Ядерная энергетика (Атомная энергетика) - это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.
Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая), основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд) и проблема переработки использованного ядерного топлива.
Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. Одна из них независимость от транспортировки топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т. (или около 5 млн. низкосортного угля), то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива (на угольных станциях эти расходы составляют до 50% себестоимости). Использование ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу. Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.
К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную опасность радиоактивного заражения окружающей среды при тяжелых авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского (РБМК), приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергии), полностью исключают аварию подобной тяжести: по мере выработки проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы.
Плюсы атомной энергетики в сравнении с другими видами получения энергии очевидны. Высокая мощность и низкая итоговая себестоимость энергии открыли в свое время большие перспективы для развития атомной энергетики и строительства АЭС, рентабельность. В большинстве стран мира плюсы атомной энергетики учитываются и сегодня – строятся все новые и новые энергоблоки и заключаются контракты на строительство АЭС в будущем.
Также в плюсы атомной энергетики можно смело записать и то, что использование ядерного топлива не сопровождается процессом горения и выбросом в атмосферу вредных веществ и парниковых газов, а значит, строительства дорогостоящих сооружений для очистки выбросов в атмосферу не потребуется. Четверть всех вредных выбросов в атмосферу приходится на долю ТЭЦ, что очень негативно сказывается на экологической обстановке городов, расположенных вблизи них, и в целом на состоянии атмосферы. Города же, расположенные недалеко от атомных станций, функционирующих в штатном режиме, в полной мере ощущают плюсы атомной энергетики и считаются одними из самых экологически чистых во всех странах мира. В них производится постоянный контроль радиоактивного состояния земли, воды и воздуха, а также анализ флоры и фауны – такой постоянный мониторинг позволяет реально оценить минусы и плюсы атомной энергетики и ее влияние на экологию региона. Стоит заметить, что за время наблюдений в районах расположения АЭС ни разу не регистрировались отклонения радиоактивного фона от нормального, если речь не шла о чрезвычайных ситуациях.
На этом плюсы атомной энергетики не заканчиваются. В условиях надвигающегося энергетического голода и истощения запасов углеродного топлива, естественным образом встает вопрос и о запасах топлива для АЭС. Ответ на названный вопрос весьма оптимистичен: разведенные запасы урана и других радиоактивных элементов в земной коре составляют несколько миллионов тонн, и при текущем уровне потребления их можно считать практически неисчерпаемыми
Но плюсы атомной энергетики распространяются не только на АЭС. Энергия атома используется на сегодняшний день и в иных целях, помимо снабжения населения и промышленности электрической энергией. Так, нельзя переоценить плюсы атомной энергетики для подводного флота и атомных ледоколов. Использование атомных двигателей позволяет им долгое время существовать автономно, перемещаться на любые расстояния, а подлодкам – месяцами находиться под водой. На сегодняшний день в мире ведутся разработки подземных и плавучих АЭС и ядерных двигателей для космических летальных аппаратов.
Учитывая плюсы атомной энергетики, можно смело утверждать, что в будущем человечество продолжит использовать возможности атомной энергии, которая при осторожном обращении меньше загрязняет окружающую среду и практически не нарушает экологическое равновесие на нашей планете. Но плюсы атомной энергетики существенно померкли в глазах мировой общественности после двух серьезнейших аварий: на Чернобыльской АЭС в 1986 году и на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году. Масштабы этих происшествий таковы, что их последствия способны перекрыть практически все плюсы атомной энергетики, известные человечеству. Трагедия в Японии для ряда стран стала толчком к переработке энергетической стратегии и смещения акцентов в сторону использования альтернативных источников энергии.
Перспективы развития атомной энергетики.
При рассмотрении вопроса о перспективах атомной энергетики в ближайшем (до конца века) и отдаленном будущем необходимо учитывать влияние многих факторов: ограничение запасов природного урана, высокая по сравнению с ТЭС стоимость капитального строительства АЭС, негативное общественное мнение, которое привело к принятию в ряде стран (США, ФРГ, Швеция, Италия) законов, ограничивающих атомную энергетику в праве использовать ряд технологий (например, с использованием Рu и др.), что привело к свертыванию строительства новых мощностей и постепенному выводу отработавших без замены на новые. В то же время наличие большого запаса уже добытого и обогащенного урана, а также высвобождаемого при демонтаже ядерных боеголовок урана и плутония, наличие технологий расширенного воспроизводства (где в выгружаемом из реактора топливе содержится больше делящихся изотопов, чем загружалось) снимают проблему ограничения запасов природного урана, увеличивая возможности атомной энергетики до 200-300 Q. Это превышает ресурсы органического топлива и позволяет сформировать фундамент мировой энергетики на 200-300 лет вперед.
Но технологии расширенного воспроизводства (в частности, реакторы-размножители на быстрых нейтронах) не перешли в стадию серийного производства из-за отставания в области переработки и рецикла (извлечения из отработанного топлива "полезного" урана и плутония). А наиболее распространенные в мире современные реакторы на тепловых нейтронах используют лишь 0,50,6% урана (в основном делящийся изотоп U238 , концентрация которого в природном уране 0,7%). При такой низкой эффективности использования урана энергетические возможности атомной энергетики оцениваются только в 35 Q. Хотя это может оказаться приемлемым для мирового сообщества на ближайшую перспективу, с учетом уже сложившегося соотношения между атомной и традиционной энергетикой и постановкой темпов роста мощностей АЭС во всем мире. Кроме того, технология расширенного воспроизводства дает значительную дополнительную экологическую нагрузку. Сегодня специалистам вполне понятно, что ядерная анергия, в принципе, является единственным реальным и существенным источником обеспечения электроэнергией человечества в долгосрочном плане, не вызывающим такие отрицательные для планеты явления, как парниковый эффект, кислотные дожди и т.д. Как известно, сегодня энергетика, базирующаяся на органическом топливе, то есть на сжигании угля, нефти и газа, является основой производства электроэнергии в мире. Стремление сохранить органические виды топлива, одновременно являющиеся ценным сырьем, обязательство установить пределы для выбросов СО; или снизить их уровень и ограниченные перспективы широкомасштабного использования возобновляемых источников энергии все это свидетельствует о необходимости увеличения вклада ядерной энергетики.
Учитывая все перечисленное выше, можно сделать вывод, что перспективы развития атомной энергетики в мире будут различны для разных регионов и отдельных стран, исходя из потребностей и электроэнергии, масштабов территории, наличия запасов органического топлива, возможности привлечения финансовых ресурсов для строительства и эксплуатации такой достаточно дорогой технологии, влияния общественного мнения в данной стране и ряда других причин.

