Винахід атомної енергії. Лікнеп: Як отримують атомну енергію. Ядерна енергія nuclear energy

університет управління "
Кафедра управління інноваціями
з дисципліни: "Концепції сучасного природознавства"
Презентація на тему: Ядерна
енергія: її сутність та
використання в техніці і
технологіях

План презентації

Вступ
Ядерна енергія.
Історія відкриття ядерної енергії
Ядерний реактор: історія створення, будова,
основні принципи, класифікація реакторів
Сфери використання ядерної енергії
висновок
Використані джерела

Вступ

Енергетика - найважливіша галузь народного господарства,
охоплює енергетичні ресурси, вироблення, перетворення,
передачу і використання різних видів енергії. це основа
економіки держави.
У світі йде процес індустріалізації, який вимагає
додаткової витрати матеріалів, що збільшує енерговитрати.
З ростом населення збільшуються енерговитрати на обробку грунту,
збирання врожаю, виробництво добрив і т.д.
В даний час багато природні легкодоступні ресурси
планети вичерпуються. Видобувати сировину доводиться на великий
глибині або на морських шельфах. Обмежені світові запаси
нафти і газу, здавалося б, ставлять людство перед перспективою
енергетичної кризи.
Однак використання ядерної енергії дає людству
можливість уникнути цього, так як результати фундаментальних
досліджень фізики атомного ядра дозволяють відвести загрозу
енергетичної кризи шляхом використання енергії, що виділяється
при деяких реакціях атомних ядер

ядерна енергія

Ядерна енергія (атомна енергія) - це енергія,
що міститься в атомних ядрах і виділяється
при ядерних реакціях. Атомні електростанції,
виробляють цю енергію, виробляють 13-14%
світового виробництва електричної енергії. .

Історія відкриття ядерної енергії

1895 р В.К.Рентген відкриває іонізуюче випромінювання (X- промені)
1896 р А.Беккерель виявляє явища радіоактивності.
1898 р М.Склодовская і П.Кюрі відкривають радіоактивні елементи
Po (Полоній) і Ra (Радій).
1913 р Н.Бор розробляє теорію будови атомів і молекул.
1932 р Дж.Чадвік відкриває нейтрони.
1939 р О.Ган і Ф.Штрассман досліджують розподіл ядер U під дією
повільних нейтронів.
Грудень 1942 року - Вперше отримана самопідтримується
керована ланцюгова реакція поділу ядер на реакторі СР-1 (Група
фізиків Чиказького університету, керівник Е. Фермі).
25 грудня 1946 року - Перший радянський реактор Ф-1 введено в
критичний стан (група фізиків і інженерів під керівництвом
І. В. Курчатова)
1949 г. - Введено в дію перший реактор з виробництва Pu
27 червня 1954 року - Вступила в дію перша в світі атомна
електростанція електричною потужністю 5 МВт в Обнінську.
До початку 90-х років в 27 країнах світу працювало понад 430 ядерних
енергетичних реакторів загальною потужністю бл. 340 ГВт.

Історія створення ядерного реактора

Енріко Фермі (1901-1954)
Курчатов І.В. (1903-1960)
1942р. в США під керівництвом Е. Фермі був побудований перший
ядерний реактор.
1946р. був запущений перший радянський реактор під керівництвом
академіка І. В. Курчатова.

Конструкція реактора АЕС (спрощено)

Основні елементи:
Активна зона з ядерним паливом і
сповільнювачем;
Відбивач нейтронів, що оточує
активну зону;
теплоносій;
Система регулювання ланцюгової реакції,
в тому числі аварійний захист
Радіаційний захист
Система дистанційного керування
Основна характеристика реактора -
його вихідна потужність.
Потужність в 1 МВт - 3 · 1016 поділів
в 1 сек.
Схематичне пристрій АЕС
Розріз гетерогенного реактора

Будова ядерного реактора

Коефіцієнт розмноження нейтронів

Характеризує швидкість росту числа
нейтронів і дорівнює відношенню числа
нейтронів в одному якомусь поколінні
ланцюгової реакції до породив їх числа
нейтронів попереднього покоління.
k \u003d Si / Si-1
k<1 – Реакция затухает
k \u003d 1 - Реакція протікає стаціонарно
k \u003d 1.006 - Межа керованості
реакції
k\u003e 1.01 - Вибух (для реактора на
теплових нейтронах енерговиділення
буде рости в 20000 раз в секунду).
Типовий для урану хід ланцюгової реакції;

10. Управління реактором здійснюється за допомогою стрижнів, що містять кадмій або бор.

Виділяють такі типи стрижнів (за метою застосування):
Компенсуючі стрижні - компенсують початковий надлишок
реактивності, висуваються в міру вигоряння палива; до 100
штук
Регулюючі стержні - для підтримки критичного
стану в будь-який момент часу, для зупинки, запуску
реактора; декілька штук
Примітка: Виділяють такі типи стрижнів (по цілі
застосування):
Регулюючі та компенсуючі стрижні не обов'язково
являють собою різні елементи по конструктивному
оформлення
Аварійні стрижні - скидаються під дією сили тяжіння
в центральну частину активної зони; декілька штук. може
додатково скидатися і частина регулюючих стрижнів.

