Поиск тория. мирный атом с большим будущим

ВВЕДЕНИЕ

Энергия — это основа основ. Все блага цивилизации, все материальные сферы деятельности человека — от стирки белья до исследования Луны и Марса — требуют расхода энергии. И чем дальше, тем больше. Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное использование источников ядерной энергии составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия.

Ядерная энергетика вызывает больше дискуссий, чем другие виды энергетики. Существуют диаметрально противоположные точки зрения по вопросам её безопасности, воздействия на компоненты биосистем и даже на стоимость киловатт-часа при этом способе его выработки. Изначально ядерная отрасль развивалась для военных целей, а гражданская энергетика была побочной ветвью. На сегодняшний день энергия атома широко используется во многих отраслях экономики. Строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоронивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.

АЭС экономичнее обычных тепловых станций, а, самое главное, при правильной их эксплуатации — это чистые источники энергии.

Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.

«Чистая и дешевая энергия для всех» — так еще в 70-е годы прошлого века превозносили атомную энергию. Ей предвещали золотой век: к 2000 году АЭС во всем мире должны были вырабатывать от 3600 до 5000 ГВт. Но к концу 2012 года в электросети поступало всего 335 ГВт — менее одной десятой от запланированного объема. После Чернобыля и особенно Фукусимы эйфория окончательно угасла.

Авария на японской АЭС «Фукусима-1» незначительно отразится на стратегических перспективах атомной отрасли, и доля атомной энергетики в общемировой выработке электроэнергии вырастет до 2035 года на 70 проц. Таковы выводы последнего доклада Международного энергетического агентства (МЭА).

«В сценарии новых стратегий доля атомной энергетики вырастет более чем на 70 % до 2035 года, что лишь немногим меньше, чем прогнозировалось в прошлом году», — говорится в докладе МЭА. В документе отмечается, что события на АЭС «Фукусима» поставили под сомнение роль атомной энергетики в будущем, но не повлияли на подходы Китая, Индии, России и Кореи — странах, которые активно наращивают атомные мощности. Эксперты МЭА считают, что если в мире произойдет масштабный отказ от атомной энергетики, это создаст более благоприятные возможности для возобновляемых источников энергии, но с другой стороны — будет способствовать увеличению спроса на ископаемые виды топлива. В итоге рост глобального спроса на уголь вдвое превысит экспорт энергетических углей из Австралии, а рост спроса на газ составит две трети текущего экспорта природного газа из России

ЭНЕРГЕТИКА – КРОВЬ СОВРЕМЕННОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

Энергии нужно много и очень желательно с минимальным воздействием на окружающую среду. Атомная энергетика при всех ее минусах и рисках дает самую низкоуглеродную генерацию электричества. И если мир собирается бороться с глобальным потеплением, то лучше ее пока еще никто не придумал.

Недаром миллиардер и филантроп Билл Гейтс призвал Белый дом сосредоточиться на развитии атомной энергетики.

«Ядерная технология идеально подходит для борьбы с изменением климата, потому что это единственный масштабируемый источник энергии, который доступен 24 часа в сутки и при этом не производит парниковых газов, — объясняет основатель Microsoft. — Проблемы с современными реакторами, в том числе опасность аварий, вполне решаются с помощью инноваций».

Действительно, на американских АЭС генерируется около 20% электроэнергии, и при этом они дают половину «низкоуглеродного электричества».

Однако строительства новых АЭС в США практически не ведется, с захоронением проблемы, с обогащением топлива не получается, с добычей урана — хуже некуда. АЭС на грани банкротства. Парк АЭС весьма престарелый, и их потихоньку закрывают. Что они собираются с этим делать и собираются ли?

Радиационное загрязнение в результате аварий на АЭС. Справка

Однако в результате аварий, когда защитные барьеры оказываются разрушенными, из реакторов во внешнюю среду могут выбрасываться с потоками пара газообразные и возгоняющиеся радиоактивные элементы: радиоактивные благородные газы, радионуклиды йода и цезия.

На ранней фазе аварии (т.н. фаза «острого» облучения) происходит собственно выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Продолжительность этого периода может быть от нескольких минут до нескольких часов в случае разового выброса и до нескольких суток в случае продолжительного выброса.