Обеспечение энергетической безопасности - одна из ключевых задач любого современного государства. На сегодняшний день одним из самых передовых вариантов добычи электроэнергии является использование ядерных реакторов. В связи с этим строится атомная электростанция в Беларуси. Об этом промышленном объекте мы поговорим в статье.

Основная информация

Белорусская возводится в Гродненской области страны буквально в 50 километрах от столицы соседней Литвы - Вильнюса. Строительство началось в 2011 году, а завершиться по плану должно в 2019 году. Проектная мощность агрегата составляет 2400 МВт.

Островецкая площадка - место, где строится станция, - курируется российскими специалистами из компании "Атомстройэкспорт".

Несколько слов о проектировании

В Беларуси обойдётся государственному бюджету в 11 миллиардов американских долларов.

Сам же вопрос монтажа объекта в стране возник ещё в 1990-х годах, но окончательное решение о начале строительства было принято лишь в 2006 году. Основным местом для станции выбрали город Островец.

Влияние политики

Возводить АЭС, анализируя плюсы и минусы атомной энергетики, были готовы начать сразу же несколько иностранных держав: Китай, Чехия, США, Франция, Россия. Однако в итоге главным подрядчиком стала Российская Федерация. Хотя изначально считалось, что это строительство будет невыгодно РФ, которая планировала ввести в эксплуатацию свою АЭС в Калининградской области. Но все же в октябре 2011 года между россиянами и белорусами был подписан контракт на поставку оборудования в Белорусский город Островец.

Законодательный аспект

В Беларуси строится в соответствии с законом, регламентирующим показатели радиационной безопасности населения страны. В этом акте прописаны условия, обязательные для их обеспечения, которые позволят людям сохранить жизнь и здоровье в условиях эксплуатации АЭС.

Денежный займ

С самого начала разработки проекта окончательная стоимость его варьировалась, так как рассматривались различные типы реакторов. Изначально требовалось 9 миллиардов долларов, 6 из которых должны было пойти на само строительство, а 3 на создание всей необходимой инфраструктуры: линий ЛЭП, жилых домов для работников станции, железнодорожных путей и прочего.

