS) pada 2 Disember 1942. Bom atom pertama diletupkan pada 16 Julai 1945 di New Mexico (Alamogordo). Ia adalah peranti yang dicipta berdasarkan prinsip pembelahan plutonium. Bom itu terdiri daripada plutonium yang dikelilingi oleh dua lapisan bahan letupan kimia dengan fius.

Loji kuasa nuklear pertama yang menghasilkan arus pada tahun 1951 ialah loji kuasa nuklear (USA) EBR-1. Di bekas USSR - Loji Kuasa Nuklear Obninsk (wilayah Kaluga, memberikan kuasa pada 27 Jun 1954). Loji tenaga nuklear pertama di USSR dengan reaktor neutron pantas dengan kapasiti 12 MW telah dilancarkan pada tahun 1969 di bandar Dimitrovgrad. Pada tahun 1984, terdapat 317 loji tenaga nuklear yang beroperasi di dunia dengan jumlah kapasiti 191 ribu MW, yang berjumlah 12% (1012 kWj) daripada pengeluaran tenaga elektrik global ketika itu. Loji tenaga nuklear terbesar di dunia pada tahun 1981 ialah RFN Biblis (Jerman), kuasa haba reaktornya ialah 7800 MW.

Tindak balas termonuklear dipanggil tindak balas nuklear gabungan nukleus ringan kepada yang lebih berat. Unsur yang digunakan dalam pelakuran nuklear ialah hidrogen. Kelebihan utama synetz termonuklear ialah sumber bahan mentah yang hampir tidak terhad, yang boleh diekstrak daripada air laut. Hidrogen dalam satu bentuk atau yang lain membentuk 90% daripada semua jirim. Bahan api untuk pelakuran termonuklear yang terkandung di lautan dunia akan bertahan selama lebih daripada 1 bilion tahun (sinaran suria dan manusia dalam sistem suria tidak akan bertahan lebih lama). Bahan mentah untuk pelakuran termonuklear yang terkandung dalam 33 km air laut adalah setara dalam kandungan tenaga dengan semua sumber bahan api pepejal (terdapat 40 juta kali lebih banyak air di Bumi). Tenaga deuterium yang terkandung dalam segelas air adalah bersamaan dengan membakar 300 liter petrol.

Terdapat 3 isotop hidrogen : jisim atomnya ialah -1.2 (deuterium), 3 (tritium). Isotop ini boleh menghasilkan semula tindak balas nuklear di mana jumlah jisim hasil tindak balas akhir adalah kurang daripada jumlah jisim bahan yang masuk ke dalam tindak balas. Perbezaan jisim, seperti dalam kes tindak balas pembelahan, menyumbang tenaga kinetik hasil tindak balas. Secara purata, penurunan jisim bahan yang terlibat dalam tindak balas pelakuran termonuklear ialah 1 amu. sepadan dengan pelepasan 931 MeV tenaga:

H 2 + H 2 = H 3 + neutron +3.2 MeV,

H 2 + H 2 = H 3 + proton +4.0 MeV,

H 2 + H 3 = He 4 + neutron +17.6 MeV.

Secara praktikalnya tiada tritium dalam alam semula jadi. Ia boleh didapati dengan interaksi neutron dengan isotop litium:

Li 6 + neutron = He 4 + H 3 + 4.8 MeV.

Percantuman nukleus unsur cahaya tidak berlaku secara semula jadi (tidak termasuk proses dalam ruang). Untuk memaksa nukleus memasuki tindak balas pelakuran, suhu tinggi diperlukan (kira-kira 107 -109 K). Dalam kes ini, gas adalah plasma terion. Masalah mengehadkan plasma ini merupakan halangan utama kepada penggunaan kaedah pengeluaran tenaga ini. Suhu kira-kira 10 juta darjah adalah tipikal untuk bahagian tengah Matahari. Ia adalah tindak balas termonuklear yang merupakan sumber tenaga yang memberikan sinaran daripada Matahari dan bintang.

Pada masa ini, kerja teori dan eksperimen sedang dijalankan untuk mengkaji kaedah pengasingan plasma magnet dan inersia.

Kaedah menggunakan medan magnet. Medan magnet dicipta yang menembusi saluran plasma bergerak. Zarah bercas yang membentuk plasma, semasa bergerak dalam medan magnet, terdedah kepada daya yang diarahkan berserenjang dengan pergerakan zarah dan garis medan magnet. Disebabkan oleh tindakan daya ini, zarah akan bergerak dalam lingkaran di sepanjang garis medan. Semakin kuat medan magnet, semakin padat aliran plasma, dengan itu mengasingkan dirinya dari dinding cangkang.

Kurungan plasma inersia. Reaktor melakukan letupan termonuklear dengan kekerapan 20 letupan sesaat. Untuk melaksanakan idea ini, zarah bahan api termonuklear dipanaskan menggunakan sinaran terfokus daripada 10 laser kepada suhu pencucuhan tindak balas pelakuran dalam masa sebelum ia mempunyai masa untuk berselerak pada jarak yang ketara disebabkan oleh gerakan haba atom (10-9 s).

Pelauran termonuklear adalah asas kepada bom hidrogen (termonuklear). Dalam bom sebegitu, tindak balas termonuklear yang bertahan sendiri dengan sifat letupan berlaku. Bahan letupan adalah campuran deuterium dan tritium. Tenaga bom pembelahan nuklear digunakan sebagai sumber tenaga pengaktifan (sumber suhu tinggi). Bom termonuklear pertama di dunia dicipta di USSR pada tahun 1953.