11. Класифікація ядерних реакторів по спектру нейтронів

Реактор на теплових нейтронах ( «теплової реактор»)
Необхідний сповільнювач швидких нейтронів (вода, графіт, берилій) до теплових
енергій (частки еВ).
Невеликі втрати нейтронів в сповільнювачі і конструкційних матеріалах \u003d\u003e
природний і слабообогащённий уран може бути використаний як паливо.
У потужних енергетичних реакторах може використовуватися уран з високим
збагаченням - до 10%.
Необхідний великий запас реактивності.
Реактор на швидких нейтронах ( «швидкий реактор»)
Використовуються карбід урану UC, PuO2 тощо. Як сповільнювач і уповільнення
нейтронів набагато менше (0,1-0,4 МеВ).
В якості палива може використовуватися тільки високозбагачений уран. але
при цьому ефективність використання палива в 1.5 разів більше.
Необхідний відбивач нейтронів (238U, 232Th). Вони повертають в активну зону
швидкі нейтрони з енергіями вище 0,1 МеВ. Нейтрони, захоплені ядрами 238U, 232Th,
витрачаються на отримання діляться ядер 239Pu і 233U.
Вибір конструкційних матеріалів не обмежується перетином поглинання, Запас
реактивності набагато менше.
Реактор на проміжних нейтронах
Швидкі нейтрони перед поглинанням сповільнюються до енергії 1-1000 еВ.
Високе завантаження ядерного палива в порівнянні з реакторами на теплових
нейтронах.
Неможливо здійснити розширене відтворення ядерного палива, як в
реакторі на швидких нейтронах.

12. По розміщенню палива

Гомогенні реактори - паливо і сповільнювач представляють однорідну
суміш
Ядерне пальне знаходиться в активній зоні реактора у вигляді
гомогенної суміші: розчини солей урану; суспензії оксидів урану в
легкої і важкої воді; твердий сповільнювач, просочений ураном;
розплавлені солі. Пропонувалися варіанти гомогенних реакторів з
газоподібним пальним (газоподібні сполуки урану) або суспензією
уранової пилу в газі.
Тепло, що виділяється в активній зоні, відводиться теплоносієм (водою,
газом і т. д.), що рухаються по трубах через активну зону; або суміш
пального з сповільнювачем сама служить теплоносієм,
циркулює через теплообмінники.
Ні широкого застосування (Висока корозія конструкційних
матеріалів в рідкому паливі, складність конструкції реакторів на
твердих сумішах, більше завантаження слабообогащённого уранового
палива та ін.)
Гетерогенні реактори - паливо розміщується в активній зоні дискретно в
вигляді блоків, між якими знаходиться сповільнювач
Основна ознака - наявність тепловиділяючих елементів
(ТВЕЛів). ТВЕЛи можуть мати різну форму (Стрижні, пластини
і т. д.), але завжди існує чітка межа між пальним,
сповільнювачем, теплоносієм і т. д.
Переважна більшість використовуваних сьогодні реакторів -
гетерогенні, що обумовлено їх конструктивними перевагами по
порівняно з гомогенними реакторами.

13. За характером використання

Назва
призначення
потужність
експериментальні
реактори
Вивчення різних фізичних величин,
значення яких необхідні для
проектування і експлуатації ядерних
реакторів.
~ 103Вт
дослідницькі
реактори
Потоки нейтронів і γ-квантів, що створюються в
активній зоні, використовуються для
досліджень в галузі ядерної фізики,
фізики твердого тіла, радіаційної хімії,
біології, для випробування матеріалів,
призначених для роботи в інтенсивних
нейтронних потоках (в т. ч. деталей ядерних
реакторів), для виробництва ізотопів.
<107Вт
Виделяющаяс
я енергія, як
правило, не
використовується
ізотопні реактори
Для напрацювання ізотопів, які використовуються в
ядерне озброєння, наприклад, 239Pu, і в
промисловості.
~ 103Вт
енергетичні
реактори
Для отримання електричної та теплової
енергії, використовуваної в енергетиці, при
опріснення води, для приводу силових
установок кораблів і т. д.
До 3-5 109Вт

14. Збірка гетерогенного реактора

У гетерогенному реакторі ядерне паливо розподілено в активної
зоні дискретно у вигляді блоків, між якими знаходиться
сповільнювач нейтронів

15. важководного ядерний реактор

переваги
Менший перетин поглинання
нейтронів \u003d\u003e Покращений
нейтронний баланс \u003d\u003e
Використання в якості
палива природного урану
можливість створення
промислових важководяних
реакторів для виробництва
тритію і плутонію, а також
широкого спектра изотопной
продукції, в тому числі і
медичного призначення.
недоліки
Висока вартість дейтерію

