Atomu enerģijas izgudrošana. Izglītības programma: Kā iegūt atomu enerģiju. Kodolenerģija kodolenerģija

Vadības universitāte "
Inovāciju vadības katedra
pēc disciplīnas: "Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni"
Prezentācija par tēmu: Kodolenerģija
enerģija: tās būtība un
izmantošana tehnoloģijās un
tehnoloģijām

Prezentācijas plāns

Ievads
Kodolenerģija.
Kodolenerģijas atklāšanas vēsture
Kodolreaktors: izveides vēsture, struktūra,
pamatprincipi, reaktoru klasifikācija
Kodolenerģijas izmantošanas jomas
Secinājums
Izmantotie avoti

Ievads

Enerģētika ir vissvarīgākā valsts ekonomikas nozare,
enerģijas resursiem, ražošanu, pārveidošanu,
nodošana un izmantošana dažādi veidi enerģija. Tas ir pamats
valsts ekonomika.
Pasaule atrodas industrializācijas procesā, kas prasa
papildu materiālu patēriņš, kas palielina enerģijas patēriņu.
Pieaugot iedzīvotāju skaitam, palielinās enerģijas patēriņš augsnes apstrādei,
ražas novākšana, mēslojuma ražošana utt.
Pašlaik daudzi dabas resursi ir viegli pieejami
planētas izsīkst. Izejvielas tiek iegūtas lielā
dziļumā vai jūrā. Ierobežotas pasaules rezerves
nafta un gāze acīmredzot izvirza cilvēci perspektīvas priekšā
enerģijas krīze.
Tomēr kodolenerģijas izmantošana dod cilvēcei
iespēju no tā izvairīties, jo rezultāti ir fundamentāli
kodolfizikas pētījumi var novērst draudus
enerģijas krīze, izmantojot atbrīvoto enerģiju
dažās atomu kodolu reakcijās

Kodolenerģija

Kodolenerģija (atomu enerģija) ir enerģija,
satur atomu kodolus un atbrīvo
kodolreakcijās. Atomelektrostacijas,
ģenerējot šo enerģiju, saražo 13–14%
elektroenerģijas ražošana pasaulē. ...

Kodolenerģijas atklāšanas vēsture

1895. gadā V. K. Roentgens atklāj jonizējošo starojumu (rentgenstarus)
1896. gads A. Bekerels atklāj radioaktivitātes parādības.
1898. gads M. Sklodovskaja un P. Kirī atklāj radioaktīvos elementus
Po (polonijs) un Ra (rādijs).
1913. gadā N. Bohrs izstrādā atomu un molekulu uzbūves teoriju.
1932. gadā J. Čadviks atklāj neitronus.
1939. gadā O. Hāns un F. Strasmans izmeklē U kodolu sadalīšanos
lēni neitroni.
1942. gada decembris - pašpietiekams
kontrolēta kodola skaldīšanas ķēdes reakcija SR-1 reaktorā (C grupa)
fiziķi Čikāgas universitātē, vadītājs E. Fermi).
1946. gada 25. decembris - tika nodots ekspluatācijā pirmais padomju reaktors F-1
kritiskais stāvoklis (fiziķu un inženieru grupa, kuru vada
I. V. Kurčatova)
1949. gads - tiek nodots ekspluatācijā pirmais Pu ražošanas reaktors
1954. gada 27. jūnijs - tika nodota ekspluatācijā pasaulē pirmā atomelektrostacija
elektrostacija ar elektrisko jaudu 5 MW Obninskā.
Līdz 90. gadu sākumam vairāk nekā 430 kodolenerģijas
jaudas reaktori ar kopējo jaudu apm. 340 GW.

Kodolreaktora izveides vēsture

Enriko Fermi (1901-1954)
Kurčatovs I.V. (1903-1960)
1942. gads ASV E. Fermi vadībā tika uzcelta pirmā
kodolreaktors.
1946. gads pirmais Padomju Savienības reaktors tika palaists
Akadēmiķis I.V.Kurčatovs.

AES reaktora konstrukcija (vienkāršota)

Galvenie elementi:
Kodols ar kodoldegvielu un
palēninātājs;
Neitronu atstarotājs apkārt
aktīvā zona;
Siltuma nesējs;
Ķēdes reakcijas kontroles sistēma,
ieskaitot ārkārtas aizsardzību
Radiācijas aizsardzība
Tālvadības sistēma
Reaktora galvenā īpašība ir
tā izejas jauda.
Jauda 1 MW - 3 1016 dalījumos
1 sek.
Atomelektrostacijas shematisks izvietojums
Heterogēna reaktora šķērsgriezuma skats

Kodolreaktora struktūra

Neitronu reizināšanas koeficients

Raksturo skaita pieauguma ātrumu
neitronu un ir vienāda ar skaitļa attiecību
neitroni vienā paaudzē
ķēdes reakcija uz skaitu, kas viņus radījis
iepriekšējās paaudzes neitroni.
k \u003d Si / Si-1
k<1 – Реакция затухает
k \u003d 1 - reakcija norit nekustīgi
k \u003d 1,006 - Vadāmības robeža
reakcijas
k\u003e 1,01 - eksplozija (ieslēgtam reaktoram)
termiskā neitronu enerģijas izdalīšanās
pieaugs 20 000 reižu sekundē).
Tipiska urāna ķēdes reakcija;

10. Reaktoru kontrolē ar stieņiem, kas satur kadmiju vai boru.

Ir šādi stieņu veidi (lietošanas vajadzībām):
Kompensācijas stieņi - kompensē sākotnējo pārsniegumu
reaktivitāte, virzās uz priekšu, degvielai izdegot; līdz 100
gabali
Vadības stieņi - lai saglabātu kritisko
jebkurā laikā apstāties, sākt
reaktors; daži
Piezīme. Izšķir šādus stieņu tipus (pēc mērķa)
lietojumprogrammas):
Regulēšanas un kompensācijas stieņi nav obligāti
ir dažādi elementi dizaina ziņā
reģistrācija
Avārijas stieņi - nomesti pēc smaguma
uz kodola centrālo daļu; daži. Var
daži vadības stieņi tiek papildus nomesti.

