Цепная реакция

Практическое использование атомной энергии.

Особенности аварий на объектах атомной энергетики.

Научно-технический прогресс, повышение благосостояния народов не возможен без значительного увеличения энергетических ресурсов, без опережающего роста энергетики. Неисчерпаемыми источниками энергии является внутриядерная энергия, с пользованием которой в мирных целях связывают надежды на решение энергетических проблем человечества.

Известно, что при воздействии нейтрона на уран-235, последний делится на два осколка с выделением бета-частиц (до 6). Многочисленными опытами было показано, что масса ядра атома, состоящего из определенного количества протонов и нейтронов всегда меньше суммы масс этих частиц, находящихся в свободном состоянии. Эта разность называется дефектом массы и является мерой энергии, которая выделяется при слиянии элементарных частиц. Используя знаменитую формулу Эйнштейна

Е=М*С²,

где С — скорость света (300 000км/с) можно показать, что при распаде всех ядер одного килограмма урана выделится такое количество энергии, которое будет эквивалентно сгоранию 200 тысяч тонн угля или взрыву 20 тысяч тонн тротила.

 

В 1935 годуитальянский физик Энрико Ферми сумел впервые расщепить атом урана. В 30-40 годах в Советском Союзе сформировалась отечественная школа физиков-ядерщиков, наиболее выдающие представители которой были: Иоффе А.Ф., Курчатов М.В., Зельдовия Я.Б., Ландау Л.Д. и другие. В начале 1940 года советские ученые изучили основные условия осуществления цепной реакции деления урана и что для ее начала не нужны посторонние электронные источники. С началом Великой Отечественной войны работы в области физики атомного ядра в Советском Союзе были прекращены и возобновились только в 1943 году под руководством Курчатова М.В.

В Америке Альберт Эйнштейн в 1939 году убедил президента США Рузвельта о необходимости финансирования работ по исследованию урана, как источника энергии и показал возможность создания на основе урана атомной бомбы.

Нейтрон, попавший в ядро урана 238, может разделить его на две части с выделением около 200МэВ энергии. При этом высвобождается 2-3 новых (вторичных) нейтрона, которые в свою очередь делят 2 или 3 следующих ядер с образованием 4-6 новых нейтронов и так далее. Таким образом, число нейтронов и число делящихся атомов растет в геометрической прогрессии — начинается саморазвивающаяся цепная ядерная реакция с выделением огромного количества энергии. Этот процесс может произойти только в том случае, когда масса делящегося вещества больше некоторой определенной массы, называемой критической.

С целью проведения экспериментов по в США под руководством Э. Ферми в 1943 году начались работы по созданию ядерного реактора. Первый ядерный реактор был изготовлен в виде сферы из графитовых кирпичей. Для управления цепной реакции использовались кадмиевые стержни, способные интенсивно поглощающие нейтроны, и следовательно управлять как зарождением реакции так и скоростью ее проведения. В Советском Союзе первый ядерный реактор начал работать 25 декабря 1946 года. 29 августа 1949 года было проведено испытание первой советской атомной бомбы, а в августе 1953 года была испытана термоядерная бомба. Первая в мире атомная электростанция была построена в городе Обнинске (Калужская область) за три года, и 27 июня 1954 года была поставлена под промышленную нагрузку. Технологическая схема Обнинской АЭС была двухконтурная — тепло с реактора снимается водой первого контура, находящейся под давлением 10 МПа, температура воды на входе в реактор —190С, а на выходе - 280С. Нагретая в реакторе вода первого контура, в парогенераторе отдает тепло воде второго контура, которая затем, после расширения, превращается в пар при давлении 0,13 МПа и температуре 270С, который затем приводит в движение турбину, генератор которой вырабатывает электрический ток. Мощность этой станции составляет 5 МВт. Двухконтурная технологическая схема АЭС предохраняет здание турбинного цеха от возможного проникновения радиоактивных изотопов. Активная зона реактора представляет собой графитовый цилиндр диаметром 1,5 м и высотой 1,7 м, в котором находится 128 рабочих каналов. Рабочий канал реактора состоит из 4 тепловыделяющих элементов (твелы) трубчатого типа. В качестве ядерного горючего используется обогащенный до 5% урана с молибденом. Для защиты обслуживающего персонала от радиоактивного излучения служит слой воды толщиной 1 метр и бетонная стена толщиной 3 метра, а также графитовый отражатель реактора, стальная крышка и чугунная плита. Управление всеми узлами реактора автоматизировано и производится дистанционно. В настоящее время в РФ действуют 35 АЭС различных типов, основными из которых являются АЭС с водно-водяными реакторами (80%) и уран - графитовыми реакторами.

Второй перспективной областью использования атомной энергии является морской флот. Это объясняется широкой возможностью генерирования огромного количества тепловой энергии без потребления кислорода или иного окислителя (что особенно важно при подводном погружении и плавания в течении длительного времени), использование незначительного количества ядерного топлива, незначительные шумы, высокой маневренностью и автономностью. Все атомные подводные лодки имеют в качестве источников энергии водо-водяные энергетические реакторы с двух вальными силовыми установками по 5-8 МВт. Корпус реактора (3*2,7м) окружен водо-свинцовой биологической защитой.