Pada akhir tahun 50-an, USSR mula mengusahakan idea gabungan termonuklear dalam reaktor jenis TOKAMAK (ruang toroidal dalam medan magnet gegelung). Prinsip operasi adalah seperti berikut: ruang toroidal dikosongkan dan diisi dengan campuran gas deuterium dan tritium. Arus beberapa juta ampere dialirkan melalui campuran. Dalam 1-2 saat, suhu campuran meningkat kepada ratusan ribu darjah. Plasma terbentuk di dalam ruang. Pemanasan selanjutnya dilakukan dengan suntikan deuterium neutral dan atom tritium dengan tenaga 100 - 200 keV. Suhu plasma meningkat kepada berpuluh-puluh juta darjah dan tindak balas pelakuran yang mampan sendiri bermula. Selepas 10-20 minit, unsur-unsur berat dari bahan yang sebahagiannya menyejat dinding ruang akan terkumpul di dalam plasma. Plasma menjadi sejuk dan pembakaran termonuklear berhenti. Ruang mesti dimatikan semula dan dibersihkan daripada kekotoran terkumpul. Dimensi torus untuk kuasa terma reaktor 5000 MW adalah seperti berikut: Jejari luar -10m; jejari dalaman - 2.5 m.

Penyelidikan untuk mencari cara mengawal tindak balas termonuklear, i.e. Penggunaan tenaga termonuklear untuk tujuan damai berkembang dengan intensiti yang tinggi.

Pada tahun 1991, di kemudahan Eropah bersama di UK, pelepasan tenaga yang ketara telah dicapai buat kali pertama semasa pelakuran termonuklear terkawal. Mod optimum dikekalkan selama 2 saat dan disertai dengan pelepasan tenaga kira-kira 1.7 MW. Suhu maksimum ialah 400 juta darjah.

Penjana elektrik termonuklear. Apabila menggunakan deuterium sebagai bahan api gabungan, dua pertiga daripada tenaga mesti dibebaskan dalam bentuk tenaga kinetik zarah bercas. Menggunakan kaedah elektromagnet, tenaga ini boleh ditukar kepada tenaga elektrik.

Elektrik boleh diperolehi dalam mod operasi pegun dan berdenyut bagi pemasangan. Dalam kes pertama, ion dan elektron yang terhasil daripada tindak balas pelakuran mampan diri dihalang oleh medan magnet. Arus ion dipisahkan daripada arus elektron menggunakan medan magnet melintang. Kecekapan sistem sedemikian semasa brek langsung akan menjadi kira-kira 50%, dan tenaga selebihnya akan berubah menjadi haba.

Enjin gabungan (tidak dilaksanakan). Skop aplikasi: kapal angkasa. Plasma deuterium terion sepenuhnya pada suhu 1 bilion darjah Celsius dipegang dalam bentuk kord oleh medan magnet linear gegelung superkonduktor. Cecair kerja dimasukkan ke dalam ruang melalui dinding, menyejukkannya, dan dipanaskan dengan mengalir di sekeliling kord plasma. Halaju paksi aliran keluar ion di pintu keluar dari muncung magnet ialah 10,000 km/s.

Pada tahun 1972, pada satu mesyuarat Kelab Rom - sebuah organisasi yang mengkaji punca dan mencari penyelesaian kepada masalah pada skala planet - laporan telah dibuat oleh saintis E. von Weinzsäcker, A. H. Lovins dan menghasilkan kesan bom yang meletup. Menurut data yang diberikan dalam laporan itu, sumber tenaga planet - arang batu, gas, minyak dan uranium - akan mencukupi sehingga 2030. Untuk melombong arang batu, dari mana anda boleh mendapatkan tenaga bernilai $1, anda perlu membelanjakan tenaga berharga 99 sen.

Uranium-235, yang berfungsi sebagai bahan api untuk loji kuasa nuklear, tidak begitu banyak sifatnya: hanya 5% daripada jumlah uranium di dunia, 2% daripadanya berada di Rusia. Oleh itu, loji tenaga nuklear hanya boleh digunakan untuk tujuan tambahan. Penyelidikan saintis yang cuba mendapatkan tenaga daripada plasma pada TOKAMAK kekal sebagai latihan yang mahal sehingga hari ini. Pada tahun 2000, laporan muncul bahawa Komuniti Atom Eropah (CERN) dan Jepun sedang membina segmen pertama TOKAMAK.

Keselamatan mungkin bukan "atom aman" loji tenaga nuklear, tetapi "tentera" - tenaga bom termonuklear.

Para saintis Rusia memanggil ciptaan mereka sebagai dandang pembakaran letupan (ECC). Prinsip operasi PIC adalah berdasarkan letupan bom termonuklear ultra-kecil dalam sarkofagus khas - dandang. Letupan berlaku dengan kerap. Adalah menarik bahawa dalam kebuk pembakaran tekanan pada dinding dandang semasa letupan adalah kurang daripada dalam silinder kereta biasa.

Untuk operasi selamat dandang, diameter dalaman dandang mestilah sekurang-kurangnya 100 meter. Dinding keluli berganda dan cangkerang konkrit bertetulang setebal 30 meter akan meredam getaran. Hanya keluli berkualiti tinggi akan digunakan untuk membinanya, seperti dua kapal perang tentera moden. Ia dirancang untuk membina KVS selama 5 tahun. Pada tahun 2000, di salah satu bandar tertutup di Rusia, satu projek telah disediakan untuk pembinaan pemasangan eksperimen untuk "bom" 2-4 kiloton setara nuklear. Kos FAC ini ialah $500 juta. Para saintis telah mengira bahawa ia akan membayar untuk dirinya sendiri dalam setahun, dan selama 50 tahun lagi ia akan menyediakan elektrik dan haba yang boleh dikatakan percuma. Menurut pengurus projek, kos tenaga yang setara dengan membakar satu tan minyak akan menjadi kurang daripada $10.

40 KVG mampu memenuhi keperluan seluruh sektor tenaga negara. Seratus - semua negara di benua Eurasia.

Pada tahun 1932, positron telah ditemui secara eksperimen - zarah dengan jisim elektron, tetapi dengan caj positif. Tidak lama kemudian dicadangkan bahawa simetri cas wujud dalam alam semula jadi: a) setiap zarah mesti mempunyai antizarah; b) hukum alam tidak berubah apabila semua zarah digantikan oleh antizarah yang sepadan dan sebaliknya. Antiproton dan antineutron ditemui pada pertengahan 50-an. Pada dasarnya, boleh ada antimateri yang terdiri daripada atom, nukleusnya termasuk antiproton dan antineutron, dan cangkangnya dibentuk oleh positron.