Уже сразу стало понятно, что всей необходимой суммы у Белоруссии просто нет. И потому руководство страны планировало взять кредит у России, причём в виде "живых" денег. При этом сразу же белорусы сказали, что если денег они не получат, то строительство окажется под угрозой срыва. В свою очередь российские власти озвучили свои опасения по поводу того, что их соседи окажутся неспособными вернуть долг или используют полученные средства для поддержания экономики своей страны.

В связи с этим российские чиновники вынесли предложение сделать так, чтобы атомная электростанция в Беларуси стала совместным предприятием, однако белорусская сторона на это ответила отказом.

Точка в этом споре была поставлена 15 марта 2015 года, когда Путин посетил Минск и предоставил Беларуси 10 миллиардов для строительства станции. Ориентировочный срок окупаемости проекта около 20 лет.

Строительный процесс

Выемка грунта на объекте началась в 2011 году. А через два года Лукашенко подписал указ, дающий право российскому генподрядчику начать строительство такого огромного промышленного объекта, как атомная электростанция в Беларуси.

В конце мая 2014 года был полностью готов котлован, и стартовали работы по заливке фундамента здания второго В декабре 2015 года на станцию завезли корпус для первого реактора.

Чрезвычайные происшествия

В мае 2016 года в СМИ просочилась информация о том, что на строительной площадке АЭС якобы произошло обрушение металлоконструкции. Белорусский МИД в свою очередь передал официальный ответ литовцам, что никаких нештатных ситуаций на стройке не произошло.

Но к октябрю 2016 года количество официальных несчастных случаев во время возведения станции достигло десяти, три из которых оказались летальными.

Скандал

Как сообщил один из гражданских активистов Белоруссии, по его данным, 10 июля 2015 года во время репетиции установки корпуса реактора произошло его падение на землю. Планировалось, что на следующий день монтаж должен был пройти в присутствии журналистов и телевидения.

26 июля Министерство энергетики страны подтвердило факт ЧП, указав, что инцидент произошёл на площадке хранения корпуса во время его строповки для последующего перемещения в горизонтальном направлении. Данная вызвала мгновенную и крайне острую реакцию со стороны Литвы. 28 июля министр энергетики этой прибалтийской страны подал ноту белорусскому послу с просьбой уточнить все детали происшедшего и уведомить о них.

1 августа монтажные работы по установке корпуса были приостановлены и тогда же главный конструктор этого агрегата сказал, что проведенные теоретические расчёты, показали: реактор не получил серьёзных повреждений от падения. Такого же мнения придерживался и глава "Росатома", указавший на отсутствие оснований для запрета эксплуатации корпуса.

Однако совсем другого мнения придерживались физики-ядерщики и прочие технические специалисты. Все они в один голос говорили: применять упавший корпус в дальнейшем нельзя. Это объяснялось тем, что, учитывая вес изделия, сварочные швы и покрытие могли получить критические повреждения. Все эти дефекты впоследствии могли проявиться из-за непрерывного воздействия потока нейтронов и привести к окончательному разрушению всей конструкции. Кроме того, инженеры отмечали отсутствие полноценного опыта производства подобных корпусов у завода-изготовителя, расположенного в Волгодонске, который не выпускал подобные узлы более тридцати лет.

В итоге 11 августа министр энергетики Беларуси заявил, что реактор все-таки заменят. В результате, сроки окончания монтажных операций сдвинутся на неопределённый срок. В качестве решения проблемы "Росатом" вынес предложение использовать корпус реактора второго блока.

Протестные акции

В самой республике неоднократно были проведены многочисленные народные выступления против постройки АЭС. Также негативное отношение к возведению станции высказали чиновники высших рангов в Литве и Австрии. Оба этих государства отметили неготовность проекта к реализации по целому ряду причин.

Достоинства и недостатки атомной энергетики

Рассматривая плюсы и минусы атомной энергетики, стоит заметить, что за счет специфики протекания ядерных реакций, затраты потребляемого топлива достаточно малы. Это и является основным положительным моментом данного вида производства электричества. Также, как это ни странно звучит, но является экологически чистым. Даже ТЭС делает больше вредных выбросов в атмосферу, чем АЭС.

Из отрицательных моментов атомных реакторов можно отметить проблематичность процесса утилизации отходов и высокую опасность техногенных аварий, которые потенциально способны нанести вред миллионам людей.

