ГРУППА 106.  ФИЗИКА. ТЕМА «Применение ядерной энергии»

 

 Повсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине. Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки.

 Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды. Применение ядерной энергии развивается в двух направлениях: использование в энергетике и использование радиоактивных изотопов. Изначально атомную энергию предполагалось использовать только в военных целях, и все разработки шли в этом направлении.

  Использование ядерной энергии в военной сфере.

 Большое количество высокоактивных материалов используют для производства ядерного оружия. По оценкам экспертов, ядерные боеголовки содержат несколько тонн плутония. Ядерное оружие относят к оружию массового поражения, потому что оно производит разрушения на огромных территориях. По радиусу действия и мощности заряда ядерное оружие делится на:

 Тактическое.

Оперативно-тактическое.

Стратегическое

 Ядерные боеприпасы делят на атомные и водородные. В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепные реакции деления тяжелых ядер и реакции термоядерного синтеза. Для цепной реакции используют уран либо плутоний.  Хранение такого большого количества опасных материалов – это большая угроза для человечества. А применение ядерной энергии в военных целях может привести к тяжелым последствиям.

Впервые ядерное оружие было применено в 1945 году для атаки на японские города Хиросима и Нагасаки. Последствия этой атаки были катастрофичными. Как известно, это было первое и последнее применение ядерной энергии в войне.

  Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ)

МАГАТЭ создано в 1957 году с целью развития сотрудничества между странами в области использования атомной энергии в мирных целях. С самого начала агентство осуществляет программу «Ядерная безопасность и защита окружающей среды». Но самая главная функция – это контроль за деятельностью стран в ядерной сфере. Организация контролирует, чтобы разработки и использование ядерной энергии происходили только в мирных целях. Цель этой программы – обеспечивать безопасное использование ядерной энергии, защита человека и экологии от воздействия радиации. Также агентство занималось изучением последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Также агентство поддерживает изучение, развитие и применение ядерной энергии в мирных целях и выступает посредником при обмене услугами и материалами между членами агентства. " Вместе с ООН МАГАТЭ определяет и устанавливает нормы в области безопасности и охраны здоровья.

 

 Атомная энергетика

 Во второй половине сороковых годов двадцатого столетия советские ученые начали разрабатывать первые проекты мирного использования атома. Главным направлением этих разработок стала электроэнергетика. И в 1954 году в СССР построили первую в мире атомную станцию. После этого программы быстрого роста атомной энергетики начали разрабатывать в США, Великобритании, ФРГ и Франции. Но большинство из них не были выполнены. Как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте.

Но после начала мирового энергетического кризиса и подорожания нефти спрос на атомную энергетику вырос. В 70-х годах прошлого столетия эксперты считали, что мощность всех АЭС сможет заменить половину электростанций. В середине 80-х рост атомной энергетики снова замедлился, страны начали пересматривать планы на сооружение новых АЭС. Этому способствовали как политика энергосбережения и снижение цены на нефть, так и катастрофа на Чернобыльской станции, которая имела негативные последствия не только для Украины. После некоторые страны вообще  отказались  от  АЭС.

 Атомная энергия для полетов в космос

В космос слетало более трех десятков электростанций,  ядерных реакторов, они использовались для получения энергии.

Впервые ядерный реактор в космосе применили американцы в 1965 году. В качестве топлива использовался уран-235. Проработал он 43 дня. В Советском Союзе реактор «Ромашка» был запущен в Институте атомной энергии. Его предполагалось использовать на космических аппаратах вместе с плазменными двигателями. Но после всех испытаний он так и не был запущен в космос. Следующая ядерная установка «Бук» была применена на спутнике радиолокационной разведки. Первый аппарат был запущен в 1970 году с космодрома Байконур. Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это все на стадии предложения.

 Применение ядерной энергии в промышленности

Атомная энергия применяется для повышения чувствительности химического анализа и производства аммиака, водорода и других химических реагентов, которые используются для производства удобрений.

Ядерная энергия, применение которой в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, помогает воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре.  Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия. Применение в черной металлургии позволяет восстанавливать железо из железной руды. В цветной – применяется для производства алюминия.