Gumpalan antimateri dengan saiz kosmologi akan membentuk antidunia, tetapi ia tidak ditemui di alam semula jadi. Antimateri disintesis hanya pada skala makmal. Oleh itu, pada tahun 1969, di pemecut Serpukhov, ahli fizik Soviet mengesan nukleus antihelium yang terdiri daripada dua antiproton dan satu antineutron.

Berkenaan dengan kemungkinan penukaran tenaga, antijirim terkenal kerana fakta bahawa apabila ia bersentuhan dengan jirim, pemusnahan (kemusnahan) berlaku dengan pembebasan tenaga besar (kedua-dua jenis jirim hilang, bertukar menjadi sinaran). Oleh itu, elektron dan positron, memusnahkan, menghasilkan dua foton. Satu jenis jirim—zarah besar bercas—berubah menjadi jenis jirim lain—zarah tak berjisim neutral. Menggunakan perhubungan Einstein tentang kesetaraan tenaga dan jisim (E=mc 2), tidak sukar untuk mengira bahawa penghapusan satu gram jirim menghasilkan tenaga yang sama yang boleh diperolehi dengan membakar 10,000 tan arang batu, dan satu tan antijirim akan mencukupi untuk membekalkan tenaga untuk seluruh planet selama setahun.

Ahli astrofizik percaya bahawa ia adalah pemusnahan yang menyediakan tenaga raksasa objek kuasi-bintang - quasar.

Pada tahun 1979, sekumpulan ahli fizik Amerika berjaya mendaftarkan kehadiran antiproton semulajadi. Mereka dibawa oleh sinar kosmik.

Einstein mewujudkan hubungan antara tenaga dan jisim dalam persamaannya:

di mana c = 300,000,000 m/s - kelajuan cahaya;

Oleh itu, badan seseorang dengan berat 70 kg mengandungi tenaga

loji reaktor RBMK-1000 akan menjana jumlah tenaga ini hanya dalam dua ribu jisim teras yang dipisahkan. Sudah tentu, penukaran jisim sepenuhnya kepada tenaga masih sangat jauh, tetapi perubahan dalam jisim bahan api dalam reaktor, yang tidak dikesan oleh skala biasa, memungkinkan untuk mendapatkan sejumlah besar tenaga. Perubahan dalam jisim bahan api selama setahun operasi berterusan dalam reaktor RBMK-1000 adalah lebih kurang 0.3 g, tetapi tenaga yang dikeluarkan adalah sama seperti apabila membakar 3,000,000 (tiga juta) tan arang batu.% tahun beroperasi. Masalah utama ialah belajar bagaimana menukar jisim kepada tenaga yang berguna. Kemanusiaan mengambil langkah pertama untuk menyelesaikan masalah ini dengan menguasai ketenteraan dan penggunaan tenaga pembelahan nuklear secara aman. Untuk anggaran pertama, proses yang berlaku dalam reaktor nuklear boleh digambarkan sebagai pembelahan berterusan nukleus. Dalam kes ini, jisim seluruh nukleus sebelum pembelahan adalah lebih besar daripada jisim serpihan yang terhasil. Perbezaannya adalah lebih kurang 0.1

kuasa.

Dalam amalan, apabila kita bercakap tentang sumber tenaga, kita biasanya berminat dengan kuasanya. Anda boleh mengangkat seribu batu bata ke tingkat lima rumah dalam pembinaan dengan kren, atau dengan bantuan dua pekerja dengan pengusung. Dalam kedua-dua kes, kerja yang dilakukan dan tenaga yang dibelanjakan adalah sama, hanya kuasa sumber tenaga yang berbeza. Definisi:kuasa sumber tenaga (mesin), ini ialah jumlah tenaga yang diterima (kerja yang dilakukan) setiap unit masa.

kuasa= tenaga(kerja)/masa

dimensi [J/sec = W]

Undang-undang Pemuliharaan Tenaga

Seperti yang dinyatakan di atas, di dunia di sekeliling kita terdapat perubahan berterusan tenaga dari satu jenis ke yang lain. Dengan melambung bola, kami menyebabkan rantaian transformasi tenaga mekanikal dari satu jenis ke jenis yang lain. Bola yang melantun jelas menggambarkan undang-undang pemuliharaan tenaga:

Tenaga tidak boleh hilang ke mana-mana, atau muncul entah dari mana, ia hanya boleh berpindah dari satu jenis ke yang lain.

Bola, selepas membuat beberapa lantunan, akhirnya akan kekal tidak bergerak di permukaan. Oleh kerana tenaga mekanikal pada mulanya dipindahkan kepadanya dibelanjakan untuk:

a) mengatasi rintangan udara di mana bola bergerak (bertukar menjadi tenaga haba udara)

b) pemanasan bola dan permukaan hentaman. (perubahan bentuk sentiasa disertai dengan pemanasan, ingat bagaimana wayar aluminium menjadi panas apabila dibengkokkan berulang kali)

Penukaran tenaga

Keupayaan untuk mengubah dan menggunakan tenaga adalah penunjuk pembangunan teknikal manusia. Penukar tenaga pertama yang digunakan oleh manusia boleh dianggap sebagai layar - penggunaan tenaga angin untuk bergerak melalui air, dikembangkan lagi ialah penggunaan angin dan air dalam kilang angin dan air. Penciptaan dan pelaksanaan enjin stim membuat revolusi sebenar dalam teknologi. Enjin wap di kilang dan kilang meningkatkan produktiviti buruh secara mendadak. Lokomotif wap dan kapal bermotor menjadikan pengangkutan melalui darat dan laut lebih cepat dan murah. Pada peringkat awal, enjin stim berfungsi untuk menukar tenaga haba kepada tenaga mekanikal roda berputar, dari mana, menggunakan pelbagai jenis gear (aci, takal, tali pinggang, rantai), tenaga dipindahkan ke mesin dan mekanisme.