11. Kodolreaktoru klasifikācija pēc neitronu spektra

Termiskais reaktors ("termiskais reaktors")
Līdz termiskam ir nepieciešams ātru neitronu (ūdens, grafīta, berilija) moderators
enerģijas (eV daļas).
Nelieli neitronu zudumi moderatorā un konstrukcijas materiālos \u003d\u003e
dabisko un maz bagātinātu urānu var izmantot kā degvielu.
Lieljaudas reaktoros var izmantot urānu ar augstu
bagātināšana - līdz 10%.
Nepieciešama liela reaktivitātes rezerve.
Ātrs reaktors ("ātrs reaktors")
Urāna karbīds UC, PuO2 utt. Tiek izmantots kā moderators un palēninājums
neitronu ir daudz mazāk (0,1-0,4 MeV).
Kā degvielu var izmantot tikai ļoti bagātinātu urānu. Bet
degvielas izmantošanas efektivitāte ir 1,5 reizes lielāka.
Nepieciešams neitronu atstarotājs (238U, 232Th). Viņi atgriežas pie kodola
ātri neitroni ar enerģiju virs 0,1 MeV. Neitroni, kurus uztver 238U, 232Th kodoli,
iztērēti skaldāmo 239Pu un 233U kodolu ražošanai.
Būvmateriālu izvēle neaprobežojas tikai ar absorbcijas šķērsgriezumu.
daudz mazāk reaktivitātes.
Neitronu starpreaktors
Ātri neitroni pirms absorbcijas tiek palēnināti līdz 1-1000 eV enerģijai.
Augsta kodoldegvielas slodze salīdzinājumā ar termoreaktoriem
neitroni.
Nav iespējams veikt paplašinātu kodoldegvielas reproducēšanu, kā tas ir
ātrs neitronu reaktors.

12. Pēc degvielas izvietošanas

Homogēni reaktori - degviela un moderators ir viendabīgi
maisījums
Kodoldegviela ir reaktora kodolā formā
viendabīgs maisījums: urāna sāļu šķīdumi; urāna oksīdu suspensijas
viegls un smags ūdens; ciets moderators, kas piesūcināts ar urānu;
izkausēti sāļi. Homogēnu reaktoru varianti ar
gāzveida degviela (gāzveida urāna savienojumi) vai suspensija
urāna putekļi gāzē.
Siltumā izdalīto siltumu noņem dzesēšanas šķidrums (ūdens,
gāze utt.), kas pārvietojas pa caurulēm caur serdi; vai maisījums
degviela ar moderatoru pati kalpo kā dzesēšanas šķidrums,
cirkulē caur siltummaiņiem.
Nav plaši izmantots (Augsta konstrukcijas korozija
šķidrā kurināmā materiāli, reaktoru konstrukcijas sarežģītība
cietie maisījumi, vairāk tiek ielādēts maz bagātināts urāns
degviela utt.)
Heterogēni reaktori - kodolā degviela tiek ievietota diskrēti
bloku forma, starp kurām atrodas moderators
Galvenā iezīme ir degvielas elementu klātbūtne
(TVEL). Degvielas stieņiem var būt dažādas formas (stieņi, plāksnes
utt.), bet vienmēr pastāv skaidra robeža starp degvielu,
moderators, dzesēšanas šķidrums utt.
Lielākā daļa šodien izmantoto reaktoru ir
neviendabīgi to konstrukcijas priekšrocību dēļ
salīdzinot ar viendabīgiem reaktoriem.

13. Pēc lietošanas veida

Nosaukums
Pieraksts
Jauda
Eksperimentāls
reaktori
Dažādu fizisko lielumu izpēte,
kuras vērtības ir nepieciešamas
kodolenerģijas projektēšana un darbība
reaktori.
~ 103W
Pētījumi
reaktori
Gadā izveidoto neitronu un γ-kvantu plūsmas
kodols tiek izmantots
pētījumi kodolfizikas jomā,
cietvielu fizika, radiācijas ķīmija,
bioloģija, materiālu testēšanai,
paredzēts intensīvai darbībai
neitronu plūsmas (ieskaitot informāciju par kodolenerģiju)
reaktori) izotopu ražošanai.
<107Вт
Izceļas
es esmu enerģētiska
parasti nē
izmanto
Izotopu reaktori
Gadā izmantoto izotopu ražošanai
kodolieroči, piemēram, 239Pu un
rūpniecībā.
~ 103W
Enerģija
reaktori
Lai iegūtu elektrisko un termisko
enerģija, ko izmanto enerģijā
ūdens atsāļošana, lai darbinātu spēku
kuģu uzstādīšana utt.
Līdz 3-5 109W

14. Heterogēna reaktora montāža

Heterogēnā reaktorā kodoldegviela tiek sadalīta aktīvajā
zona diskrēti bloku veidā, starp kuriem ir
neitronu moderators

15. Smagā ūdens kodolreaktors

Priekšrocības
Mazāks absorbcijas šķērsgriezums
neitroni \u003d\u003e uzlaboti
neitronu līdzsvars \u003d\u003e
Izmantojiet kā
dabiskā urāna degviela
Radīšanas iespēja
rūpnieciskais smagais ūdens
reaktori ražošanai
tritijs un plutonijs un
plašs izotopu klāsts
produkti, ieskaitot
medicīniskiem nolūkiem.
trūkumi
Deuterija augstās izmaksas

16. Dabiskais kodolreaktors

Dabā, līdzīgos apstākļos
mākslīgais reaktors, kan
dabiskās zonas
kodolreaktors.
Vienīgais zināmais dabīgais
kodolreaktors pastāvēja 2 miljardi
pirms gadiem Oklo reģionā (Gabonā).
Izcelsme: no ļoti bagātīgas urāna rūdu vēnas iegūst ūdeni
virsma, kas spēlē neitronu moderatora lomu. Nejaušs
sabrukšana sāk ķēdes reakciju. Ar savu aktīvo kursu ūdens vārās prom,
vājina reakcija - pašregulācija.
Reakcija ilga ~ 100 000 gadu. Tagad tas nav iespējams
iztukšo dabiskā urāna rezervju sabrukšana.
Lai pētītu migrāciju, tiek veikti apsekojumi uz vietas
izotopi - svarīgi pazemes apglabāšanas metožu attīstībai
radioaktīvie atkritumi.