16. Природний ядерний реактор

У природі за умов, подібних
штучного реактору, можуть
створюватися зони природного
ядерного реактора.
Єдиний відомий природний
ядерний реактор існував 2 млрд
років тому в районі Окло (Габон).
Походження: в дуже багату жилу уранових руд потрапляє вода з
поверхні, яка грає роль сповільнювач нейтронів. випадковий
розпад запускає ланцюгову реакцію. При активному її ході вода википає,
реакція слабшає - саморегуляція.
Реакція тривала ~ 100000 років. Зараз таке неможливо через
виснажених природним розпадом запасів урану.
Проводяться дослідження на місцевості з метою дослідження міграції
ізотопів - важливо для розробки методик підземного поховання
радіоактивних відходів.

17. Сфери використання ядерної енергії

Атомна електростанція
Схема роботи атомної електростанції на двоконтурних
водо-водяному енергетичному реакторі (ВВЕР)

18.

Крім АЕС, ядерні реактори використовуються:
на атомних криголамах
на атомних підводних човнах;
при роботі ядерних ракетних
двигунів (зокрема на АМС).

19. Ядерна енергія в космосі

космічний зонд
«Кассіні», створений за
проекту НАСА та ЄКА,
запущений 15.10.1997 для
дослідження ряду
об'єктів Сонячної
системи.
вироблення електроенергії
здійснюється трьома
радіоізотопними
термоелектричними
генераторами: "Кассіні"
несе на борту 30 кг 238Pu,
який, розпадаючись,
виділяє тепло,
преобразуемое в
електрика

20. Космічний корабель «Прометей 1»

НАСА розробляє ядерний реактор,
здатний працювати в умовах
невагомості.
Мета - електропостачання космічного
корабля «Прометей 1» за проектом
пошуку життя на супутниках Юпітера.

21. Бомба. Принцип некерованою ядерної реакції.

Єдина фізична необхідність - отримання критичної
маси для k\u003e 1.01. Розробки систем управління не потрібно -
дешевше, ніж АЕС.
Метод «гармати»
Два злитка урану докритичних мас при об'єднанні перевищують
критичну. Ступінь збагачення 235U - не менше 80%.
Такого типу бомба «малюк» були скинуті на Хіросіму 06/08/45 8:15
(78-240 тис. Убитих, 140 тис. Померло на протязі 6 міс.)

22. Метод вибухового обтиску

Бомба на основі плутонію, який за допомогою складної
системи одночасного підриву звичайного ВВ стискається до
сверхкритического розміру.
Бомба такого типу «Товстун» була скинута на Нагасакі
09/08/45 11:02
(75 тис. Убитих і поранених).

23. Висновок

Енергетична проблема - одна з найважливіших проблем, які
сьогодні доводиться вирішувати людству. Уже стали звичними такі
досягнення науки і техніки, як засоби миттєвого зв'язку, швидкий
транспорт, освоєння космічного простору. Але все це вимагає
величезних витрат енергії.
Різке зростання виробництва і споживання енергії висунув нову
гостру проблему забруднення навколишнього середовища, яке представляє
серйозну небезпеку для людства.
Світові енергетичні потреби найближчим десятиліття
будуть інтенсивно зростати. Якоїсь одне джерело енергії не
зможе їх забезпечити, тому необхідно розвивати всі джерела
енергії і ефективно використовувати енергетичні ресурси.
На найближчому етапі розвитку енергетики (перші десятиліття XXI в)
найбільш перспективними залишаться вугільна енергетика і ядерна
енергетика з реакторами на теплових і швидких нейтронах. Однак можна
сподіватися, що людство не зупиниться на шляху прогресу,
пов'язаного зі споживанням енергії у всезростаючих кількостях.

Ядерна енергія - страшна і одночасно з цим прекрасна сила. При радіоактивному розпаді і ядерних реакціях, що протікають в атомах, виділяється колосальна кількість енергії, яку люди намагаються використовувати. Намагаються, тому що з розвитком ядерної енергетики не тільки було пов'язане багато жертв, але і катастроф (наприклад, Чорнобильська АЕС). Проте атомні електростанції по всьому світу функціонують і виробляють близько 15 відсотків від світової електроенергії. Ядерні реактори є в 31 країні світу. Також ядерними реакторами оснащуються кораблі і підводні човни. У будь-якому випадку ставлення до ядерної енергії і взагалі всього, що пов'язано з ядерним розпадом (на відміну від синтезу), погіршується щороку. Настане день, коли енергія атома буде виключно мирною.

В останніх серіях серіалу «Чорнобиль» телекомпанії HBO російські вчені відкривають правду на причину вибуху, що стався реактора 4-го енергоблоку Чорнобильської АЕС, «запилюючи» згодом радіоактивним цезієм території 17 країн Європи загальною площею 207,5 тисяч квадратних кілометрів. Катастрофа на Чорнобильській АЕС виявила фундаментальні недоліки в реакторі РБМК-1000. Незважаючи на це, сьогодні 10 реакторів типу РВПК-1000 все ще працюють в Росії. Чи безпечні вони? За словами західних експертів в ядерній фізиці, які висловили свою думку з порталом Live Science, це питання залишається відкритим.