Pengenalan meluas mesin elektrik, enjin yang menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal, dan penjana untuk menghasilkan elektrik daripada tenaga mekanikal menandakan satu lonjakan baharu dalam pembangunan teknologi. Ia menjadi mungkin untuk menghantar tenaga dalam jarak jauh dalam bentuk elektrik, dan seluruh industri, sektor tenaga, dilahirkan.

Pada masa ini, sejumlah besar peranti telah dicipta untuk menukar elektrik kepada apa-apa jenis tenaga yang diperlukan untuk kehidupan manusia: motor elektrik, pemanas elektrik, lampu pencahayaan, dan yang menggunakan elektrik secara langsung: televisyen, penerima, dll.

NPP (dengan reaktor gelung tunggal)

Sejarah perkembangan tenaga nuklear

Loji kuasa nuklear perintis pertama di dunia dengan kapasiti 5 MW telah dilancarkan di USSR pada 27 Jun 1954 di Obninsk. Sebelum ini, tenaga nukleus atom digunakan terutamanya untuk tujuan ketenteraan. Pelancaran loji tenaga nuklear pertama menandakan pembukaan arah baru dalam tenaga, yang menerima pengiktirafan pada Persidangan Saintifik dan Teknikal Antarabangsa Pertama mengenai Penggunaan Tenaga Atom secara Aman (Ogos 1955, Geneva).

Pada tahun 1958, peringkat pertama Loji Kuasa Nuklear Siberia dengan kapasiti 100 MW telah mula beroperasi (jumlah kapasiti reka bentuk 600 MW). Pada tahun yang sama, pembinaan loji tenaga nuklear perindustrian Beloyarsk bermula, dan pada 26 April 1964, penjana peringkat pertama (unit 100 MW) membekalkan arus ke sistem tenaga Sverdlovsk, unit ke-2 dengan kapasiti 200 MW telah mula beroperasi pada Oktober 1967. Satu ciri tersendiri RFN Beloyarsk ialah pemanasan terlampau stim (sehingga parameter yang diperlukan diperolehi) secara langsung dalam reaktor nuklear, yang memungkinkan untuk menggunakan turbin moden konvensional di atasnya hampir tanpa sebarang pengubahsuaian.

Pada September 1964, unit pertama RFN Novovoronezh dengan kapasiti 210 MW telah dilancarkan. Kos 1 kWj elektrik (penunjuk ekonomi yang paling penting bagi operasi mana-mana loji kuasa) di loji kuasa nuklear ini menurun secara sistematik: ia berjumlah 1.24 kopecks. pada tahun 1965, 1.22 kopecks. pada tahun 1966, 1.18 kopecks. pada tahun 1967, 0.94 kopecks. pada tahun 1968. Unit pertama RFN Novovoronezh dibina bukan sahaja untuk kegunaan industri, tetapi juga sebagai kemudahan demonstrasi untuk menunjukkan keupayaan dan kelebihan tenaga nuklear, kebolehpercayaan dan keselamatan loji kuasa nuklear. Pada November 1965, di bandar Melekess, wilayah Ulyanovsk, sebuah loji tenaga nuklear dengan reaktor air-air jenis "mendidih" dengan kapasiti 50 MW telah beroperasi mengikut reka bentuk litar tunggal , memudahkan susun atur stesen. Pada Disember 1969, unit kedua RFN Novovoronezh (350 MW) telah dilancarkan.

Di luar negara, loji tenaga nuklear perindustrian pertama dengan kapasiti 46 MW telah mula beroperasi pada tahun 1956 di Calder Hall (England) Setahun kemudian, sebuah loji tenaga nuklear berkapasiti 60 MW mula beroperasi di Shippingport (AS).

Gambarajah skematik loji kuasa nuklear dengan reaktor nuklear yang disejukkan air ditunjukkan dalam Rajah. 2. Haba yang dibebaskan dalam teras reaktor 1 diambil oleh air (penyejuk) litar pertama, yang dipam melalui reaktor oleh pam edaran 2. Air yang dipanaskan daripada reaktor memasuki penukar haba (penjana stim) 3 , di mana ia memindahkan haba yang dihasilkan dalam reaktor ke litar ke-2 air. Air litar ke-2 menyejat dalam penjana stim, dan wap yang terhasil memasuki turbin 4.

Selalunya, 4 jenis reaktor neutron haba digunakan di loji kuasa nuklear: 1) reaktor air-air dengan air biasa sebagai penyederhana dan penyejuk; 2) grafit-air dengan penyejuk air dan penyederhana grafit; 3) air berat dengan penyejuk air dan air berat sebagai penyederhana; 4) grafit-gas dengan penyejuk gas dan penyederhana grafit.

Pilihan jenis reaktor yang kebanyakannya digunakan ditentukan terutamanya oleh pengalaman terkumpul dalam pembinaan reaktor, serta ketersediaan peralatan perindustrian yang diperlukan, rizab bahan mentah, dll. Di USSR, terutamanya reaktor grafit-air dan penyejukan air. dibina. Di loji kuasa nuklear AS, reaktor air bertekanan adalah yang paling banyak digunakan. Reaktor gas grafit digunakan di England. Industri tenaga nuklear Kanada dikuasai oleh loji kuasa nuklear dengan reaktor air berat.

Bergantung pada jenis dan keadaan fizikal penyejuk, satu atau satu lagi kitaran termodinamik loji kuasa nuklear dicipta. Pilihan had suhu atas kitaran termodinamik ditentukan oleh suhu maksimum yang dibenarkan bagi pelapis unsur bahan api (unsur bahan api) yang mengandungi bahan api nuklear, suhu bahan api nuklear yang dibenarkan itu sendiri, serta sifat penyejuk yang diterima pakai. untuk jenis reaktor tertentu. Di loji kuasa nuklear, reaktor haba yang disejukkan oleh air, kitaran wap suhu rendah biasanya digunakan. Reaktor yang disejukkan dengan gas membenarkan penggunaan kitaran wap yang agak lebih menjimatkan dengan peningkatan tekanan dan suhu awal. Litar terma loji kuasa nuklear dalam kedua-dua kes ini ialah 2-litar: penyejuk beredar dalam litar pertama, dan litar wap-air beredar dalam litar ke-2. Dengan reaktor dengan air mendidih atau penyejuk gas suhu tinggi, loji kuasa nuklear terma litar tunggal adalah mungkin. Dalam reaktor air mendidih, air mendidih dalam teras, campuran wap-air yang terhasil dipisahkan, dan stim tepu dihantar sama ada terus ke turbin, atau mula-mula dikembalikan ke teras untuk terlalu panas (Rajah 3). Dalam reaktor gas grafit suhu tinggi, adalah mungkin untuk menggunakan kitaran turbin gas konvensional. Reaktor dalam kes ini bertindak sebagai kebuk pembakaran.