17. Kodolenerģijas izmantošanas jomas

Atomelektrostacija
Atomelektrostacijas darbības shēma uz divām ķēdēm
ūdens spiediena reaktors (VVER)

18.

Papildus kodolspēkstacijām tiek izmantoti kodolreaktori:
uz kodol ledlaužiem
uz kodolzemūdenēm;
darbinot kodolraķeti
motoriem (īpaši AMC).

19. Kodolenerģija kosmosā

kosmosa zonde
"Cassini", izveidoja
NASA un ESA projekts,
uzsākta 15.10.1997
vairāku pētījumu veikšana
Saules objekti
sistēmas.
Enerģijas ražošana
veic trīs
radioizotopu
termoelektrisks
ģeneratori: "Cassini"
uz kuģa ir 30 kg 238Pu,
kas, sabrūkot,
izdala siltumu,
konvertējams uz
elektrība

20. Kosmosa kuģis "Prometejs 1"

NASA izstrādā kodolreaktoru,
spējīgs strādāt apstākļos
bezsvara stāvoklis.
Mērķis ir piegādāt telpu
kuģis "Prometejs 1" pēc projekta
meklēt dzīvi uz Jupitera pavadoņiem.

21. Bumba. Nekontrolētas kodolreakcijas princips.

Vienīgā fiziskā vajadzība ir saņemt kritisku
masas k\u003e 1,01. Nav nepieciešama vadības sistēmas izstrāde -
lētāk nekā atomelektrostacijas.
Lielgabalu metode
Apvienojot, divi subkritiskie urāna lietņi pārsniedz
kritisks. 235U bagātināšanas pakāpe ir vismaz 80%.
Šāda veida bumbas "kazlēns" tika nomests Hirosimā 08.08.45 8:15
(78-240 tūkstoši nogalināti, 140 tūkstoši nomira 6 mēnešu laikā.)

22. Sprādzienbīstama gofrēšanas metode

Plutonija bumba, kas
parasto sprāgstvielu detonācijas sistēma tiek saspiesta līdz
superkritiskais lielums.
Uz Nagasaki tika nomesta šāda veida bumba "Resnais cilvēks"
09/08/45 11:02
(75 tūkstoši nogalināto un ievainoto).

23. Secinājums

Enerģijas problēma ir viena no vissvarīgākajām problēmām
šodien cilvēcei ir jāizlemj. Tāds
ātra zinātnes un tehnoloģiju attīstība kā tūlītējas saziņas līdzeklis
transports, kosmosa izpēte. Bet tas viss prasa
milzīgs enerģijas patēriņš.
Straujais enerģijas ražošanas un patēriņa pieaugums ir radījis jaunu
akūta vides piesārņojuma problēma, kas ir
nopietnas briesmas cilvēcei.
Enerģijas vajadzības pasaulē nākamajās desmitgadēs
intensīvi pieaugs. Nav viena enerģijas avota
spēs tos nodrošināt, tāpēc ir nepieciešams izstrādāt visus avotus
enerģiju un efektīvu enerģijas resursu izmantošanu.
Nākamajā enerģijas attīstības posmā (XXI gadsimta pirmās desmitgades)
visdaudzsološākā paliks ogļu un kodolenerģija
enerģētika ar termiskiem un ātriem neitronu reaktoriem. Tomēr jūs varat
ceru, ka cilvēce neapstāsies uz progresa ceļa,
kas saistīts ar enerģijas patēriņu pieaugošā daudzumā.

Kodolenerģija ir briesmīgs un tajā pašā laikā brīnišķīgs spēks. Radioaktīvās sabrukšanas un atomreakciju laikā, kas notiek atomos, tiek atbrīvots milzīgs enerģijas daudzums, ko cilvēki cenšas izmantot. Viņi mēģina, jo kodolenerģijas attīstība ne tikai izraisīja daudzus upurus, bet arī katastrofas (piemēram, Černobiļas atomelektrostacija). Neskatoties uz to, visā pasaulē atomelektrostacijas darbojas un ražo aptuveni 15 procentus no visas pasaules elektroenerģijas. Kodolreaktori ir 31 pasaules valstī. Arī kuģi un zemūdenes ir aprīkotas ar kodolreaktoriem. Jebkurā gadījumā attieksme pret kodolenerģiju un kopumā visu, kas saistīts ar kodola skaldīšanu (atšķirībā no kodolsintēzes), katru gadu pasliktinās. Pienāks diena, kad atoma enerģija būs ārkārtīgi mierīga.

Jaunākajās HBO sērijas "Černobiļa" epizodēs krievu zinātnieki atklāj patiesību par Černobiļas atomelektrostacijas 4. energobloka reaktora eksplozijas cēloni, kas vēlāk "noputēja" 17 Eiropas valstu teritoriju ar kopējā platība 207,5 tūkstoši kvadrātkilometru ar radioaktīvo cēziju. Černobiļas atomelektrostacijas katastrofa atklāja būtiskus trūkumus RBMK-1000 reaktorā. Neskatoties uz to, šodien Krievijā joprojām darbojas 10 RBMK-1000 reaktori. Vai viņi ir droši? Pēc Rietumu kodolfizikas ekspertu domām, kuri dalījās savos viedokļos ar Live Science, šis jautājums paliek atklāts.

Kodolenerģijas izmantošana 2007 mūsdienu pasaulē izrādās tik svarīga, ka, ja mēs pamostosimies rīt un kodolreakcijas enerģija pazustu, varbūt tā pasaule, kādu mēs to pazīstam, vairs nepastāvētu. Mierīgs ir rūpnieciskās ražošanas un dzīves pamats tādās valstīs kā Francija un Japāna, Vācija un Lielbritānija, Amerikas Savienotās Valstis un Krievija. Un, ja pēdējās divas valstis joprojām spēj aizstāt kodolenerģijas avotus ar termoelektrostacijām, tad Francijai vai Japānai tas ir vienkārši neiespējami.