Промежуточная фаза аварии — период, в течение которого нет дополнительного поступления радиоактивности из источника выброса в окружающую среду. Эта фаза начинается с нескольких первых часов с момента выброса и длится до нескольких суток, недель и больше. Для разовых выбросов протяженность промежуточной фазы прогнозируют, как правило, в пределах 7 — 10 суток.

Поздняя фаза (фаза восстановления) характеризуется периодом возврата к условиям нормальной жизнедеятельности населения и может длиться от нескольких недель до нескольких десятков лет в зависимости от мощности и радионуклидного состава выброса, характеристик и размеров загрязненного района, эффективности мер радиационной защиты. К наиболее тяжелым радиационным авариям на АЭС, сопровождаемым выбросом урана и продуктов его деления за пределы санитарно-защитной зоны и радиоактивным загрязнением окружающей среды, относятся т.н. запроектные аварии, обусловленные разгерметизацией первого контура реактора. Характерный пример такого типа аварий — авария реактора РБМК-1000 на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года.

Основной источник радиоактивных загрязнений окружающей среды и облучения людей при авариях ядерных реакторов — это выбрасываемые из реактора газоаэрозольные смеси. Радиоактивные аэрозоли после попадания на поверхность объектов закрепляются на ней. Процессы поверхностного и глубинного загрязнений, как правило, происходят одновременно.

В сухую погоду радиоактивные загрязнения являются в основном поверхностными. В то же время отдельные частицы будут проникать в выемки шероховатой поверхности, обуславливая глубинные загрязнения.

При загрязнении поверхности каплями, содержащими радиоактивные вещества, срабатывает другой механизм: первоначально будет происходить адгезия (прилипание) капель к твердой поверхности, которая в дальнейшем приведет к повышению концентрации радионуклидов на поверхности, ионному обмену и диффузии.

Помимо первичного радиоактивного загрязнения возможны последующие циклы загрязнения, т.н. <�вторичное> загрязнение. При вторичном загрязнении происходит переход радиоактивных веществ с ранее загрязненного объекта или территории на чистый или загрязненный в меньшей степени объект. Так, радиоактивные загрязнения местности, сооружений и дорог могут переходить в воздушную среду или грунтовые воды, а затем осаждаться, вызывая радиоактивные загрязнения ранее «чистых» объектов, переноситься транспортом, людьми или животными.

При авариях на АЭС выделяют два основных периода: «йодовой опасности», продолжительностью до 2 месяцев, и «цезиевой опасности», который продолжается многие годы.

В «йодном периоде», кроме внешнего облучения (до 45 % дозы за первый год), основные проблемы связаны с молоком и листовыми овощами — главными «поставщиками» радионуклида йода внутрь организма. На первом этапе радиационное воздействие на людей складывается из внешнего и внутреннего облучений, обусловленных соответственно радиоактивными облучениями от загрязненных радионуклидами объектов окружающей среды и вдыханием радионуклидов с загрязненным воздухом, на втором этапе — облучением от загрязненных радионуклидами объектов окружающей среды и введением их в организм человека с потребляемой пищей и водой, а в дальнейшем — в основном за счет употребления населением загрязненных продуктов питания.

Принято считать, что 85 % суммарной прогнозируемой дозы облучения на последующие 50 лет после аварии составляет доза внутреннего облучения, обусловленного потреблением продуктов питания, которые выращены на загрязненной территории, и лишь 15 % падает на дозу внешнего облучения.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

КПД атомной электростанции

Наиболее высокий КПД (92-95%) – достоинство гидроэлектростанций. На них генерируется 14% мировой электро мощности.

Однако, этот тип станций наиболее требователен к месту возведения и, как показала практика, весьма чувствителен к соблюдению правил эксплуатации.

Пример событий на Саяно-Шушенской ГЭС показал, к каким трагическим последствиям может привести пренебрежение правилами эксплуатации в стремлении снизить эксплуатационные издержки.

Высоким КПД (80%) обладают АЭС. Их доля в мировом производстве электроэнергии составляет 22%.

Но АЭС требуют повышенного внимания к проблеме безопасности, как на стадии проектирования, так и при строительстве, и во время эксплуатации.

Малейшие отступления от строгих регламентов обеспечения безопасности для АЭС, чревато фатальными последствиями для всего человечества.

Пример тому авария на АЭС в Чернобыле и японское землетрясение в марте 2011 года, приведшее к аварии на АЭС, расположенной на острове Хонсю, в городе Окума, префектуры Фукусима.