Semasa operasi reaktor, kepekatan isotop fisil dalam bahan api nuklear berkurangan secara beransur-ansur, iaitu, rod bahan api terbakar. Oleh itu, dari masa ke masa mereka digantikan dengan yang segar. Bahan api nuklear dimuat semula menggunakan mekanisme dan peranti kawalan jauh. Batang bahan api yang dibelanjakan dipindahkan ke kolam bahan api terpakai dan kemudian dihantar untuk dikitar semula.

Reaktor dan sistem servisnya termasuk: reaktor itu sendiri dengan perlindungan biologi, penukar haba, pam atau unit peniup gas yang mengedarkan penyejuk; saluran paip dan kelengkapan litar edaran; peranti untuk memuat semula bahan api nuklear; sistem khas pengudaraan, penyejukan kecemasan, dsb.

Bergantung pada reka bentuk, reaktor mempunyai ciri tersendiri: dalam reaktor kapal, rod bahan api dan penyederhana terletak di dalam perumahan, menanggung tekanan penyejuk penuh; dalam reaktor saluran, rod bahan api yang disejukkan oleh penyejuk dipasang dalam saluran paip khas yang menembusi penyederhana, tertutup dalam selongsong berdinding nipis. Reaktor sedemikian digunakan di USSR (Siberia, loji kuasa nuklear Beloyarsk, dll.).

Untuk melindungi kakitangan loji janakuasa nuklear daripada pendedahan sinaran, reaktor dikelilingi oleh perisai biologi, bahan utamanya ialah konkrit, air dan pasir serpentin. Peralatan litar reaktor mesti dimeterai sepenuhnya. Sistem disediakan untuk memantau tempat-tempat kemungkinan kebocoran penyejuk langkah-langkah diambil untuk memastikan bahawa berlakunya kebocoran dan pecah dalam litar tidak membawa kepada pelepasan radioaktif dan pencemaran premis loji tenaga nuklear dan kawasan sekitarnya. Peralatan litar reaktor biasanya dipasang dalam kotak tertutup, yang diasingkan daripada premis NPP yang lain oleh perlindungan biologi dan tidak diselenggara semasa operasi reaktor. Udara radioaktif dan sejumlah kecil wap penyejuk, disebabkan oleh kehadiran kebocoran dari litar, dikeluarkan dari bilik tanpa pengawasan loji kuasa nuklear oleh sistem pengudaraan khas, di mana penapis penulenan dan tangki gas penahan disediakan untuk menghapuskan kemungkinan daripada pencemaran udara. Pematuhan peraturan keselamatan sinaran oleh kakitangan NPP dipantau oleh perkhidmatan kawalan dosimetri.

Sekiranya berlaku kemalangan dalam sistem penyejukan reaktor, untuk mengelakkan terlalu panas dan kegagalan pengedap cengkerang rod bahan api, penindasan pantas (dalam beberapa saat) tindak balas nuklear disediakan; Sistem penyejukan kecemasan mempunyai sumber kuasa autonomi.

Kehadiran perlindungan biologi, pengudaraan khas dan sistem penyejukan kecemasan serta perkhidmatan pemantauan sinaran memungkinkan untuk sepenuhnya melindungi kakitangan pengendalian NPP daripada kesan berbahaya sinaran radioaktif.

Peralatan bilik turbin loji kuasa nuklear adalah serupa dengan peralatan bilik turbin loji kuasa terma. Ciri tersendiri kebanyakan loji janakuasa nuklear ialah penggunaan wap dengan parameter yang agak rendah, tepu atau sedikit panas lampau.

Dalam kes ini, untuk mengelakkan kerosakan hakisan pada bilah peringkat terakhir turbin oleh zarah lembapan yang terkandung dalam stim, peranti pemisah dipasang di turbin. Kadangkala perlu menggunakan pemisah jauh dan pemanas stim perantaraan. Disebabkan fakta bahawa penyejuk dan kekotoran yang terkandung di dalamnya diaktifkan apabila melalui teras reaktor, penyelesaian reka bentuk peralatan bilik turbin dan sistem penyejukan pemeluwap turbin loji kuasa nuklear litar tunggal mesti menghapuskan sepenuhnya kemungkinan kebocoran penyejuk. . Di loji kuasa nuklear litar dua dengan parameter stim yang tinggi, keperluan sedemikian tidak dikenakan pada peralatan bilik turbin.

Keperluan khusus untuk susun atur peralatan loji janakuasa nuklear termasuk: panjang minimum kemungkinan komunikasi yang berkaitan dengan media radioaktif, peningkatan ketegaran asas dan struktur sokongan reaktor, organisasi pengudaraan premis yang boleh dipercayai. Dalam Rajah. menunjukkan bahagian bangunan utama RFN Beloyarsk dengan reaktor air grafit saluran. Dewan reaktor menempatkan reaktor dengan perlindungan biologi, rod bahan api ganti dan peralatan kawalan. Loji kuasa nuklear dikonfigurasikan mengikut prinsip blok reaktor-turbin. Penjana turbin dan sistem servisnya terletak di dalam bilik turbin. Di antara bilik enjin dan reaktor, peralatan tambahan dan sistem kawalan loji terletak.