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 составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции , то для Франции, или Японии это попросту невозможно.

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, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.

Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии

Рассмотрим плюсы и минусы применения атомной-ядерной энергии, их пользу, вред и значение в жизни Человечества. Очевидно, что атомная энергия сегодня нужна лишь промышленно развитым странам. То есть, основное применение мирная ядерная энергия находит в основном, на таких объектах, как заводы, перерабатывающие предприятия, и т.п. Именно энергоемкие производства, удаленные от источников дешевой электроэнергии (вроде гидроэлектростанций) задействуют ядерные станции для обеспечения и развития своих внутренних процессов.

Аграрные регионы и города не слишком нуждаются в атомной энергии. Ее вполне можно заместить тепловыми и другими станциями. Получается, что овладение, получение, развитие, производство и использование ядерной энергии по большей части направлено на удовлетворение наших потребностей в промышленной продукции. Посмотрим, что это за производства: автомобильная промышленность, военные производства, металлургия, химическая промышленность, нефтегазовый комплекс, и т.д.

Современный человек хочет ездить на новой машине? Хочет одеваться в модную синтетику, кушать синтетику и упаковывать все в синтетику? Хочет ярких товаров разных форм и размеров? Хочет все новых телефонов, телевизоров, компьютеров? Хочет много покупать, часто менять оборудование вокруг себя? Хочет вкусно питаться химической едой из цветных упаковок? Хочет жить спокойно? Хочет слышать сладкие речи с телеэкрана? Хочет, чтобы танков было много, а также ракет и крейсеров, а еще снарядов и пушек?

И он все это получает. Неважно, что в конце расхождение между словом и делом приводит к войне. Неважно, что для его утилизации также нужна энергия. Пока что человек спокоен. Он ест, пьет, ходит на работу, продает и покупает.

А для всего этого нужна энергия. А еще для этого нужно очень много нефти, газа, металла и т.п. И все эти промышленные процессы нуждаются в атомной энергии. Поэтому кто бы что ни говорил, до тех пор, пока не будет запущен в серию первый промышленный реактор термоядерного синтеза, атомная энергетика будет только развиваться.

В плюсы ядерной энергии мы можем смело записать все то, к чему мы привыкли. К минусам – печальную перспективу скорой смерти в коллапсе исчерпания ресурсов, проблемах ядерных отходов, росте численности населения и деградации пахотных площадей. Иначе говоря, атомная энергетика позволила человеку еще сильнее начать овладевать природой, насилуя ее сверх меры настолько, что он за несколько десятилетий преодолел порог воспроизводства основных ресурсов, запустив между 2000 и 2010 годами процесс схлопывания потребления. Этот процесс объективно уже не зависит от человека.

Всем придется меньше есть, меньше жить и меньше радоваться окружающей природе. Здесь кроется еще один плюс-минус атомной энергии, который заключается в том, что страны, овладевшие атомом, смогут эффективнее перераспределять под себя скудеющие ресурсы тех, кто атомом не овладел. Более того, только развитие программы термоядерного синтеза позволит человечеству элементарно выжить. Теперь поясним на пальцах, что же это за «зверь» — атомная (ядерная) энергия и с чем ее едят.

Масса, материя и атомная (ядерная) энергия

Часто приходится слышать утверждение, что «масса и энергия одно и то же», или же такие суждения, будто выражение Е=mс2 объясняет взрыв атомной (ядерной) бомбы. Сейчас, когда вы получили первое представление о ядерной энергии и ее применении, было бы поистине неразумно сбивать вас с толку такими утверждениями, как «масса равна энергии». Во всяком случае, такой способ трактовки великого открытия не из лучших. По-видимому, это всего лишь острословие молодых реформистов, «Галилеев нового времени». На деле же предсказание теории, которое проверено многими экспери-ментами, говорит лишь о том, что энергия имеет массу.

Сейчас мы разъясним современную точку зрения и дадим небольшой обзор истории ее развития.
Когда энергия любого материального тела возрастает, его масса увеличивается, и мы приписываем эту дополнительную массу приросту энергии. Например, при поглощении излучения поглотитель становится горячее и его масса возрастает. Однако возрастание настолько мало, что остается за пределами точности измерений в обычных опытах. Напротив, если вещество испускает излучение, то оно теряет капельку своей массы, которая уносится излучением. Возникает более широкий вопрос: не обусловлена ли вся масса вещества энергией, т. е. не заключен ли во всем веществе громадный запас энергии? Много лет назад радиоактивные превращения на это ответили положительно. При распаде радиоактивного атома выделяется огромное количество энергии (в основном в виде кинетической энергии), а малая часть массы атома исчезает. Об этом ясно говорят измерения. Таким образом, энергия уносит с собой массу, уменьшая тем самым массу вещества.