Кроме непосредственной опасности в случае аварии, использование АЭС сопровождается проблемами безопасности, связанными с утилизацией или захоронением отработанного ядерного топлива.

КПД тепловых электростанций не превышает 34%, на них вырабатывается до шестидесяти процентов мировой электроэнергии.

Кроме электроэнергии на тепловых электростанциях производится тепловая энергия, которая в виде горячего пара или горячей воды может передаваться потребителям на расстояние в 20-25 километров. Такие станции называют ТЭЦ (Тепло Электро Централь).

ТЕС и ТЕЦ не дорогие в строительстве, но если не будут приняты специальные меры, они неблагоприятно воздействуют на окружающую среду.

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду зависит от того, какое топливо применяется в тепловых агрегатах.

Наиболее вредны продукты сгорания угля и тяжёлых нефтепродуктов, природный газ менее агрессивен.

ТЭС являются основными источниками электроэнергии на территории России, США и большинства стран Европы.

Однако, есть исключения, например, в Норвегии электроэнергия вырабатывается в основном на ГЭС, а во Франции 70% электроэнергии генерируется на атомных станциях.

Цифры

Сегодня в мире насчитывается немногим менее 500 действующих ядерных реакторов различного типа и подавляющее большинство из них приходится на развитые страны. В США действует около 100 реакторов, по 50-60 реакторов в Японии и во Франции, в Китае действует 36 реакторов, Россия находится на пятом месте – 35 реакторов.

Доля атомной энергетики в энергобалансе развитых стран колеблется от долей процента (Япония после Фукусимы) до примерно 20% (Россия, США, Франция).

Строительство АЭС – мероприятие долгое и дорогое. По срокам оно составляет 7–8 лет (японцы говорят о сроках 5–6 лет), по стоимости – существенно дороже тепловой электростанции. При этом в отличие от ТЭС, топливо для атомной станции в расчете на киловатт стоит существенно дешевле, чем аналогичный по количеству произведенной электроэнергии объем углеводородов. Расходы на обслуживание и утилизацию отходов входят в контракт при строительстве АЭС и поэтому сразу учитываются в цене киловатта, таким образом, себестоимость «атомного» киловатта не зависит от биржевых колебаний на энергоносители, в отличие от киловатта «углеводородного».

Что такое ядерный (атомный) реактор?

Внутри ядерного реактора происходят практически те же процессы, что при атомном взрыве. Отличия лишь во времени: во время взрыва события развиваются стремительно, а в «мирном атоме» — достаточно долгое время, чтобы обеспечить станцию необходимым теплом. Здесь используется энергия ядерной реакции — процесса деления (превращения) атомных ядер, вызываемого их взаимодействием с гамма-квантами и элементарными частицами. Ядерные реакции происходят как с поглощением, так и с выделением энергии — в работе АЭС используются вторые.

Ядерный (атомный) реактор — устройство, назначением которого является поддержание контролируемой ядерной реакции с выделением энергии. Различий между атомным и ядерным реактором нет — эти слова обозначают одно и то же. Однако с научной точки зрения все же правильнее использовать определение «ядерный». Данных станций изобретено несколько типов:

• масштабные промышленные реакторы — для выработки энергии на атомных электростанциях;
• атомные реакторы подлодок;
• малые научные экспериментальные реакторы;
• ядерные реакторы, предназначенные для опреснения морских вод.

Первый экспериментальный реактор запустили в Соединенных Штатах в 1942. Им оказалась «Чикагская поленница» Ферми. В 1946 начал работу первый советский опытный реактор под руководством Курчатова. Он представлял собой шар, доходящий до 7 м в диаметре. Так как экспериментальные образцы не были обустроены системами охлаждения, они имели минимальную мощность: американский вырабатывал 1 Ватт, советский — 20 Ватт. Современные энергетические реакторы имеют среднюю мощность не менее 5 Гигаватт!

Сегодня в мире функционируют ядерные реакторы третьего поколения:

• быстрые нейтронные;
• газоохлаждаемые;
• легководные;
• тяжеловодные.

Самыми распространенными являются легководные.