Kecekapan loji kuasa nuklear ditentukan oleh penunjuk teknikal utamanya: kuasa unit reaktor, kecekapan, keamatan tenaga teras, pembakaran bahan api nuklear, kadar penggunaan kapasiti terpasang loji kuasa nuklear setahun. Apabila kapasiti loji janakuasa nuklear meningkat, pelaburan modal khusus di dalamnya (kos kW terpasang) berkurangan dengan lebih mendadak berbanding loji kuasa terma. Ini adalah sebab utama keinginan untuk membina loji kuasa nuklear yang besar dengan unit kuasa unit yang besar. Ia adalah tipikal untuk ekonomi loji kuasa nuklear bahawa bahagian komponen bahan api dalam kos tenaga elektrik yang dijana ialah 30-40% (di loji kuasa haba 60-70%). Oleh itu, loji kuasa nuklear yang besar adalah yang paling biasa di kawasan perindustrian dengan bekalan bahan api konvensional yang terhad, dan loji kuasa nuklear berkapasiti kecil adalah yang paling biasa di kawasan yang sukar dicapai atau terpencil, contohnya, loji kuasa nuklear di kampung. Bilibino (Republik Sosialis Soviet Autonomi Yakut) dengan kuasa elektrik unit tipikal 12 MW. Sebahagian daripada kuasa haba reaktor loji kuasa nuklear ini (29 MW) dibelanjakan untuk bekalan haba. Selain menjana tenaga elektrik, loji tenaga nuklear juga digunakan untuk menyahsinasi air laut. Oleh itu, Loji Kuasa Nuklear Shevchenko (Kazakh SSR) dengan kapasiti elektrik 150 MW direka untuk penyahgaraman (melalui penyulingan) sehingga 150,000 tan air dari Laut Caspian setiap hari.

Di kebanyakan negara perindustrian (USSR, Amerika Syarikat, England, Perancis, Kanada, Jerman, Jepun, Jerman Timur, dll.), mengikut ramalan, kapasiti loji kuasa nuklear sedia ada dan dalam pembinaan akan ditingkatkan kepada puluhan gigawatt menjelang 1980. Menurut Agensi Atom Antarabangsa PBB, yang diterbitkan pada tahun 1967, kapasiti pemasangan semua loji tenaga nuklear di dunia akan mencapai 300 GW menjelang 1980.

Kesatuan Soviet sedang melaksanakan program meluas pentauliahan unit kuasa besar (sehingga 1000 MW) dengan reaktor neutron haba. Pada 1948-49, kerja bermula pada reaktor neutron pantas untuk loji kuasa nuklear perindustrian. Ciri fizikal reaktor sedemikian memungkinkan untuk menjalankan pembiakan bahan api nuklear yang diperluas (faktor pembiakan dari 1.3 hingga 1.7), yang memungkinkan untuk menggunakan bukan sahaja 235U, tetapi juga bahan mentah 238U dan 232Th. Selain itu, reaktor neutron pantas tidak mengandungi penyederhana, bersaiz agak kecil dan mempunyai beban yang besar. Ini menerangkan keinginan untuk pembangunan intensif reaktor pantas di USSR. Untuk penyelidikan tentang reaktor pantas, reaktor eksperimen dan perintis BR-1, BR-2, BR-Z, BR-5 dan BFS telah dibina secara berturut-turut. Pengalaman yang diperoleh membawa kepada peralihan daripada penyelidikan ke atas loji model kepada reka bentuk dan pembinaan loji kuasa nuklear neutron pantas industri (BN-350) di Shevchenko dan (BN-600) di RFN Beloyarsk. Penyelidikan sedang dijalankan ke atas reaktor untuk loji kuasa nuklear yang berkuasa, sebagai contoh, reaktor perintis BOR-60 telah dibina di Melekess.

Loji tenaga nuklear yang besar juga sedang dibina di beberapa negara membangun (India, Pakistan, dll.).

Pada Persidangan Saintifik dan Teknikal Antarabangsa ke-3 mengenai Penggunaan Tenaga Atom secara Aman (1964, Geneva), telah dinyatakan bahawa perkembangan meluas tenaga nuklear telah menjadi masalah utama bagi kebanyakan negara. Persidangan Tenaga Dunia ke-7 (WIREC-VII), yang diadakan di Moscow pada Ogos 1968, mengesahkan kaitan masalah memilih arah pembangunan tenaga nuklear pada peringkat seterusnya (bersyarat 1980-2000), apabila loji kuasa nuklear akan menjadi salah satu pengeluar utama tenaga elektrik.

Tenaga atom ialah tenaga yang dibebaskan semasa penjelmaan nukleus atom. Sumber tenaga atom ialah tenaga dalaman nukleus atom.

Nama yang lebih tepat untuk tenaga atom ialah tenaga nuklear. Terdapat dua jenis pengeluaran tenaga nuklear:
- pelaksanaan tindak balas rantai nuklear pembelahan nukleus berat;
- pelaksanaan tindak balas termonuklear pelakuran nukleus cahaya.

Mitos mengenai tenaga nuklear

Rizab uranium dunia semakin habis. Kanak-kanak pun tahu tentang kepupusan sumber alam pada masa kini. Memang, rizab banyak mineral semakin berkurangan. Rizab uranium kini dinilai sebagai "agak terhad", tetapi ini tidaklah sekecil mana. Sebagai perbandingan, terdapat uranium sebanyak timah dan 600 kali ganda lebih banyak daripada emas. Menurut anggaran awal oleh saintis, rizab logam radioaktif ini sepatutnya mencukupi untuk manusia untuk 500 tahun akan datang. Di samping itu, reaktor moden boleh menggunakan torium sebagai bahan api, dan rizab globalnya, seterusnya, melebihi rizab uranium sebanyak 3 kali ganda.

Tenaga nuklear mempunyai kesan yang sangat negatif terhadap alam sekitar. Wakil pelbagai kempen anti-nuklear sering mendakwa bahawa tenaga nuklear mengandungi "pelepasan tersembunyi" gas yang memberi kesan negatif kepada alam sekitar. Tetapi menurut semua maklumat dan pengiraan moden, tenaga nuklear, walaupun dibandingkan dengan tenaga solar atau hidro, yang dianggap mesra alam, mengandungi tahap karbon yang agak rendah.