Застосування ядерної енергії в сучасному світі виявляється настільки важливим, що якби ми завтра прокинулися, а енергія ядерної реакції зникла, світ, таким як ми його знаємо, мабуть, перестав би існувати. Мирне становить основу промислового виробництва і життя таких країн, як Франція і Японія, Німеччина і Великобританія, США і Росія. І якщо дві останні країни ще в стані замістити ядерні джерела енергії на теплові станції, то для Франції, або Японії це просто неможливо.

Використання атомної енергії створює багато проблем. В основному всі ці проблеми пов'язані з тим, що використовуючи собі на благо енергію зв'язку атомного ядра (яку ми і називаємо ядерною енергією), людина отримує істотне зло у вигляді високорадіоактивних відходів, які не можна просто викинути. Відходи від атомних джерел енергії потрібно переробляти, перевозити, захоронювати, і зберігати тривалий час в безпечних умовах.

Плюси і мінуси, користь і шкода від використання ядерної енергії

Розглянемо плюси і мінуси застосування атомної-ядерної енергії, їх користь, шкода і значення в житті Людства. Очевидно, що атомна енергія сьогодні потрібна лише промислово розвиненим країнам. Тобто, основне застосування мирна ядерна енергія знаходить в основному, на таких об'єктах, як заводи, переробні підприємства, і т.п. Саме енергоємні виробництва, віддалені від джерел дешевої електроенергії (на кшталт гідроелектростанцій) задіють ядерні станції для забезпечення і розвитку своїх внутрішніх процесів.

Аграрні регіони і міста не надто потребують атомної енергії. Її цілком можна замінити тепловими та іншими станціями. Виходить, що оволодіння, отримання, розвиток, виробництво і використання ядерної енергії здебільшого спрямоване на задоволення наших потреб в промисловій продукції. Подивимося, що це за виробництва: автомобільна промисловість, військові виробництва, металургія, хімічна промисловість, нафтогазовий комплекс, і т.д.

Сучасна людина хоче їздити на новій машині? Хоче одягатися в модну синтетику, їсти синтетику і упаковувати все в синтетику? Хоче яскравих товарів різних форм і розмірів? Хоче все нових телефонів, телевізорів, комп'ютерів? Хоче багато купувати, часто міняти обладнання навколо себе? Хоче смачно харчуватися хімічної їжею з кольорових упаковок? Хоче жити спокійно? Хоче чути солодкі промови з телеекрану? Хоче, щоб танків було багато, а також ракет і крейсерів, а ще снарядів і гармат?

І він все це отримує. Неважливо, що в кінці розбіжність між словом і ділом призводить до війни. Неважливо, що для його утилізації також потрібна енергія. Поки що людина спокійна. Він їсть, п'є, ходить на роботу, продає і купує.

А для всього цього потрібна енергія. А ще для цього потрібно дуже багато нафти, газу, металу і т.п. І всі ці промислові процеси потребують атомної енергії. Тому хто б що не говорив, до тих пір, поки не буде запущений в серію перший промисловий реактор термоядерного синтезу, атомна енергетика буде тільки розвиватися.

У плюси ядерної енергії ми можемо сміливо записати все те, до чого ми звикли. До мінусів - сумну перспективу швидкої смерті в колапсі вичерпання ресурсів, проблеми ядерних відходів, зростання чисельності населення і деградації орних площ. Інакше кажучи, атомна енергетика дозволила людині ще сильніше почати опановувати природою, гвалтуючи її надміру настільки, що він за кілька десятиліть подолав поріг відтворення основних ресурсів, запустивши між 2000 і 2010 роками процес схлопування споживання. Цей процес об'єктивно вже не залежить від людини.

Всім доведеться менше їсти, менше жити і менше радіти навколишньої природи. Тут криється ще один плюс-мінус атомної енергії, який полягає в тому, що країни, що опанували атомом, зможуть ефективніше перерозподіляти під себе скудеющіе ресурси тих, хто атомом не опанував. Більш того, тільки розвиток програми термоядерного синтезу дозволить людству елементарно вижити. Тепер пояснимо на пальцях, що ж це за «звір» - атомна (ядерна) енергія і з чим її їдять.

Маса, матерія і атомна (ядерна) енергія

Часто доводиться чути твердження, що «маса і енергія одне і те ж», або ж такі судження, як позначення Е \u003d mс2 пояснює вибух атомної (ядерної) бомби. Зараз, коли ви отримали першу виставу про ядерну енергію і її застосуванні, було б воістину нерозумно збивати вас з пантелику такими твердженнями, як «маса дорівнює енергії». У всякому разі, такий спосіб трактування великого відкриття не з кращих. Мабуть, це всього лише гострослів'я молодих реформістів, «Галілео нового часу». На ділі ж пророцтво теорії, яке перевірено багатьма експери-ментами, говорить лише про те, що енергія має масу.