 Использование ядерной энергии в сельском хозяйстве

 Применение ядерной энергии в сельском хозяйстве решает задачи селекции и помогает в борьбе с вредителями. Ядерную энергию применяют для появления мутаций в семенах. Делается это для получения новых сортов, которые приносят больше урожая и устойчивы к болезням сельскохозяйственных культур. Так, больше половины пшеницы, выращиваемой в Италии для изготовления макарон, было выведено с помощью мутаций. Также с помощью радиоизотопов определяют лучшие способы внесения удобрений. Например, с их помощью определили, что при выращивании риса можно уменьшить внесение азотных удобрений. Это не только сэкономило деньги, но и сохранило экологию. Немного странное использование ядерной энергии – это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды. В таком случае насекомые, появившееся из облученных личинок, не имеют потомства, но в остальных отношениях вполне нормальны.

 Ядерная медицина

Медицина использует радиоактивные изотопы для постановки точного диагноза. Медицинские изотопы имеют малый период полураспада и не представляет особой опасности как для окружающих, так и для пациента. Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях.

 Применение ядерной энергии на транспорте.

 В начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге. Разработки начались в США, но проект так и не был воплощен в жизнь. В основном из-за того, что в этих танках так и не смогли решить проблему экранирования экипажа. Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло.

Все дело в том, что ядерная установка занимала очень  много места, и автомобиль получался очень габаритным. Компактные реакторы так и не появились, поэтому амбициозный  проект свернули. Наверное, самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии – это различные суда  как военного, так и гражданского назначения:

Атомные ледоколы.

Транспортные суда.

Авианосцы.

Подводные лодки.

Крейсеры.

Атомные подводные лодки.

 Плюсы и минусы использования ядерной энергии

Сегодня доля ядерной энергетики в мировом производстве энергии составляет примерно 17 процентов. Хотя человечество использует органическое топливо, но его запасы не бесконечны. Поэтому, как альтернативный вариант, используется ядерное топливо. Но процесс его получения и использования связан с большим риском для жизни и окружающей среды. Конечно, постоянно совершенствуются ядерные реакторы, предпринимаются все возможные меры безопасности, но иногда этого недостаточно. Примером могут служить аварии на Чернобыльской атомной электростанции и Фукусиме.

С одной стороны, исправно работающий реактор не выбрасывает в окружающую среду никакой радиации, тогда как из тепловых электростанций в атмосферу попадает большое количество вредных веществ. Самую большую опасность представляет отработанное топливо, его переработка и хранение. Потому что на сегодняшний день не изобретен полностью безопасный способ утилизации ядерных отходов.

 ЗАДАНИЕ:

Тест. Ядерная энергия и её применение

Вопрос 1

Экзотермической реакцией называется...

• термоядерная реакция
• реакция, энергетический выход которой больше нуля
• реакция, энергетический выход которой меньше нуля
• реакция без энергетического выхода

Вопрос 2

Почему ядерные реакции на нейтронах более эффективны, чем бомбардировка альфа-частицами или реакции на протонах?

• Потому что нейтроны не имеют заряда и не испытывают электростатического отталкивания со стороны ядра
• Потому что нейтроны обладают большей массой, чем протоны и большей проникающей способностью, чем альфа-частицы
• По другим причинам

Вопрос 3

Выберете верные утверждения

• Тепловые электростанции наносят меньший вред экологии, чем атомные электростанции
• В ядерных реакторах активно используется U-235
• Тепловые электростанции более безопасные, чем атомные электростанции
• Атомные электростанции не нуждаются в больших территориях

Вопрос 4

В системе СИ поглощенная доза измеряется в...

• грэях
• радах
• рентгенах
• зивертах

Вопрос 5

Расположите виды излучения в соответствии с их проникающей способностью (начиная с наименьшей)

• Альфа-лучи
• Бета-лучи
• Гамма-лучи

Вопрос 6

Расположите различные виды излучений в соответствии с их коэффициентом качества (начиная с наименьшего)

• Гамма-лучи
• Быстрые нейтроны
• Средние нейтроны
• Альфа-лучи

Вопрос 7

В системе СИ эквивалентная доза измеряется в...

• грэях
• радах
• рентгенах
• зивертах

Вопрос 8

Цепная реакция урана обусловлена...

• тем, что уран радиоактивен
• тем что ядра урана делятся
• тем что при делении ядер урана испускаются нейтроны
• тем, что у урана имеется целая радиоактивная цепочка дочерних продуктов распада

Вопрос 9

Выберете верные утверждения

• Если при делении ядер урана коэффициент размножения нейтронов меньше единицы, то реакция протекает стационарно
• Если при делении ядер урана коэффициент размножения нейтронов больше единицы, то реакция быстро становится неуправляемой (возможен взрыв)
• В результате деления ядер урана может образоваться инертный газ - криптон
• Деление ядер урана возникает в результате кратковременного ослабления действия ядерных сил, которое стимулируется облучением ядер урана