Tenaga angin dan ombak adalah kurang berbahaya dari sudut pandangan alam sekitar. Realitinya, ladang angin sedang dibina atau telah pun dibina di kawasan pantai yang kritikal, dan pembinaan itu sendiri sudah pasti mencemarkan alam sekitar. Tetapi pembinaan stesen ombak masih bersifat eksperimen, dan kesannya terhadap alam sekitar tidak diketahui dengan tepat, jadi sukar untuk memanggilnya lebih mampan alam sekitar berbanding tenaga nuklear.

Di kawasan di mana reaktor nuklear terletak, insiden leukemia adalah lebih tinggi. Tahap leukemia di kalangan kanak-kanak di sekitar loji tenaga nuklear tidak lebih tinggi daripada, sebagai contoh, di kawasan berhampiran ladang organik yang dipanggil. Kawasan penyebaran penyakit ini boleh meliputi kedua-dua kawasan sekitar loji tenaga nuklear dan taman negara tahap bahaya sama sekali.

Reaktor nuklear menghasilkan terlalu banyak sisa. Tenaga nuklear sebenarnya menghasilkan sisa yang minimum, bertentangan dengan dakwaan pencinta alam sekitar. Bumi tidak sama sekali dipenuhi dengan sisa radioaktif. Teknologi pengeluaran tenaga nuklear moden akan memungkinkan untuk meminimumkan bahagian jumlah sisa radioaktif dalam tempoh 20-40 tahun akan datang.

Tenaga nuklear menyumbang kepada percambahan senjata di dunia. Peningkatan bilangan loji tenaga nuklear akan membawa dengan tepat kepada pengurangan percambahan senjata. Kepala peledak nuklear menghasilkan bahan api reaktor yang sangat berkualiti, dan hulu peledak reaktor menghasilkan kira-kira 15% bahan api nuklear dunia. Peningkatan permintaan untuk bahan api reaktor dijangka "mengalihkan" hulu peledak tersebut daripada pengganas yang berpotensi.

Pengganas memilih reaktor nuklear sebagai sasaran. Selepas tragedi 11 September 2001, beberapa kajian saintifik telah dijalankan untuk menentukan kemungkinan serangan ke atas kemudahan nuklear. Walau bagaimanapun, kajian British baru-baru ini telah membuktikan bahawa loji tenaga nuklear cukup mampu "menahan" walaupun serbuan Boeing 767-400. Generasi baharu reaktor nuklear akan direka bentuk dengan peningkatan tahap perlindungan terhadap kemungkinan serangan daripada semua pesawat sedia ada, dan terdapat juga rancangan untuk memperkenalkan ciri keselamatan khas yang boleh diaktifkan tanpa campur tangan manusia atau kawalan komputer.

Tenaga nuklear sangat mahal. Kenyataan kontroversi. Menurut Jabatan Perdagangan dan Perindustrian British, kos pengeluaran elektrik daripada loji kuasa nuklear hanya melebihi harga gas, dan 10-20 kali kurang daripada tenaga yang dihasilkan oleh ladang angin darat. Di samping itu, 10% daripada jumlah kos tenaga nuklear datang daripada uranium, dan tenaga nuklear tidak begitu terdedah kepada turun naik harga berterusan untuk bahan api seperti gas atau minyak.

Penyahtauliahan loji tenaga nuklear adalah sangat mahal. Kenyataan ini hanya terpakai kepada loji tenaga nuklear yang dibina lebih awal. Kebanyakan reaktor nuklear semasa telah dibina tanpa menjangkakan penyahtauliahan seterusnya. Tetapi semasa pembinaan loji kuasa nuklear baru, perkara ini sudah pun diambil kira. Walau bagaimanapun, kos penyahtauliahan loji tenaga nuklear akan dimasukkan dalam kos elektrik yang dibayar pengguna. Reaktor moden direka bentuk untuk beroperasi selama 40 tahun, dan kos penyahtauliahannya akan dibayar dalam tempoh yang panjang ini, dan oleh itu akan memberi sedikit kesan kepada harga elektrik.

Pembinaan loji tenaga nuklear mengambil masa terlalu lama. Ini mungkin yang paling tidak bermotivasi daripada semua kenyataan kempen anti-nuklear. Pembinaan loji tenaga nuklear mengambil masa dari 4 hingga 6 tahun, yang setanding dengan masa pembinaan loji kuasa "tradisional". Struktur modular loji kuasa nuklear baharu sedikit sebanyak dapat mempercepatkan proses pembinaan loji kuasa nuklear.

Atom terdiri daripada nukleus yang dikelilingi oleh awan zarah yang dipanggil elektron(lihat gambar). Nukleus atom - zarah terkecil dari mana semua bahan tersusun - mengandungi bekalan yang ketara. Tenaga inilah yang dibebaskan dalam bentuk sinaran semasa pereputan unsur radioaktif. Sinaran berbahaya kepada kehidupan, tetapi tindak balas nuklear boleh digunakan untuk menghasilkan. Radiasi juga digunakan dalam perubatan.

Keradioaktifan

Radioaktiviti ialah sifat nukleus atom yang tidak stabil untuk memancarkan tenaga. Kebanyakan atom berat tidak stabil, tetapi atom yang lebih ringan mempunyai radioisotop, i.e. isotop radioaktif. Sebab radioaktiviti ialah atom cenderung menjadi stabil (lihat artikel " "). Terdapat tiga jenis sinaran radioaktif: sinar alfa, sinar beta Dan sinar gama. Mereka dinamakan sempena tiga huruf pertama abjad Yunani. Pada mulanya, nukleus memancarkan sinar alfa atau beta, dan jika ia masih tidak stabil, nukleus mengeluarkan sinar gamma juga. Dalam gambar anda melihat tiga nukleus atom. Mereka tidak stabil, dan setiap daripada mereka mengeluarkan satu daripada tiga jenis sinar. Zarah beta ialah elektron dengan tenaga yang sangat tinggi. Mereka timbul daripada pereputan neutron. Zarah alfa terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Nukleus atom helium mempunyai komposisi yang sama. Sinar gamma ialah sinaran elektromagnet bertenaga tinggi yang bergerak pada kelajuan cahaya.