Atomu enerģijas izmantošana rada daudz problēmu. Būtībā visas šīs problēmas ir saistītas ar faktu, ka, izmantojot sev labā atomu kodola (ko mēs saucam par kodolenerģiju) saistošo enerģiju, cilvēks saņem ievērojamu ļaunumu ļoti radioaktīvu atkritumu veidā, kurus nevar vienkārši izmest. Atkritumi no kodolenerģijas avotiem ilgstoši jāapstrādā, jāpārvadā, jāiznīcina un jāuzglabā drošos apstākļos.

Plusi un mīnusi, ieguvumi un kaitējums kodolenerģijas izmantošanai

Apsveriet atomu kodolenerģijas izmantošanas plusus un mīnusus, to priekšrocības, kaitējumu un nozīmi cilvēcei. Ir acīmredzams, ka šodien kodolenerģija ir nepieciešama tikai rūpnieciski attīstītām valstīm. Tas ir, mierīgas kodolenerģijas galvenais pielietojums galvenokārt ir tādās iekārtās kā rūpnīcas, pārstrādes rūpnīcas utt. Tieši energoietilpīgās nozares ir tālu no lētas elektroenerģijas avotiem (piemēram, hidroelektrostacijas), kas izmanto kodolspēkstacijas, lai nodrošinātu un attīstītu savus iekšējos procesus.

Agrārajiem reģioniem un pilsētām kodolenerģija nav pārāk nepieciešama. Pilnīgi iespējams to aizstāt ar siltuma un citām stacijām. Izrādās, ka kodolenerģijas iegāde, iegūšana, attīstīšana, ražošana un izmantošana galvenokārt ir vērsta uz mūsu rūpniecības produktu vajadzību apmierināšanu. Apskatīsim, kāda veida ražošana tā ir: automobiļu rūpniecība, militārā ražošana, metalurģija, ķīmiskā rūpniecība, naftas un gāzes komplekss utt.

Vai mūsdienu cilvēks vēlas vadīt jaunu automašīnu? Vai vēlaties ģērbties modes sintētikā, ēst sintētiku un visu iesaiņot sintētikā? Vēlaties dažādu formu un izmēru spilgtus produktus? Vai vēlaties vairāk jaunu tālruņu, televizoru, datoru? Vai vēlaties daudz nopirkt, bieži mainīt ap viņu aprīkojumu? Vai jūs vēlētos ēst garšīgu ķīmisku pārtiku no krāsaina iepakojuma? Vai vēlaties dzīvot mierīgi? Vai vēlaties dzirdēt saldas runas no TV ekrāna? Vai vēlaties, lai jums būtu daudz tanku, kā arī raķetes un kreiseri, kā arī šāviņi un ieroči?

Un viņš to visu dabū. Nav svarīgi, ka galu galā vārda un darba neatbilstība noved pie kara. Nav svarīgi, ka enerģija ir nepieciešama arī tās pārstrādei. Līdz šim cilvēks ir mierīgs. Viņš ēd, dzer, iet uz darbu, pārdod un pērk.

Un tas viss prasa enerģiju. Tas prasa arī daudz naftas, gāzes, metāla utt. Un visiem šiem rūpnieciskajiem procesiem nepieciešama kodolenerģija. Tāpēc neatkarīgi no tā, ko viņi saka, līdz pirmā rūpnieciskā kodoltermiskā kodolsintēzes reaktora nodošanai ražošanā kodolenerģija tikai attīstīsies.

Kodolenerģijas plusos mēs varam droši pierakstīt visu, pie kā esam pieraduši. Negatīvie - bēdīgā iespēja tūlītējai nāvei resursu izsīkuma sabrukuma, kodolatkritumu problēmu, iedzīvotāju skaita pieauguma un aramzemes degradācijas dēļ. Citiem vārdiem sakot, atomu enerģija ļāva cilvēkam sākt vēl spēcīgāk sagrābt dabu, piespiežot to tik lielā mērā, ka vairāku gadu desmitu laikā viņš pārvarēja pamatresursu atražošanas slieksni, sākot no 2000. līdz 2010. gadam - patēriņa sabrukšanas process . Šis process objektīvi vairs nav atkarīgs no cilvēka.

Ikvienam būs jāēd mazāk, jādzīvo mazāk un jābauda mazāk. apkārtējo dabu... Šeit slēpjas vēl viens atoma enerģijas pluss vai mīnus, kas slēpjas faktā, ka valstis, kuras ir apguvušas atomu, varēs efektīvāk pārdalīt trūcīgos resursus tiem, kuri nav apguvuši atomu. Turklāt tikai kodoltermiskās kodolsintēzes programmas izstrāde ļaus cilvēcei izdzīvot elementāri. Tagad paskaidrosim uz pirkstiem, kāds tas ir “zvērs” - atomu (kodolenerģija) un ar ko tas tiek apēsts.

Masa, matērija un atomu (kodolenerģija)

Bieži dzird dzirdams apgalvojums, ka "masa un enerģija ir viens un tas pats", vai tādi spriedumi, ka izteiciens E \u003d mc2 izskaidro atombumbas sprādzienu. Tagad, kad jums ir pirmā izpratne par kodolenerģiju un tās pielietojumu, nebūtu patiesi prātīgi jūs sajaukt ar tādiem apgalvojumiem kā "masa ir vienāda ar enerģiju". Jebkurā gadījumā šis lielā atklājuma interpretācijas veids nav labākais. Acīmredzot tas ir tikai jauno reformistu, "jaunās ēras galilejiešu", asprātība. Patiesībā teorijas pareģojums, kuru ir pārbaudījuši daudzi eksperimenti, tikai saka, ka enerģijai ir masa.