Перспективы

В эти дни в Екатеринбурге проходит форум, посвященный реакторам на быстрых нейтронах. Если говорить в двух словах, то эти реакторы позволяют более эффективно (в 150 раз) использовать топливо, делая процесс практически безотходным. Это решает проблему не только с захоронением отходов, но и означает, что сырьевая проблема отодвигается на тысячу и более лет.

Технология эта не нова, появилась она в середине прошлого века, ею в той или ной степени владеют США, Франция, Япония, Великобритания и другие страны. Но лучше всех эти технологии развиты у нас. И по утверждению специалистов, не просто лучше, а намного лучше. Кроме того, наша страна является лидером в области обогащения урана (до 40% мировых мощностей) и переработки отходов АЭС.

Иногда в прессе появляются статьи, посвященные тому, что Росатом строит АЭС в других странах за бюджетные деньги, в кредит, с непонятной экономикой этого процесса, к тому же иногда в таких государствах, платежеспособность которых сомнительна.

Мировой рынок энергоресурсов управляется отнюдь не экономическими факторами, что легко заметить по многим фактам – это и кратные колебания цен на нефть за короткий период, хотя потребности мировой экономики в энергоресурсах таким колебаниям не подвержены, и введение европейцами серии энергопакетов. Одна только борьба с нашими газопроводами чего стоит. Поэтому измерять «атомные» контракты исключительно в терминах «стоимость», «величина процента» и «сроки», не корректно. Да и сделки эти зачастую бывают «пакетными». К примеру, могут сопровождаться поставками военной техники, как в случае с Вьетнамом.

Строительство АЭС в Финляндии предполагает участие Росатома не только в возведении объекта, но и его долевое участие во всем проекте (34%). А те 5 млр евро, которыми Росатом кредитует строительство – это заказы оборудования на наших предприятиях, это оплата работы наших специалистов на стройке и так далее. Это работа нашей экономики прежде всего. И, кстати, в самом ее высокотехнологичном секторе. А деньги эти вернутся – такие контракты подразумевают не только строительство АЭС, но и поставку на нее топлива, ремонт и регламентные работы, демонтаж в конце срока службы и многие сопутствующие вопросы. И все это будут делать наши специалисты, подключение сторонних организаций в угоду политической конъюнктуре в этом деле чревато серьезными осложнениями. Попытки заменить поставщика топлива некоторые страны уже предпринимали – ничего хорошего из этого не вышло.

Виды топлива используемого на Атомных электростанциях

На атомных электростанциях возможно использование несколько веществ, благодаря которым можно выработать атомную электроэнергию, современное топливо АЭС – это уран, торий и плутоний.

Ториевое топливо сегодня не применяется в атомных электростанциях, для этого есть ряд причин.

Во-первых, его сложнее преобразовать в тепловыделяющие элементы, сокращенно ТВЭлы.

ТВЭлы — это металлические трубки, которые помещаются внутрь ядерного реактора. Внутри

ТВЭлов находятся радиоактивные вещества. Эти трубки являются хранилищами ядерного топлива.

Во-вторых, использование ториевого топлива предполагает его сложную и дорогую переработку уже после использования на АЭС.

Плутониевое топливо так же не применяют в атомной электроэнергетике, в виду того, что это вещество имеет очень сложный химический состав, система полноценного и безопасного применения еще не разработана.

Урановое топливо

Основное вещество, вырабатывающее энергию на ядерных станциях – это уран. На сегодняшний день уран добывается несколькими способами:

• открытым способом в карьерах
• закрытым в шахтах
• подземным выщелачиванием, при помощи бурения шахт.

Подземное выщелачивание, при помощи бурения шахт происходит путем размещения раствора серной кислоты в подземных скважинах, раствор насыщается ураном и выкачивается обратно.

Самые крупные запасы урана в мире находятся в Австралии, Казахстане, России и Канаде.

Самые богатые месторождения в Канаде, Заире, Франции и Чехии. В этих странах из тонны руды получают до 22 килограмм уранового сырья.

В России из одной тонны руды получают чуть больше полутора килограмм урана. Места добычи урана нерадиоактивны.

В чистом виде это вещество мало опасно для человека, гораздо большую опасность представляет радиоактивный бесцветный газ радон, который образуется при естественном распаде урана.

Подготовка урана

В виде руды уран в АЭС не используют, руда не вступает в реакцию. Для использования урана на АЭС сырье перерабатывается в порошок – закись окись урана, а уже после оно становится урановым топливом.