Зараз ми роз'яснимо сучасну точку зору і дамо невеликий огляд історії її розвитку.
Коли енергія будь-якого матеріального тіла зростає, його маса збільшується, і ми приписуємо цю додаткову масу приросту енергії. Наприклад, при поглинанні випромінювання поглинач стає гаряче і його маса зростає. Однак зростання настільки мало, що залишається за межами точності вимірювань в повсякденному досвіді. Навпаки, якщо речовина випускає випромінювання, то воно втрачає крапельку своєї маси, яка несеться випромінюванням. Виникає більш широкий питання: чи не обумовлена \u200b\u200bчи вся маса речовини енергією, т. Е. Не укладено чи в усьому речовині величезний запас енергії? Багато років тому радіоактивні перетворення на це відповіли позитивно. При розпаді радіоактивного атома виділяється величезна кількість енергії (в основному у вигляді кінетичної енергії), а мала частина маси атома зникає. Про це ясно говорять вимірювання. Таким чином, енергія забирає з собою масу, зменшуючи тим самим масу речовини.

Отже, частина маси речовини взаємозамінна масою випромінювання, кінетичну енергію і т. П. Ось чому ми говоримо: «енергія і речовина здатні частково до взаємних перетворень». Більш того, ми тепер можемо створювати частки речовини, які мають масу і здатні повністю перетворюватися в випромінювання, також має масу. Енергія цього випромінювання може перейти в інші форми, передавши їм свою масу. І навпаки, випромінювання здатне перетворюватися в частинки речовини. Так що замість «енергія володіє масою» ми можемо сказати «частинки речовини і випромінювання - взаімопревращаеми, а тому здатні до взаємних перетворень з іншими формами енергії». В цьому і полягає створення і знищення речовини. Такі руйнівні події не можуть відбуватися в царстві звичайної фізики, хімії і техніки, їх слід шукати або в мікроскопічних, але активні процеси, що вивчаються ядерною фізикою, або в високотемпературному горнилі атомних бомб, на Сонце і зірках. Однак було б нерозумно стверджувати, що «енергія - це маса». Ми говоримо: «енергія, як і речовина, має масу».

Маса звичайної речовини

Ми говоримо, що маса звичайного речовини таїть в собі величезний запас внутрішньої енергії, що дорівнює добутку маси на (швидкість світла) 2. Але ця енергія укладена в масі і не може бути вивільнена без зникнення хоча б частини її. Як виникла настільки дивовижна ідея і чому вона не була відкрита раніше? Її пропонували і раніше - експеримент і теорія в різних видах, - але аж до двадцятого століття зміна енергії не спостерігали, бо в звичайних експериментах воно відповідає неймовірно малій зміні маси. Однак зараз ми впевнені, що летить куля завдяки своїй кінетичної енергії має додаткову масу. Навіть при швидкості 5000 м / сек куля, яка в спокої важила рівно 1 г, матиме повну масу +1,00000000001 р Розпечена до білого платина масою 1 кг всього додасть +0,000000000004 кг і практично жодне зважування не зможе зареєструвати ці зміни. Тільки коли з атомного ядра вивільняються величезні запаси енергії або коли атомні «снаряди» розганяються до швидкості, близької до швидкості світла, маса енергії стає помітною.

З іншого боку, навіть ледь помітна різниця мас знаменує можливість виділення величезної кількості енергії. Так, атоми водню і гелію мають відносні маси 1,008 і 4,004. Якби чотири ядра водню змогли об'єднатися в одне ядро \u200b\u200bгелію, то маса 4,032 змінилася б до 4,004. Різниця невелика, всього 0,028, або 0,7%. Але вона означала б гігантське виділення енергії (переважно у вигляді випромінювання). 4,032 кг водню дали б 0,028 кг випромінювання, яке мало б енергію близько 600 млрд Кал.

Порівняйте це зі 140 000 Кал, що виділяються при з'єднанні того ж кількості водню з киснем в хімічному вибуху.
Звичайна кінетична енергія дає помітний внесок в масу дуже швидких протонів, що отримуються на циклотронах, і це створює труднощі при роботі з такими машинами.

Чому ми все ж віримо, що Е \u003d mс2

Зараз ми сприймаємо це як прямий наслідок теорії відносності, але перші підозри виникли вже ближче до кінця 19 століття, в зв'язку з властивостями випромінювання. Тоді здавалося ймовірним, що випромінювання має масу. А оскільки випромінювання переносить, як на крилах, зі швидкістю з енергію, точніше, саме є енергія, то з'явився приклад маси, що належить чогось «невещественному». Експериментальні закони електромагнетизму передбачали, що електромагнітні хвилі повинні володіти «масою». Але до створення теорії відносності тільки неприборкана фантазія могла поширити співвідношення m \u003d Е / с2 на інші форми енергії.