Tagad mēs izskaidrosim mūsdienu viedokli un sniegsim nelielu pārskatu par tā attīstības vēsturi.
Palielinoties jebkura materiāla ķermeņa enerģijai, palielinās tā masa, un šo papildu masu mēs attiecinām uz enerģijas pieaugumu. Piemēram, absorbējot starojumu, absorbētājs kļūst karstāks un tā masa palielinās. Tomēr pieaugums ir tik mazs, ka parastajos eksperimentos tas paliek ārpus mērījumu precizitātes robežām. Gluži pretēji, ja viela izstaro starojumu, tā zaudē masas pilienu, kuru starojums aiznes. Rodas plašāks jautājums: vai visa matērijas masa nav enerģijas dēļ, t.i., vai visās matērijās nav milzīgs enerģijas krājums? Pirms daudziem gadiem radioaktīvās transformācijas uz to reaģēja pozitīvi. Kad radioaktīvais atoms sabrūk, tiek atbrīvots milzīgs enerģijas daudzums (galvenokārt kinētiskās enerģijas veidā), un pazūd neliela daļa atoma masas. Mērījumi to skaidri parāda. Tādējādi enerģija nes sevī masu, tādējādi samazinot vielas masu.

Līdz ar to daļa vielas masas ir savstarpēji aizstājama ar starojuma, kinētiskās enerģijas utt masu. Tāpēc mēs sakām: "enerģija un matērija daļēji spēj savstarpēji pārveidoties". Turklāt tagad mēs varam radīt vielas daļiņas, kurām ir masa un kuras spēj pilnībā pārveidoties par starojumu, kam ir arī masa. Šī starojuma enerģija var pāriet citās formās, pārnesot tām savu masu. Un otrādi, radiācija spēj pārveidoties par vielas daļiņām. Tātad tā vietā, lai “enerģijai ir masa”, mēs varam teikt, ka “matērijas un radiācijas daļiņas ir savstarpēji pārveidojamas un tāpēc spēj savstarpēji pārveidoties ar citiem enerģijas veidiem”. Tā ir matērijas radīšana un iznīcināšana. Šādi postoši notikumi nevar notikt parastās fizikas, ķīmijas un tehnoloģiju sfērā, tie jāmeklē vai nu mikroskopiskos, bet aktīvos procesos, kurus pētījusi kodolfizika, vai arī atombumbu augsttemperatūras krāsnī, uz Saules un zvaigznēm. Tomēr nebūtu saprātīgi teikt, ka "enerģija ir masa". Mēs sakām: "enerģijai, tāpat kā matērijai, ir masa".

Parastās vielas masa

Mēs sakām, ka parasto vielu masa ir saistīta ar milzīgu iekšējās enerģijas krājumu, kas vienāds ar masas reizinājumu ar (gaismas ātrumu) 2. Bet šī enerģija atrodas masā un to nevar atbrīvot bez vismaz tās daļas pazušanas. Kā radās tik pārsteidzoša ideja un kāpēc tā netika atklāta agrāk? Tas tika ierosināts iepriekš - eksperimenti un teorija dažādās formās -, taču līdz divdesmitajam gadsimtam enerģijas izmaiņas netika novērotas, jo parastajos eksperimentos tas atbilst neticami nelielām masas izmaiņām. Tomēr tagad mēs esam pārliecināti, ka lidojošajai lodei ir papildu masa tās kinētiskās enerģijas dēļ. Pat ar ātrumu 5000 m / s lodes, kas miera stāvoklī precīzi svēra 1 g, kopējā masa būs 1,00000000001 g. Balts karsts platīns, kas sver 1 kg, kopā pievienos 0,000000000004 kg, un praktiski neviena svēršana nevarēs reģistrējiet šīs izmaiņas. Tikai tad, kad no atoma kodola tiek atbrīvotas milzīgas enerģijas rezerves vai kad atomu "šāviņi" tiek paātrināti līdz ātrumam, kas tuvu gaismas ātrumam, enerģijas masa kļūst pamanāma.

No otras puses, pat smalka masas atšķirība nozīmē iespēju atbrīvot milzīgu enerģijas daudzumu. Tādējādi ūdeņraža un hēlija atomu relatīvā masa ir 1,008 un 4,004. Ja četri ūdeņraža kodoli spētu apvienoties vienā hēlija kodolā, tad 4,032 masa mainītos uz 4,004. Atšķirība ir maza, tikai 0,028 vai 0,7%. Bet tas nozīmētu gigantisku enerģijas izdalīšanos (galvenokārt starojuma veidā). 4,032 kg ūdeņraža radīs 0,028 kg starojuma, kura enerģija būtu aptuveni 600 000 000 000 Cal.

Salīdziniet to ar 140 000 Cal, kas izdalās, kad tāds pats ūdeņraža daudzums apvienojas ar skābekli ķīmiskā sprādzienā.
Parastā kinētiskā enerģija būtiski veicina ciklotronu radīto ļoti ātro protonu masu, un tas rada grūtības, strādājot ar šādām mašīnām.

Kāpēc mēs joprojām ticam, ka E \u003d mc2

Tagad mēs to uztveram kā tiešas relativitātes teorijas sekas, bet pirmās aizdomas radās jau 19. gadsimta beigās saistībā ar radiācijas īpašībām. Tad šķita ticams, ka radiācijai ir masa. Tā kā radiācija, tāpat kā uz spārniem, pārvadā ar enerģiju, pareizāk sakot, tā ir pati enerģija, ir parādījies masas piemērs, kas pieder kaut kam "nemateriālam". Eksperimentālie elektromagnētisma likumi paredzēja, ka elektromagnētiskajiem viļņiem ir jābūt "masai". Bet pirms relativitātes teorijas izveidošanas tikai nevaldāma iztēle varēja pagarināt attiecību m \u003d E / c2 uz citiem enerģijas veidiem.