Урановый порошок превращается в металлические «таблетки», — он прессуется в небольшие аккуратные колбочки, которые обжигаются в течение суток при температурах больше 1500 градусов по Цельсию.

Именно эти урановые таблетки и поступают в ядерные реакторы, где начинают взаимодействовать друг с другом и, в конечном счете, дают людям электроэнергию.

В одном ядерном реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток.

Перед размещением урановых таблеток в реакторе они помещаются в металлические трубки из циркониевых сплавов — ТВЭлы, трубки соединяются между собой в пучки и образуют ТВС – тепловыделяющие сборки.

Именно ТВС называются топливом АЭС.

Перспектива и новые пути использования ядерной энергии

Физики полагают, что традиционные реакторы скоро уступят место новой конструкции, получившей название «реактор-размножитель». Проблема обычных моделей — возможность работать только на уране-235. Поскольку его запасы в мире ограничены, возникает риск нехватки ресурсов для обеспечения работы многочисленных АЭС в разных странах мира. Решение было найдено в конце прошлого столетия. Ученые Физико-энергетического института под руководством физика Лейпунского разработали конструкцию реактора на быстрых нейтронах. Их особенность — возможность использования для получения энергии всех видов природного урана и тория, запасы которых в Мировом океане составляют миллиарды тонн, не считая ресурсов на суше.

Перспективность применения ядерной энергии в различных отраслях деятельности человека очевидна. Неограниченные ресурсы сравнительно приемлемой стоимости — выгодное решение, которое можно предложить на фоне дороговизны исчерпаемых запасов сырья. Однако многие государства серьезно оценивают потенциальные проблемы использования ядерной энергии, помня печальные последствия взрывов в Чернобыле (Украинская ССР, 1986) и на Фукусиме (Япония, 2011). Возможно, что обеспечение 100%-ной безопасности применения энергии ядерного распада заставит пересмотреть свое отношение к ядерной энергетике и рассмотреть новые варианты ее всестороннего использования.

Принцип работы атомной электростанции[править]

Атомная электростанция представляет собой комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путем использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции. Атомные электростанции различаются по типу реактора (на быстрых и на медленных нейтронах), по виду отпускаемой энергии (АЭС и АТЭЦ), по количеству контуров (одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные). В зависимости от типа конструкции в состав атомной электростанции могут входить: ядерный реактор, турбина, конденсатор, электрогенератор, парогенератор и др.

Ядерная реакция возникает при делении ядра атома. Ядра атомов разделяют нейтроны, которые попадающие в них извне. При этом возникают новые нейтроны и осколки деления, которые имеют огромную кинетическую энергию. Эта энергия передается теплоносителю, который поступает в парогенератор, где нагревает до кипения воду. Полученный при кипении пар вращает турбины, связанные с электрогенератором.

Ядерный реакторправить

Ядерным реактором называется устройство, осуществляющее управляемую реакцию деления ядра. Ядерный реактор состоит из многих элементов, таких как: ядерное горючее, замедлитель нейтронов, теплоноситель для вывода энергии и устройство для регулирования скорости реакции. Энергия, выделяемая из ядерного топлива, нагревает теплоноситель, который затем следует в парогенератор. Реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей гамма-излучение.

Обычно в качестве горючего для ядерного реактора используются ядра изотопа урана, наиболее эффективно захватывающее медленные нейтроны. Захват медленных нейтронов происходит с гораздо большей вероятностью чем быстрых, поэтому в ядерных реакторах, которые работают на естественном уране, используются замедлители (вода, тяжёлая вода, бериллий, графит).

В качестве теплоносителей в ядерных реакторах на быстрых нейтронах используют жидкие металлы и газы, они дают возможность получить на выходе из реактора высокие температуры, позволяющие вырабатывать в парогенераторах пар высоких, сверхвысоких и закритических параметров. Теплоносители в реакторах на тепловых(медленных) нейтронах используют обычную и тяжелую воду, водяной пар, двуокись углерода.

Устройство для вывода энергии состоит из регулирующих и компенсирующих стержней. Регулирующие стержни предназначены для поддержания критического состояния в любой момент времени, для остановки, пуска реактора, перехода с одного уровня мощности на другой. Все эти операции требуют малых изменений реактивности. Компенсирующие стержни постепенно выводятся из активной зоны реактора, обеспечивая критическое состояние в течение всего времени его работы.