Всім сортам електромагнітного випромінювання (радіохвилях, інфрачервоному, видимому і ультрафіолетовому світлі і т. Д.) Властиві деякі загальні риси: Всі вони поширюються в пустоті з однаковою швидкістю і все переносять енергію і імпульс. Ми уявляємо собі світло і інше випромінювання у вигляді хвиль, що поширюються з великою, але певною швидкістю з \u003d 3 * 108 м / сек. Коли світло падає на поглинаючу поверхню, виникає теплота, що показує, що потік світла несе енергію. Ця енергія повинна поширюватися разом з потоком з тією ж швидкістю світла. На ділі швидкість світла саме так і вимірюється: за часом прольоту порцією світлової енергії великої відстані.

Коли світло падає на поверхню деяких металів, він вибиває електрони, що вилітають точно так же, як якщо б їх вдарив компактний кульку. , По всій видимості, поширюється концентрованими порціями, які ми називаємо «квантами». В цьому і полягає квантовий характер випромінювання, незважаючи на те, що ці порції, мабуть, створюються хвилями. Кожна порція світла з однієї і тієї ж довжиною хвилі має єдину і тією ж енергією, певним «квантом» енергії. Такі порції мчать зі швидкістю світла (власне, вони-то і є світло), переносячи енергію і кількість руху (імпульс). Все це дозволяє приписати випромінювання якусь масу - кожної порції приписується певна маса.

При відображенні світла від дзеркала теплота не виділяється, бо відбитий промінь забирає всю енергію, але на дзеркало діє тиск, подібне тиску пружних кульок або молекул. Якщо ж замість дзеркала світло потрапляє на чорну поглинаючу поверхню, тиск стає вдвічі менше. Це свідчить про те, що промінь несе кількість руху, повертати дзеркалом. Отже, світло поводиться так, як якщо б у нього була маса. Але чи можна десь ще дізнатися, що щось має масу? Чи існує маса за своїм власним правом, як, наприклад, довжина, зелений колір або вода? Або це штучне поняття, яке визначається поведінкою зразок Скромності? Маса, насправді, відома нам в трьох проявах:

  • А. Туманний твердження, що характеризує кількість «речовини», (Маса з цієї точки зору притаманна речовині - сутності, яку ми можемо побачити, помацати, штовхнути).
  • Б. Певні твердження, погоджує її з іншими фізичними величинами.
  • В. Маса зберігається.

Залишається визначити масу через кількість руху і енергію. Тоді будь-яка рухається річ з кількістю руху і енергією повинна мати «масу». Її масою повинно бути (кількість руху) / (швидкість).

Теорія відносності

Прагнення пов'язати воєдино серію експериментальних парадоксів, що стосуються абсолютного простору і часу, породило теорію відносності. Два сорти експериментів зі світлом давали суперечливі результати, а досліди з електрикою ще більше загострили цей конфлікт. Тоді Ейнштейн запропонував змінити прості геометричні правила додавання векторів. Ця зміна і становить сутність його «спеціальної теорії відносності».

Для малих швидкостей (від повільної равлики до якнайшвидшої з ракет) нова теорія узгоджується зі старою.
При високих швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла, наш вимір довжин або часу модифікується рухом тіла щодо спостерігача, зокрема маса тіла стає тим більше, чим швидше воно рухається.

Потім теорія відносності проголосила, що це збільшення маси носить абсолютно загальний характер. При звичайних швидкостях ніяких змін немає, і тільки при швидкості 100 000 000 км / год маса зростає на 1%. Однак для електронів і протонів, що вилітають з радіоактивних атомів або сучасних прискорювачів, воно досягає 10, 100, 1000% .... Досліди з такими високоенергетичними частинками чудово підтверджують співвідношення між масою і швидкістю.

На іншому краю знаходиться випромінювання, яке не має маси спокою. Це не речовина і його не можна утримати в спокої; воно просто має масу, і рухається зі швидкістю с, так що його енергія дорівнює mс2. Про кванти, ми говоримо як про фотонах, коли хочемо відзначити поведінку світла як потоку частинок. Кожен фотон має певну масу m, певну енергію Е \u003d mс2 і кількість руху (імпульс).

ядерні перетворення

У деяких експериментах з ядрами маси атомів після бурхливих вибухів, складаючись, не дають ту ж саму повну масу. Звільнена енергія забирає з собою і якусь частину маси; здається, що відсутня частина атомного матеріалу зникла. Однак якщо ми припишемо виміряної енергії масу Е / с2, то виявимо, що маса зберігається.

анігіляція речовини

Ми звикли думати про масу як про неминучий властивості матерії, поетом перехід маси з речовини у випромінювання - від лампи до відлітають променю світла виглядає майже як знищення речовини. Ще один крок - і ми з подивом виявимо те, що відбувається насправді: позитивний і негативний електрони, частинки речовини, з'єднавшись разом, повністю перетворюються в випромінювання. Маса їх речовини перетворюється в рівну їй масу випромінювання. Це випадок зникнення речовини в самому буквальному сенсі. Як у фокусі, у спалаху світла.