Visu veidu elektromagnētisko starojumu (radioviļņus, infrasarkano, redzamo un ultravioleto gaismu utt.) Raksturo daži kopīgas iezīmes: tie visi izplatās tukšumā ar tādu pašu ātrumu, un tie visi nes enerģiju un impulsu. Mēs iedomājamies gaismu un citu starojumu viļņu formā, kas izplatās ar lielu, bet noteiktu ātrumu c \u003d 3 * 108 m / sek. Kad gaisma ietriecas absorbējošajā virsmā, rodas siltums, kas norāda, ka gaismas plūsma ved enerģiju. Šai enerģijai ir jāpāriet kopā ar straumi ar tādu pašu gaismas ātrumu. Faktiski gaismas ātrumu mēra šādi: pēc liela attāluma gaismas enerģijas daļas lidojuma laika.

Kad gaisma ietriecas noteiktu metālu virsmā, tā izsit elektronus, aizbēgot tāpat kā tad, ja tos skar kompakta bumba. šķiet sadalīts koncentrētās porcijās, kuras mēs saucam par "kvantiem". Tas ir radiācijas kvantu raksturs, neskatoties uz to, ka šīs daļas acīmredzami rada viļņi. Katrai gaismas daļai ar tādu pašu viļņa garumu ir vienāda enerģija, ko nosaka enerģijas "kvants". Šādas porcijas steidzas ar gaismas ātrumu (patiesībā tās ir vieglas), pārnesot enerģiju un impulsu (impulsu). Tas viss ļauj piešķirt radiācijai noteiktu masu - katrai porcijai tiek piešķirta noteikta masa.

Atstarojot gaismu no spoguļa, siltums netiek atbrīvots, jo atstarotais stars aiznes visu enerģiju, bet spoguli ietekmē spiediens, kas līdzīgs elastīgo lodīšu vai molekulu spiedienam. Ja spoguļa vietā gaisma ietriecas melnā absorbējošajā virsmā, spiediens kļūst uz pusi mazāks. Tas norāda, ka sija veic spoguļa impulsu. Tāpēc gaisma izturas tā, it kā tai būtu masa. Bet vai no kaut kurienes ir iespējams zināt, ka kaut kam ir masa? Vai masa pastāv pati par sevi, piemēram, garums, zaļa krāsa vai ūdens? Vai arī tas ir mākslīgs jēdziens, ko nosaka tāda uzvedība kā Modesty? Mise mums faktiski ir zināma trīs veidos:

• A. Neskaidrs apgalvojums, kas raksturo "vielas" daudzumu (no šī viedokļa masa ir raksturīga vielai - būtnei, kuru mēs varam redzēt, pieskarties, virzīt).
• B. Daži apgalvojumi, kas to saista ar citiem fiziskiem lielumiem.
• B. Mise ir saglabāta.

Atliek noteikt masu impulsa un enerģijas izteiksmē. Tad jebkurai kustīgai lietai ar impulsu un enerģiju jābūt “masai”. Tās masai jābūt (impulss) / (ātrums).

Relativitātes teorija

Vēlme sasaistīt virkni eksperimentālu paradoksu par absolūto telpu un laiku radīja relativitātes teoriju. Divu veidu eksperimenti ar gaismu radīja pretrunīgus rezultātus, un eksperimenti ar elektrību vēl vairāk saasināja šo konfliktu. Tad Einšteins ieteica mainīt vienkāršus vektoru pievienošanas ģeometriskos noteikumus. Šīs izmaiņas ir viņa "īpašās relativitātes teorijas" būtība.

Zema ātruma gadījumā (no vislēnākā gliemeža līdz ātrākajai no raķetēm) jaunā teorija atbilst vecajai.
Lielā ātrumā, kas ir salīdzināms ar gaismas ātrumu, mūsu garuma vai laika mērījumus maina ķermeņa kustība attiecībā pret novērotāju, it īpaši ķermeņa masa kļūst jo lielāka, jo ātrāk tā pārvietojas.

Tad relativitātes teorija pasludināja, ka šis masas pieaugums ir pilnīgi vispārīgs. Normālā ātrumā izmaiņas nenotiek, un tikai ar ātrumu 100 000 000 km / h masa palielinās par 1%. Tomēr elektroniem un protoniem, ko izstaro radioaktīvie atomi vai mūsdienu akseleratori, tas sasniedz 10, 100, 1000%…. Eksperimenti ar šādām augstas enerģijas daļiņām lieliski apstiprina masas un ātruma saistību.

No otras malas ir starojums, kam nav atpūtas masas. Tā nav viela, un to nevar turēt miera stāvoklī; tam ir tikai masa un tas pārvietojas ar ātrumu c, tāpēc tā enerģija ir mc2. Mēs runājam par kvantiem kā fotoniem, kad vēlamies atzīmēt gaismas kā daļiņu plūsmas uzvedību. Katram fotonam ir noteikta masa m, noteikta enerģija E \u003d mc2 un impulss (impulss).

Kodola transformācijas

Dažos eksperimentos ar kodoliem atomu masas pēc vardarbīgiem sprādzieniem nesummējas, lai iegūtu tādu pašu kopējo masu. Atbrīvotā enerģija nes sev līdzi kādu masas daļu; šķiet, ka pazudušais atomu materiāla gabals ir pazudis. Tomēr, ja mēs piešķiram izmērīto enerģijas masu E / c2, mēs atklājam, ka masa ir saglabāta.

Matērijas iznīcināšana

Mēs esam pieraduši domāt par masu kā par neizbēgamu matērijas īpašību, tāpēc masas pāreja no matērijas uz radiāciju - no lampas uz izplūstošu gaismas staru izskatās gandrīz kā matērijas iznīcināšana. Vēl viens solis - un mēs būsim pārsteigti, uzzinot, kas patiesībā notiek: pozitīvie un negatīvie elektroni, vielas daļiņas, apvienojoties, pilnībā pārvēršas par starojumu. To vielas masa tiek pārveidota par vienādu radiācijas masu. Šis ir matērijas pazušanas gadījums vistiešākajā nozīmē. Kā fokusā, gaismas zibsnī.

Mērījumi rāda, ka (enerģija, starojums iznīcināšanas laikā) / c2 ir vienāda ar abu elektronu - pozitīvā un negatīvā - kopējo masu. Antiprotons, apvienojoties ar protonu, iznīcina, parasti izdalot vieglākas daļiņas ar augstu kinētisko enerģiju.

