Физика

Историческая справка

 

Еще сравнительно недавно, в 1937 году, Эрнест Резерфорд отметил, что использование атомной энергии – это дело весьма далекого будущего, и долгое время обсуждать ядерные процессы будут только физики. Но уже в 1942 году в США был пущен первый ядерный реактор.

 

Рис. 1. Первый ядерный реактор

В нашей стране первый ядерный реактор был запущен в 1946 году. Как видите, даже великие ученые могут заблуждаться, ведь от высказывания Резерфорда до первого реактора прошло всего 5 лет. Кстати, поначалу основной интерес представляла собой не управляемая реакция деления, а такие реакции, которые приводили бы к ядерному взрыву. Но когда закончилась Вторая мировая война сразу поднялся вопрос о мирном использовании атомной энергии, и все силы ученых были направлены на то, чтобы создать такие установки, где можно было бы получать энергию атомных ядер и использовать ее в мирных целях. Речь идет о ядерных электростанциях, АЭС, атомных электростанциях, как их теперь называют. Важно отметить, что первая атомная электростанция была пущена в нашей стране, в 1954 году в городе Обнинске. Эта электростанция по современным меркам достаточно маленькая. Ее мощность составила всего лишь 5 тысяч кВт.

Рис. 2. Обнинская АЭС – первая в мире атомная электростанция

Кроме атомных электростанций ядерные установки, силовые установки, как их часто называют, используют и на других объектах. В частности, в больших кораблях, авианосцах или подводных лодках. Первый атомоход, первый ледокол на атомной энергетической установке был построен тоже в нашей стране – это ледокол «Ленин». Он вступил в строй в 1959 году. Следом за ним появился целый ряд атомных ледоколов, которые по сию пору служат у нас на северном флоте. Наиболее перспективными ядерными реакторами, ядерными установками считаются установки на быстрых нейтронах. Мы уже обсуждали это на предыдущем уроке, говорили, что самое прогрессивное второе поколение ядерных реакторов – это реакторы на быстрых нейтронах. В нашей стране есть такая электростанция – это Белоярская АЭС, где один только энергоблок составляет 600 МВт.

Мощность 1 энергоблока Белоярской АЭС – 600 МВт

Мощность 1 энергоблока Обнинской АЭС – 5 МВт

Можете сравнить значение мощности 1 энергоблока Белоярской АЭС и первой АЭС в городе Обнинске.

 

Плюсы и минусы АЭС

 

 

Здесь возникает проблема: когда мы говорим об АЭС, важно понимать, что на сегодняшний день адекватной альтернативы атомной энергетике нет. Очень часто сравнивают атомные и тепловые электростанции. И здесь возникает масса споров, которые приводят к достаточно важным выводам. На сегодняшний день все проблемы атомных электростанций, по сравнению с тепловыми электростанциями, сводятся к следующему. Во-первых, это безопасность электростанций. Защита людей от процессов, которые происходят в ядерных реакторах. Вторая проблема, с которой приходится иметь дело, – это ядерные отходы. Когда происходит ядерная реакция, остаются отходы, с ними необходимо что-то делать. Все эти проблемы необходимо решать. И третья проблема – это нераспространение ядерного оружия. Или, наоборот, проблема, которая связана с распространением ядерного оружия. Ведь как только страна получает возможность производить атомную энергию, тут же появляется возможность создания атомного вооружения. Про нераспространение ядерного оружия можно договориться только всему мировому сообществу. Здесь одна страна сделать ничего не может. Поэтому при ООН существует такая организация, которая называется МАГАТЭ.

 

Рис. 3. Штаб-квартира МАГАТЭ

Именно эта организация, которая создана в 1957 году, следит за тем, как происходит строительство АЭС и использование атомной энергии. Как вы знаете, эта организация еще отслеживает то, чего больше всего все опасаются. Это аварии на АЭС. Что касается решения проблем аварий, то здесь выходом становится развитие новых технологий. Нужно совершенствовать способы добычи атомной электроэнергии, чтобы в дальнейшем не было никакой опасности для человека.

Что касается отходов, можно выделить две проблемы. Первая проблема – это изменение технологий. Нужны такие технологии, которые сведут количество отходов к минимуму. Но даже с этим минимумом что-то нужно делать, поэтому разрабатываются, во-первых, такие методы обработки, чтобы никоим образом ядерные отходы не распространялись. Не попали в ту среду, в которой находится человек. Кроме этого, обязательно строятся долговременные хранилища для ядерных отходов. Существует очень интересный проект, как можно избавиться от ядерных отходов. Этот проект связан отправкой ядерных отходов прямо на Солнце. Как раз там, где происходят термоядерные реакции, будут уничтожаться ядерные отходы.

Заметим, что запасы всех тех источников энергии, которые нами используются: газ, нефть, уголь – подходят к своему завершению. Поэтому альтернативы использования атомных электростанций в обозримом будущем не видно. Сравнивать атомные электростанции и тепловые электростанции, в общем-то, бессмысленно: на смену ТЭС (тепловым электростанциям) придут АЭС. Эта ситуация совершенно точно определена. На сегодняшний день многие страны обеспечивают себя на 90–100 % атомной энергией. На первом месте стоят такие страны, как Франция, Англия, Бельгия, Япония. Что касается нашей страны, то мы входим в первую десятку по использованию атомной энергии.

Хотелось бы в заключение урока отметить, что атомная энергетика не ограничивается только атомными электростанциями или силовыми установками на атомоходах. Ядерное топливо используется и при запуске космических кораблей. Существует проект запуска спутников, в работе которых будет использоваться энергия ядерного топлива. Проще говоря, атомная энергетика является сегодня одной из важных статей экономического развития страны.

 

Список дополнительной литературы:

1. В. Е. Левин, "Ядерная физика", Москва, Атомиздат, 1975 г.
2. К. Н. Мухин. Экспериментальная ядерная физика. М., Энергоиздат, 1993
3. Б. С. Ишханов, Э. И. Кэбин "Физика ядра и частиц. ХХ век". М., Изд-во Московского университета. 2000
4. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н. Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 624-625.

 

Задание к уроку.

1. Какова электрическая мощность атомной электростанции, расходующей в сутки 220 г изотопа урана  и имеющей КПД 25%?
2. При делении изотопа урана   на два осколка освобождается энергия 200 МэВ. Какая энергия выделяется при «сжигании» в ядерном реакторе 1 г этого изотопа?   Сколько каменного угля нужно сжечь для получения такой энергии?
3. Какая энергия выделяется при ядерной реакции