Вимірювання показують, що (енергія, випромінювання при анігіляції) / с2 дорівнює повній масі обох електронів - позитивного і негативного. Антипротон, з'єднуючись з протоном, анігілює, зазвичай з викидом легших частинок з велику кінетичну енергію.

створення речовини

Зараз, коли ми навчилися розпоряджатися високоенергетичним випромінюванням (сверхкоротковолновимі рентгенівськими променями), ми можемо приготувати з випромінювання частинки речовини. Якщо такими променями бомбардувати мішень, вони дають іноді пару частинок, наприклад позитивний і негативний електрони. І якщо знову скористатися формулою m \u003d Е / с2 як для випромінювання, так і для кінетичної енергії, то маса буде зберігатися.

Просто про складне - Ядерна (Атомна) енергія

  • Галерея зображень, картинки, фотографії.
  • Ядерна енергія, енергія атома - основи, можливості, перспективи, розвиток.
  • Цікаві факти, корисна інформація.
  • Зелені новини - Ядерна енергія, енергія атома.
  • Посилання на матеріали і джерела - Ядерна (Атомна) енергія.

Залежність енергії зв'язку, що припадає на один нуклон, від числа нуклонів в ядрі приведена на графіку.

Енергія, яка потрібна, щоб розділити ядро \u200b\u200bна окремі нуклони, називається енергією зв'язку. Енергія зв'язку, яка припадає на один нуклон, неоднакова для різних хімічних елементів і, навіть, ізотопів одного і того ж хімічного елемента. Питома енергія зв'язку нуклона в ядрі коливається, в середньому, в межах від 1 МеВ у легких ядер (дейтерій) до 8,6 МеВ, у ядер середньої ваги (А≈100). У важких ядер (А≈200) питома енергія зв'язку нуклона менше, ніж у ядер середньої ваги, приблизно на 1 МеВ, так що їх перетворення в ядра середнього ваги (поділ на 2 частини) супроводжується виділенням енергії в кількості близько 1 МеВ на нуклон, або близько 200 МеВ на ядро. Перетворення легких ядер в більш важкі ядра дає ще більший енергетичний виграш в розрахунку на нуклон. Так, наприклад, реакція сполуки дейтерію і тритію

1 D² + 1 T³ → 2 He 4 + 0 n 1

супроводжується виділенням енергії 17,6 МеВ, тобто 3,5 МеВ на нуклон.

Вивільнення ядерної енергії

Відомі екзотермічні ядерні реакції, що вивільняють ядерну енергію.

Зазвичай для отримання ядерної енергії використовують ланцюгову ядерну реакцію поділу ядер урану-235 або плутонію. Ядра діляться при попаданні в них нейтрона, при цьому виходять нові нейтрони і осколки поділу. Нейтрони ділення і осколки поділу мають велику кінетичну енергію. В результаті зіткнень осколків з іншими атомами ця кінетична енергія швидко перетворюється в тепло.

Іншим способом вивільнення ядерної енергії є термоядерний синтез. При цьому два ядра легких елементів з'єднуються в одне важке. Такі процеси відбуваються на Сонці.

Багато атомні ядра є нестійкими. З плином часу частина таких ядер мимовільно перетворюються в інші ядра, вивільняючи енергію. Таке явище називають радіоактивним розпадом.

Застосування ядерної енергії

Енергія термоядерного синтезу застосовується у водневій бомбі.

Примітки

Див. також

посилання

міжнародні угоди

  • Конвенція про оперативне оповіщення про ядерну аварію (Відень, 1986)
  • Конвенція про фізичний захист ядерного матеріалу (Відень, 1979)
  • Віденська конвенція про цивільну відповідальність за ядерну шкоду
  • Об'єднана конвенція про безпеку поводження з відпрацьованим паливом та безпеку поводження з радіоактивними відходами

література

  • Clarfield, Gerald H. and William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Military and Civilian Nuclear Power in the United States 1940-1980, Harper & Row.
  • Cooke, Stephanie (2009). In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age, Black Inc.
  • Cravens Gwyneth Power to Save the World: the Truth about Nuclear Energy. - New York: Knopf, 2007. - ISBN 0-307-26656-7
  • Elliott, David (2007). Nuclear or Not? Does Nuclear Power Have a Place in a Sustainable Energy Future?, Palgrave.
  • Falk, Jim (1982). Global Fission: The Battle Over Nuclear Power, Oxford University Press.
  • Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations.
  • Herbst, Alan M. and George W. Hopley (2007). Nuclear Energy Now: Why the Time has come for the World's Most Misunderstood Energy Source, Wiley.
  • Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report, German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety.
  • Walker, J. Samuel (1992). Containing the Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993-1971
  • Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective, Berkeley: University of California Press.
  • Weart, Spencer R. The Rise of Nuclear Fear. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1

Wikimedia Foundation. 2010 року.