Vielas radīšana

Tagad, kad mēs esam iemācījušies pārvaldīt augstas enerģijas starojumu (īpaši īsviļņu rentgenstarus), mēs varam no radiācijas sagatavot vielas daļiņas. Ja šādi stari tiek bombardēti ar mērķi, tie dažreiz izdala daļiņu pāri, piemēram, pozitīvos un negatīvos elektronus. Un, ja mēs atkal izmantosim formulu m \u003d E / c2 gan starojumam, gan kinētiskajai enerģijai, tad masa tiks saglabāta.

Vienkārši sarežģīti - kodolenerģija

• Attēlu, attēlu, fotogrāfiju galerija.
• Kodolenerģija, atoma enerģija - pamati, iespējas, perspektīvas, attīstība.
• Interesanti fakti, noderīga informācija.
• Zaļās ziņas - Kodolenerģija, Atomenerģija.
• Saites uz materiāliem un avotiem - kodolenerģija.

Saistīšanās enerģijas uz vienu nukleonu atkarība no nukleonu skaita kodolā parādīta diagrammā.

Enerģiju, kas nepieciešama kodola sadalīšanai atsevišķos nukleonos, sauc par saistošo enerģiju. Saistīšanās enerģija uz vienu nukleonu dažādiem ķīmiskiem elementiem un pat tā paša ķīmiskā elementa izotopiem nav vienāda. Kodola specifiskā saistīšanās enerģija kodolā svārstās vidēji robežās no 1 MeV viegliem kodoliem (deitērijam) līdz 8,6 MeV vidēja svara kodoliem (A≈100). Smagos kodolos (A≈200) nukleona specifiskā saistīšanās enerģija ir mazāka nekā vidējā svara kodoliem, aptuveni par 1 MeV, tāpēc to pārveidošanos par vidēja svara kodoliem (sadalot 2 daļās) pavada enerģijas izdalīšana apmēram 1 MeV uz nukleonu vai aptuveni 200 MeV uz vienu kodolu. Vieglu kodolu pārveidošana par smagākiem kodoliem dod vēl lielāku enerģijas pieaugumu uz vienu nukleonu. Tā, piemēram, deitērija un tritija kombinācijas reakcija

1 D² + 1 T³ → 2 Viņš 4 + 0 n 1

ko papildina enerģijas atbrīvošana 17,6 MeV, tas ir, 3,5 MeV uz nukleonu.

Kodolenerģijas atbrīvošana

Ir zināmas eksotermiskas kodolreakcijas, kas atbrīvo kodolenerģiju.

Parasti kodolenerģijas iegūšanai izmanto urāna-235 vai plutonija kodolu sadalīšanās kodola ķēdes reakciju. Kodolu skaldīšana, kad uz tiem nokļūst neitroni, un rodas jauni neitroni un dalīšanās fragmenti. Dalīšanās neitroniem un skaldīšanas fragmentiem ir augsta kinētiskā enerģija. Fragmentu sadursmes rezultātā ar citiem atomiem šī kinētiskā enerģija ātri tiek pārveidota siltumā.

Kodolsintēze ir vēl viens veids, kā atbrīvot kodolenerģiju. Šajā gadījumā divi gaismas elementu kodoli tiek apvienoti vienā smagā. Šādi procesi notiek uz Saules.

Daudzi atomu kodoli ir nestabili. Laika gaitā daži no šiem kodoliem spontāni pārveidojas par citiem kodoliem, atbrīvojot enerģiju. Šo parādību sauc par radioaktīvo sabrukšanu.

Kodolenerģijas pielietojums

Kodolsintēzes enerģija tiek izmantota ūdeņraža bumbā.

Piezīmes

Skatīt arī

Saites

Starptautiskie līgumi

• Konvencija par savlaicīgu paziņošanu par kodolnegadījumu (Vīne, 1986)
• Konvencija par kodolmateriālu fizisko aizsardzību (Vīne, 1979. gads)
• Vīnes Konvencija par civiltiesisko atbildību par kodolpostījumiem
• Kopīgā konvencija par izlietotās degvielas apsaimniekošanas drošību un radioaktīvo atkritumu apsaimniekošanas drošību

Literatūra

• Klārfīlds, Džeralds H. un Viljams M. Vieceks (1984). Kodolamerika: militārā un civilā kodolenerģija ASV 1940. – 1980, Hārpers un Rovs.
• Kuka, Stefānija (2009). In Mortal Hands: A kodola laikmeta brīdinoša vēsture, Black Inc.
• Cravens Gwyneth Spēks glābt pasauli: patiesība par kodolenerģiju. - Ņujorka: Knopf, 2007. - ISBN 0-307-26656-7
• Eliots, Deivids (2007). Kodolenerģija vai nē? Vai kodolenerģijai ir vieta ilgtspējīgā enerģētikas nākotnē?, Palgrave.
• Falks, Džims (1982). Globālā dalīšanās: cīņa par kodolenerģiju, Oksfordas Universitātes izdevniecība.
• Fergusons, Čārlzs D. (2007). Kodolenerģija: ieguvumu un risku līdzsvarošana Ārējo attiecību padome.
• Herbsts, Alans M. un Džordžs V. Hoplijs (2007). Kodolenerģija tagad: kāpēc ir pienācis laiks pasaulē visvairāk pārprastajam enerģijas avotam, Vilija.
• Šneiders, Mikls, Stīvs Tomass, Antonijs Froggats, Dags Koplovs (2009. gada augusts). Pasaules kodolrūpniecības statusa ziņojums, Vācijas federālā vides, dabas aizsardzības un reaktoru drošības ministrija.
• Vokers, Dž. Samuels (1992). Satur Atomu: Kodolregulācija mainīgā vidē, 1993.-1971
• Vokers, Dž. Samuels (2004). Trīs jūdžu sala: kodolkrīze vēsturiskajā perspektīvā, Berlijs: Kalifornijas Universitātes izdevniecība.
• Weart, Spensers R. Kodolbailes pieaugums... Kembridža, MA: Hārvardas Universitātes izdevniecība, 2012. ISBN 0-674-05233-1

Kodoltehnoloģija
Inženierzinātnes
Materiāli
Kodolenerģija
Kodolmedicīna
Atomierocis

Wikimedia Foundation. 2010. gads.