Парогенераторправить

Парогенератором называется теплообменный аппарат, использующий теплоту первичного теплоносителя ядерного реактора, для производства водяного пара с давлением выше атмосферного. Теплоноситель из реактора, прокачивающийся насосами через парогенератор, отдает часть тепла, а затем снова возвращается в реактор. В парогенераторе это тепло передается воде второго контура, находящейся под гораздо меньшим давлением, вследствие чего вода закипает. Образовавшийся пар поступает на паровую турбину, которая вращает электрогенератор, а затем в конденсатор, где пар охлаждают. Пар конденсируется и снова поступает в парогенератор. В конденсаторе используется вода из внешнего открытого источника.

Турбина и электрогенераторправить

Подавляющее большинство паровых турбин, устанавливаемых на АЭС с водоохлаждаемыми реакторами предназначены для работы на насыщенном паре. Тепловая энергия пара при его расширении в проточной части турбины превращается в кинетическую энергию потока пара, которая используется для вращения ротора турбины электрогенератора.

Конденсаторправить

В конденсатор поступают перегретые пары теплоносителя, охлаждающиеся до температуры насыщения, они конденсируются и переходят в жидкую фазу. Для конденсации пара от каждой единицы его массы отводят теплоту равную удельной теплоте конденсации. В качестве охлаждающей жидкости на АЭС используется большое количество воды, поступающее из водохранилища.

Таблетка радиации

Ядерная медицина дает возможность рано выявлять, а также лечить онкологические, кардиологические, эндокринологические и другие заболевания весьма эффективно, в том числе в ситуациях, когда другие способы (хирургические, фармакологические) уже бессильны. 

Радиацией можно абсолютно безопасно стерилизовать продукты питания, медицинские изделия и лекарства, обрабатывать насекомых-переносчиков опасных инфекций, защищать сельхозпродукцию, выявлять скрытые дефекты в изделиях и конструкциях, не разрушая их, улучшать свойства материалов, определять возраст археологических находок и др. При этом объекты после воздействия ионизирующего излучения не содержат остаточной радиации, а значит, остаются безопасными для человека и окружающей среды. И все это — тоже «мирный атом». 

Мирные люди

Сбросив две из трех своих первых бомб на японские города, США уже со второй половины 1945 г. рождали один военный план за другим. Самый известный — «Дропшот» (короткий удар в теннисе). По нему на города Советского Союза собирались сбросить 300 ядерных бомб и 250 тыс. тонн обыкновенных. Появление у нас в 1949 г. атомной бомбы, а затем испытание в 1953-м первой в мире термоядерной и в 1955-м — супербомбы (каскадного термоядерного заряда) остановило бывшего союзника. С тех пор мы называем свой ядерный потенциал именно щитом, он до сих пор защищает нашу страну и удерживает мир от глобальной войны.

«Основная задача, которую мы должны были решить своей работой, — заставить США отказаться от применения ядерного оружия. Мы ее добились. Мы смогли за короткое время в разрушенной стране создать свое аналогичное оружие, которое заставило американцев отказаться от планов совершить столь необдуманный поступок», — несколько лет назад последний из участников атомного проекта Аркадий Бриш.

Но еще до завершения военного проекта по предложению его научного руководителя академика Игоря Курчатова начались исследования и разработки по использованию атомной энергии в мирных целях. Первая в мире опытно-промышленная атомная электростанция в Обнинске заработала в июне 1954 г.

Цикл ядерного топлива

Основным энергоносителем АЭС является природный уран (U). Его производство — процесс, называемый циклом ядерного топлива. Начинается он с добычи урановой руды, которая затем перемалывается, образуя новое соединение — оксид урана (U3O2), или желтый кек, подвергающийся обогащению. Для этого его переводят в газообразную форму — в состояние уранового гексафторида (UF6). Обогащение — процесс необходимый, так как только 0,7% природного урана подвергается расщеплению, необходимому для производства энергии.

Природный уран содержит два изотопа (разновидности атомов одного химического элемента, атомные ядра которых содержат одинаковое число протонов и разное число нейтронов), один из них — 235U — способен расщепляться, другой — 238U — нет. Для функционирования ядерного реактора необходимо, чтобы концентрация 235U была несколько большей, чем содержится в природном виде. В процессе обогащения и происходит доведение концентрации этого изотопа до 3,5 — 5%, при этом нерасщепляемый изотоп удаляется на 85%.