Дивитися що таке "Ядерна енергія" в інших словниках:

    - (атомна енергія) внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при ядерних перетвореннях (ядерних реакціях). енергія зв'язку ядра. дефект массиНуклони (протони і нейтрони) в ядрі міцно утримуються ядерними силами. Щоб видалити нуклон з ядра, ... ...

    - (атомна енергія), внутр. енергія ат. ядра, що виділяється при ядерних перетвореннях. Енергія, до рую необхідно затратити для розщеплення ядра на складові його нуклони, наз. енергією зв'язку ядра? св. Це макс. енергія, до раю може виділитися. ... ... фізична енциклопедія

    Ядерна енергія, ЕНЕРГІЯ, що виділяється в процесі ядерної реакції як результат переходу МАСИ в енергію так, як описано в рівнянні: Е \u003d mс2 (де Е енергія, m маса, з швидкість світла); воно було виведено А. Ейнштейн в його теорії відносності. ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник

    Ядерна енергія - (атомна енергія) см. () () ... Велика політехнічна енциклопедія

    сучасна енциклопедія

    - (атмная енергія) внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при деяких ядерних перетвореннях. Використання ядерної енергії засновано на здійсненні ланцюгових реакцій розподілу важких ядер і реакцій термоядерного синтезу легких ядер ... Великий Енциклопедичний словник

    ядерна енергія - (атомна енергія), внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при деяких ядерних реакціях. Використання ядерної енергії засновано на здійсненні ланцюгових реакцій розподілу важких ядер і реакцій термоядерного синтезу легких ядер (дивись ... ... Ілюстрований енциклопедичний словник

    Внутрішня енергія атомного ядра, пов'язана з рухом і взаємодією утворюють ядро \u200b\u200bнуклонів (нейтронів і протонів). Виділяється в процесі радіоактивного розпаду або ядерних реакцій поділу і синтезу. Швидке звільнення ядерної енергії ... ... Морський словник

Коли німецьким хімікам Отто Гану і Фрицу Штрассманом вперше вдалося в 1938 р розщепити ядро \u200b\u200bурану за допомогою нейтронного опромінення, вони не поспішали повідомляти публіці про масштаби свого відкриття. Ці експерименти заклали основу використання атомної енергії - як в мирних, так і у військових цілях.

Побічний продукт атомної бомби

Отто Ган, який співпрацював до своєї емшраціі в 1938 р з австрійським фізиком Лізою Мейтнер, прекрасно усвідомлював, що розщеплення ядра урану - неостановимая ланцюгова реакція - означає атомну бомбу. США, сгремясь випередити Німеччину в створенні ядерної зброї, Почали Манхеттенський проект, підприємство небаченого розмаху. У Невади пустелі виросли три міста. Тут працювали в глибокій таємниці 40 000 чоловік Під керівництвом Робсрга Оппенгеймера, «батька атомної бомби», В рекордні терміни виникли близько 40 дослідних установ, Лабораторій і заводів. Для видобутку плутонію був створений перший атомний реактор під трибуною футбольного стадіону університету Чікаго. Тут під керівництвом Енріко Фермі була в 1942 р запущена перша контрольована самопідтримується ланцюгова реакція. Для виділяється в результаті тепла тоді ще не знайшли корисного застосування.

Електрична енергія з ядерної реакції

В1954 р, в СРСР була запущена перша в світі атомна електростанція. Вона розташовувалася в Обнінську, приблизно в 100 км від Москви, і мала потужність 5 МВт. В1956 р в англійському містечку Колдер-Хол почав роботу перший великий ядерний реактор. Ця АЕС мала газове охолодження, що забезпечувало относітелигую безпеку експлуатації. Але на світовому ринку більшого поширення набули розроблені в США в 1957 р водо-водяні атомні реактори, що охолоджуються водою під тиском. Такі станції можна будувати з порівняно низькими витратами, проте їх надійність залишає бажати кращого. На українській атомній станції Чорнобиль розплавлення активної зони реактора призвело до вибуху з викидом радіоактивних речовин в навколишнє середовище. Катастрофа, яка призвела до загибелі і важких захворювань тисяч людей, спричинила за собою, особливо в Європі, многочіеленние протести проти використання атомної енергії.

  • 1896 р .: Анрі Бекерел відкрив радіоактивне випромінювання урану.
  • 1919 гл Ернесту Резерфорду вперше вдалося іскусствешю викликати ядерну реакцію, бомбардуючи альфа-частками атоми азоту, перетворювався при цьому в кисень.
  • 1932 р .: Джемс Чедвік обстрілюючи альфа-частками атоми берилію, відкрив нейтрони.
  • 19.38 г .: Отто Ган вперше добивається в лабораторії ланцюгової реакції, розщепивши нейтронами ядро \u200b\u200bурану.