Skatiet, kas ir "Kodolenerģija" citās vārdnīcās:

- (atomu enerģija) kodola transformāciju (kodolreakciju) laikā izdalītā atomu kodolu iekšējā enerģija. kodola saistošā enerģija. masas defekts Nukleoni (protoni un neitroni) ir stingri noturēti kodolā kodolspēki... Lai noņemtu kodolu no kodola, ... ...

- (atomu enerģija), t. enerģija plkst. kodoli, kas izdalījušies kodolpārveidojumu laikā. Tiek saukta enerģija, kurai nepieciešams iztērēt kodola sadalīšanai tā sastāvā esošajos nukleonos. kodola saistošā enerģija? Tas ir maks. enerģiju, uz paradīzi var atbrīvot. ... ... Fiziskā enciklopēdija

KODOLENERĢIJA, kodolreakcijas procesā atbrīvotā enerģija MASS pārejas rezultātā uz enerģiju, kā aprakstīts vienādojumā: E \u003d mc2 (kur E ir enerģija, m ir masa, ar gaismas ātrumu); to atvasināja A. Einšteins savā RELATIVITĀTES TEORIJĀ. ... ... Zinātniski tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca

KODOLENERĢIJA - (atomu enerģija) sk. () () ... Lielā Politehniskā enciklopēdija

Mūsdienu enciklopēdija

- (atm enerģijas) atomu kodolu iekšējā enerģija, kas izdalās noteiktu kodolu pārveidojumu laikā. Kodolenerģijas izmantošana ir balstīta uz smago kodolu sadalīšanās ķēdes reakciju un vieglo kodolu kodolsintēzes reakciju ieviešanu ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

Kodolenerģija - (atomu enerģija), atomu kodolu iekšējā enerģija, kas izdalās dažu kodolreakciju laikā. Kodolenerģijas izmantošana ir balstīta uz smago kodolu sadalīšanās ķēdes reakciju un vieglo kodolu kodolsintēzes reakciju īstenošanu (skatīt ... Ilustrēta enciklopēdiska vārdnīca

Atoma kodola iekšējā enerģija, kas saistīta ar kodolu veidojošo nukleonu (neitronu un protonu) kustību un mijiedarbību. Tas izdalās radioaktīvas sabrukšanas vai kodola skaldīšanas un kodolsintēzes reakciju laikā. Ātra kodolenerģijas atbrīvošana ... ... Jūras vārdu krājums

Kad vācu ķīmiķiem Otto Hānam un Fricam Strassmannam 1938. gadā pirmo reizi izdevās sadalīt urāna kodolu ar neitronu apstarošanu, viņi nesteidzās informēt sabiedrību par to atklāšanas apjomu. Šie eksperimenti ir pamats atomu enerģijas izmantošanai gan mierīgiem, gan militāriem mērķiem.

Atombumbas blakusprodukts

Oto Hāns, kurš sadarbojās ar austriešu fiziķi Lizu Meitneri pirms viņa emigrācijas 1938. gadā, labi apzinājās, ka urāna kodola sadalīšanās - neapturama ķēdes reakcija - nozīmē atombumbu. ASV, cenšoties radīt priekšā Vāciju atomieroči, uzsāka Manhetenas projektu, kas ir nepieredzēta apjoma uzņēmums. Nevadas tuksnesī ir izveidojušās trīs pilsētas. Šeit dziļā slepenībā strādāja 40 000 cilvēku. Robsrg Oppenheimer vadībā “tēvs atombumbaRekordā bija apmēram 40 pētniecības iestādes, laboratorijas un rūpnīcas. Plutonija ieguvei zem Čikāgas universitātes futbola stadiona tribīnes tika uzbūvēts pirmais kodolreaktors. Šeit Enriko Fermi vadībā 1942. gadā tika uzsākta pirmā kontrolētā pašpietiekamā ķēdes reakcija. Toreiz netika atrasts lietderīgs pielietojums siltumam, kas izdalījās tā rezultātā.

Elektriskā enerģija no kodolreakcijas

1954. gadā PSRS sāka darboties pirmā atomelektrostacija pasaulē. Tas atradās Obņinskā, apmēram 100 km no Maskavas, un tā jauda bija 5 MW. 1956. gadā Anglijas pilsētā Kalderholā sāka darboties pirmais lielais kodolreaktors. Šī atomelektrostacija tika dzesēta ar gāzi, kas nodrošināja samērā drošu darbību. Bet pasaules tirgū 1957. gadā ASV izstrādātie spiedienam ar ūdeni dzesētie ar ūdeni dzesētie kodolreaktori ir kļuvuši arvien izplatītāki. Šādas rūpnīcas var būvēt par salīdzinoši zemām izmaksām, taču to uzticamība ir slikta. Ukrainas kodolelektrostacijā Černobiļā reaktora kodola kušana izraisīja sprādzienu, radioaktīvām vielām nonākot vide... Katastrofa, kas noved pie nāves un nopietnas slimības tūkstošiem cilvēku, jo īpaši Eiropā, vadīja daudzus protestus pret atomu enerģijas izmantošanu.

• 1896: Anrī Bekereels atklāj urāna radioaktīvo starojumu.
• 1919. gada kapteinim Ernestam Lutherfordam pirmo reizi izdevās izraisīt kodolreakciju, bombardēt slāpekļa atomus ar alfa daļiņām, kas tika pārveidotas par skābekli.
• 1932. gads: Džeimss Čadviks atklāj neitronus, apšaudot alfa daļiņas ar berilija atomiem.
• 19.38: Otto Hāns laboratorijā vispirms sasniedz ķēdes reakciju, sadalot urāna kodolu ar neitroniem.