Это достигается разделением уранового гексафторида (UF6) на два потока: первый, обогащенный до нужного уровня, называется низкообогащенным ураном, а второй, обедненный, — «хвостами».

Далее изготовливаются тепловыделяющие элементы — ТВЭЛы. После того как обогащенный уран (UF6) поступает на специализированное предприятие, происходит процесс его перевода в двуокись урана (UO2), лежащий в основе производства гранул, по форме напоминающих очень большие таблетки, получаемые путем прессования UO2 при температуре более 1 400°C. Затем «таблетки» помещают в специальные стержни, в оболочке которых используются слабо поглощающие нейтроны материалы (цирконий и алюминий). Готовые к употреблению ТВЭЛы объединяются в реакторах в особые группы, образующие так называемые сборки, или кассеты.

Внутри ядерного реактора атомы 235U, упакованные в ТВЭЛы, расщепляются и высвобождают энергию, трансформирующуюся в электрическую.

Отработанное топливо удаляют из реактора спустя год с момента загрузки. Топливные стержни, продолжающие излучать радиацию, помещают в водные резервуары, остужающие их и «смягчающие» тем самым уровень радиации. Так стержни хранятся от нескольких месяцев до нескольких лет.

После отработки ядерное топливо содержит в себе 95% 238U, около 1% не прошедшего расщепления 235U, 1% плутония (вновь образовавшееся ядерное топливо) и 3% высокорадиоактивных продуктов деления. Воспроизводство отработанного топлива — это его очистка от радиоактивных продуктов деления, а также извлечение неиспользованной части урана и плутония. На обогатительном заводе происходит повышение содержания 235U.

Те же продукты расщепления, которые были отделены в процессе воспроизводства, после выпаривания или отверждения направляются в спецхранилища.

Как работает атомная (ядерная) энергия?

Простыми словами объяснить работу ядерного реактора («сердца» атомной электростанции) можно так:

1. В атомном реакторе распадается элемент уран-235, что сопровождается колоссальным выделением тепла.
2. Выделяемая тепловая энергия кипятит воду.
3. Выходит пар — под давлением он крутит турбину, которая, в свою очередь, вращает электрогенератор.
4. Генератор вырабатывает полезное электричество.

Не все атомные реакторы искусственного, рукотворного происхождения. Науке известен также и естественный — он ранее находился в урановом месторождении Окло (Габон), но остыл 1,5 млрд лет назад. 

Негативные эффекты ядерной энергии

Некоторые из опасностей использования атомной энергии следующие:

1- Разрушительные последствия ядерных аварий

Один из самых больших рисков для ядерной или атомной энергии — аварии, которые могут произойти в реакторах в любое время..

Как уже было продемонстрировано в Чернобыле или на Фукусиме, эти катастрофы оказывают разрушительное воздействие на жизнь с высоким уровнем загрязнения радиоактивными веществами в растениях, животных и в воздухе..

Чрезмерное воздействие радиации может привести к таким заболеваниям, как рак, а также к порокам развития и непоправимому ущербу в будущих поколениях.

2- Вредные эффекты трансгенных продуктов

Экологические организации, такие как «Гринпис», критикуют сельскохозяйственный метод, защищаемый сторонниками ядерной энергии..

Среди других классификаторов они утверждают, что этот метод является очень разрушительным из-за большого количества воды и масла, которые потребляют.

Это также имеет экономические последствия, такие как тот факт, что эти методы могут заплатить только за них и получить доступ к нескольким, разрушая мелких фермеров.

3- Ограничение производства урана

Как нефть и другие источники энергии, используемые людьми, уран, один из наиболее распространенных ядерных элементов, конечно. То есть он может быть исчерпан в любое время.

Вот почему многие защищают использование возобновляемых источников энергии вместо ядерной энергии.

4- Требуются большие установки

Производство с использованием ядерной энергии может быть дешевле, чем другие виды энергии, но стоимость строительства заводов и реакторов высока.

Кроме того, мы должны быть очень осторожны с этим типом конструкции и с персоналом, который будет работать на них, потому что он должен быть высококвалифицированным, чтобы избежать любой возможной аварии.