Zarah alfa bergerak perlahan, dan lapisan jirim yang lebih tebal daripada sehelai kertas memerangkapnya. Mereka tidak berbeza dengan nukleus atom helium. Para saintis percaya bahawa helium di Bumi adalah hasil radioaktiviti semula jadi. Zarah alfa terbang kurang daripada 10 cm, dan sehelai kertas tebal akan menghalangnya. Zarah beta terbang kira-kira 1 meter di udara. Sehelai kuprum setebal 1 milimeter boleh menahannya. Keamatan sinar gamma berkurangan separuh apabila melalui lapisan plumbum 13 milimeter atau lapisan 120 meter.

Bahan radioaktif diangkut dalam bekas plumbum berdinding tebal untuk mengelakkan kebocoran sinaran. Pendedahan kepada radiasi menyebabkan luka bakar, katarak, dan kanser pada manusia. Tahap sinaran diukur menggunakan kaunter Geiger. Peranti ini mengeluarkan bunyi klik apabila ia mengesan sinaran radioaktif. Setelah mengeluarkan zarah, nukleus memperoleh nombor atom baru dan bertukar menjadi nukleus unsur lain. Proses ini dipanggil pereputan radioaktif. Jika unsur baru juga tidak stabil, proses pereputan berterusan sehingga nukleus yang stabil terbentuk. Sebagai contoh, apabila atom plutonium-2 (jisimnya ialah 242) mengeluarkan zarah alfa yang jisim atom relatifnya ialah 4 (2 proton dan 2 neutron), ia bertukar menjadi atom uranium - 238 (jisim atom 238). Separuh hayat- ini adalah masa di mana separuh daripada semua atom dalam sampel bahan tertentu mereput. Yang berbeza mempunyai separuh hayat yang berbeza. Separuh hayat radium-221 ialah 30 saat, manakala uranium ialah 4.5 bilion tahun.

Tindak balas nuklear

Terdapat dua jenis tindak balas nuklear: gabungan nuklear Dan pembelahan (pemecahan) nukleus. "Sintesis" bermaksud "gabungan"; Dalam pelakuran nuklear, dua nukleus digabungkan dan satu adalah besar. Pelaburan nuklear hanya boleh berlaku pada suhu yang sangat tinggi. Fusion membebaskan sejumlah besar tenaga. Dalam pelakuran nuklear, dua nukleus digabungkan menjadi satu yang besar. Pada tahun 1992, satelit COBE menemui sejenis sinaran khas di angkasa, yang mengesahkan teori bahawa ia terbentuk akibat daripada apa yang dipanggil dentuman besar. Daripada istilah pembelahan, jelas bahawa nukleus berpecah, membebaskan tenaga nuklear. Ini mungkin apabila nukleus dihujani dengan neutron dan berlaku dalam bahan radioaktif atau dalam peranti khas yang dipanggil pemecut zarah. Nukleus berpecah, mengeluarkan neutron dan membebaskan tenaga yang sangat besar.

Tenaga nuklear

Tenaga yang dibebaskan daripada tindak balas nuklear boleh digunakan untuk menghasilkan tenaga elektrik dan sebagai sumber kuasa dalam kapal selam nuklear dan kapal pengangkut pesawat. Operasi loji tenaga nuklear adalah berdasarkan pembelahan nuklear dalam reaktor nuklear. Batang yang diperbuat daripada bahan radioaktif seperti uranium dihujani dengan neutron. Nukleus uranium berpecah, memancarkan tenaga. Ini mengeluarkan neutron baharu. Proses ini dipanggil tindak balas berantai. Loji janakuasa menghasilkan lebih banyak tenaga bagi setiap unit jisim bahan api daripada mana-mana loji janakuasa lain, tetapi langkah berjaga-jaga keselamatan dan pelupusan sisa radioaktif adalah sangat mahal.

Senjata nuklear

Tindakan senjata nuklear adalah berdasarkan fakta bahawa pelepasan sejumlah besar tenaga nuklear yang tidak terkawal membawa kepada letupan yang dahsyat. Pada akhir Perang Dunia II, Amerika Syarikat menggugurkan bom atom di bandar Hiroshima dan Nagasaki Jepun. Beratus-ratus ribu orang mati. Bom atom adalah berdasarkan tindak balas pembelahan, hidrogen - hidup tindak balas sintesis. Gambar menunjukkan bom atom yang digugurkan di Hiroshima.

Kaedah radiokarbon

Kaedah radiokarbon menentukan masa yang telah berlalu sejak kematian organisma. Benda hidup mengandungi sejumlah kecil karbon-14, isotop radioaktif karbon. Separuh hayatnya ialah 5,700 tahun. Apabila organisma mati, rizab karbon-14 dalam tisu habis, isotop mereput, dan jumlah yang selebihnya boleh digunakan untuk menentukan berapa lama organisma itu mati. Terima kasih kepada kaedah pentarikhan radiokarbon, anda boleh mengetahui berapa lama dahulu letusan itu berlaku. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan serangga dan debunga beku dalam lava.

Bagaimana lagi radioaktiviti digunakan?

Dalam industri, sinaran digunakan untuk menentukan ketebalan helaian kertas atau plastik (lihat artikel ““). Dengan keamatan sinar beta yang melalui helaian, walaupun sedikit heterogen dalam ketebalannya boleh dikesan. Produk makanan - buah-buahan, daging - disinari dengan sinar gamma untuk memastikan ia segar. Menggunakan radioaktiviti, doktor mengesan laluan bahan di dalam badan. Sebagai contoh, untuk menentukan cara gula diagihkan dalam badan pesakit, doktor mungkin menyuntik sedikit karbon-14 ke dalam molekul gula dan memantau pelepasan bahan itu semasa ia memasuki badan. Radioterapi, iaitu, menyinari pesakit dengan bahagian radiasi yang ketat, membunuh sel-sel kanser - sel-sel badan yang terlalu besar.