Следовательно, часть массы вещества взаимозаменяема массой излучения, кинетической энергией и т. п. Вот почему мы говорим: «энергия и вещество способны частично к взаимным превращениям». Более того, мы теперь можем создавать частицы вещества, которые обладают массой и способны полностью превращаться в излучение, также имеющее массу. Энергия этого излучения может перейти в другие формы, передав им свою массу. И наоборот, излучение способно превращаться в частицы вещества. Так что вместо «энергия обладает массой» мы можем сказать «частицы вещества и излучение — взаимопревращаемы, а потому способны к взаимным превращениям с другими формами энергии». В этом и состоит создание и уничтожение вещества. Такие разрушительные события не могут происходить в царстве обычной физики, химии и техники, их следует искать либо в микроскопических, но активных процессах, изучаемых ядерной физикой, либо в высокотемпературном горниле атомных бомб, на Солнце и звездах. Однако было бы неразумно утверждать, что «энергия - это масса». Мы говорим: «энергия, как и вещество, имеет массу».

Масса обычного вещества

Мы говорим, что масса обычного вещества таит в себе огромный запас внутренней энергии, равной произведению массы на (скорость света)2. Но эта энергия заключена в массе и не может быть высвобождена без исчезновения хотя бы части ее. Как возникла столь удивительная идея и почему она не была открыта раньше? Ее предлагали и раньше - эксперимент и теория в разных видах,- но вплоть до двадцатого века изменение энергии не наблюдали, ибо в обычных экспериментах оно соответствует невероятно малому изменению массы. Однако сейчас мы уверены, что летящая пуля благодаря своей кинетической энергии имеет дополнительную массу. Даже при скорости 5000 м/сек пуля, которая в покое весила ровно 1 г, будет иметь полную массу 1,00000000001 г. Раскаленная добела платина массой 1 кг всего прибавит 0,000000000004 кг и практически ни одно взвешивание не сможет зарегистрировать эти изменения. Только когда из атомного ядра высвобождаются огромные запасы энергии или когда атомные «снаряды» разгоняются до скорости, близкой к скорости света, масса энергии становится заметной.

С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7%. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения). 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию около 600000000000 Кал.

Сравните это с 140 000 Кал, выделяющимися при соединении того же количества водорода с кислородом в химическом взрыве.
Обычная кинетическая энергия дает заметный вклад в массу очень быстрых протонов, получаемых на циклотронах, и это создает трудности при работе с такими машинами.

Почему мы все же верим, что Е=mс2

Сейчас мы воспринимаем это как прямое следствие теории относительности, но первые подозрения возникли уже ближе к концу 19 века, в связи со свойствами излучения. Тогда казалось вероятным, что излучение обладает массой. А поскольку излучение переносит, как на крыльях, со скоростью с энергию, точнее, само есть энергия, то появился пример массы, принадлежащей чему-то «невещественному». Экспериментальные законы электромагнетизма предсказывали, что электромагнитные волны должны обладать «массой». Но до создания теории относительности только необузданная фантазия могла распространить соотношение m=Е/с2 на другие формы энергии.

Всем сортам электромагнитного излучения (радиоволнам, инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету и т. д.) свойственны некоторые общие черты: все они распространяются в пустоте с одинаковой скоростью и все переносят энергию и импульс. Мы представляем себе свет и другое излучение в виде волн, распространяющихся с большой, но определенной скоростью с=3*108 м/сек. Когда свет падает на поглощающую поверхность, возникает теплота, показывающая, что поток света несет энергию. Эта энергия должна распространяться вместе с потоком с той же скоростью света. На деле скорость света именно так и измеряется: по времени пролета порцией световой энергии большого расстояния.

Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, он выбивает электроны, вылетающие точно так же, как если бы их ударил компактный шарик. , по всей видимости, распространяется концентрированными порциями, которые мы называем «квантами». В этом и заключается квантовый характер излучения, несмотря на то, что эти порции, по-видимому, создаются волнами. Каждая порция света с одной и той же длиной волны обладает единой и той же энергией, определенным «квантом» энергии. Такие порции мчатся со скоростью света (собственно, они-то и есть свет), перенося энергию и количество движения (импульс). Все это позволяет приписать излучению некую массу - каждой порции приписывается определенная масса.

При отражении света от зеркала теплота не выделяется, ибо отраженный луч уносит всю энергию, но на зеркало действует давление, подобное давлению упругих шариков или молекул. Если же вместо зеркала свет попадает на черную поглощающую поверхность, давление становится вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что луч несет количество движения, поворачиваемое зеркалом. Следовательно, свет ведет себя так, как если бы у него была масса. Но можно ли откуда-то еще узнать, что нечто обладает массой? Существует ли масса по своему собственному праву, как, например, длина, зеленый цвет или вода? Или это искусственное понятие, определяемое поведением наподобие Скромности? Масса, на самом деле, известна нам в трех проявлениях:

• А. Туманное утверждение, характеризующее количество «вещества», (Масса с этой точки зрения присуща веществу - сущности, которую мы можем увидеть, потрогать, толкнуть).
• Б. Определенные утверждения, увязывающие ее с иными физическими величинами.
• В. Масса сохраняется.

Остается определить массу через количество движения и энергию. Тогда любая движущаяся вещь с количеством движения и энергией должна иметь «массу». Ее массой должно быть (количество движения)/(скорость).

Теория относительности

Стремление увязать воедино серию экспериментальных парадоксов, касающихся абсолютного пространства и времени, породило теорию относительности. Два сорта экспериментов со светом давали противоречивые результаты, а опыты с электричеством еще больше обострили этот конфликт. Тогда Эйнштейн предложил изменить простые геометрические правила сложения векторов. Это изменение и составляет сущность его «специальной теории относительности».

Для малых скоростей (от медлительной улитки до быстрейшей из ракет) новая теория согласуется со старой.
При высоких скоростях, сравнимых со скоростью света, наше измерение длин или времени модифицируется движением тела относительно наблюдателя, в частности масса тела становится тем больше, чем быстрее оно движется.

Затем теория относительности провозгласила, что это увеличение массы носит совершенно общий характер. При обычных скоростях никаких изменений нет, и только при скорости 100 000 000 км/час масса возрастает на 1%. Однако для электронов и протонов, вылетающих из радиоактивных атомов или современных ускорителей, оно достигает 10, 100, 1000%…. Опыты с такими высокоэнергетическими частицами великолепно подтверждают соотношение между массой и скоростью.

На другом краю находится излучение, не имеющее массы покоя. Это не вещество и его нельзя удержать в покое; оно просто имеет массу, и движется со скоростью с, так что его энергия равна mс2. О квантах, мы говорим как о фотонах, когда хотим отметить поведение света как потока частиц. Каждый фотон имеет определенную массу m, определенную энергию Е=mс2 и количество движения (импульс).

Ядерные превращения

В некоторых экспериментах с ядрами массы атомов после бурных взрывов, складываясь, не дают ту же самую полную массу. Освобожденная энергия уносит с собой и какую-то часть массы; кажется, что недостающая часть атомного материала исчезла. Однако если мы припишем измеренной энергии массу Е/с2, то обнаружим, что масса сохраняется.

Аннигиляция вещества

Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение - от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг - и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.

Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов - положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.

Создание вещества

Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.

Просто о сложном – Ядерная (Атомная) энергия

• Галерея изображений, картинки, фотографии.
• Ядерная энергия, энергия атома – основы, возможности, перспективы, развитие.
• Интересные факты, полезная информация.
• Зеленые новости – Ядерная энергия, энергия атома.
• Ссылки на материалы и источники – Ядерная (Атомная) энергия.

Думаю, что на территории стран бывшего союза, когда речь заходит об атомных электростанциях, у очень многих сразу мельком в голове проходит мысль о трагедии в Чернобыле. Это не так просто забыть и я хотел бы разобраться в принципе работы этих станций, а также выяснить их плюсы и минусы.

Принцип работы атомной электростанции

АЭС является некой ядерной установкой, перед которой ставится цель - производить энергию, а впоследствии - электричество. Вообще, началом эпохи АЭС можно считать сороковые года прошлого столетия. В СССР разрабатывались различные проекты по поводу использования атомной энергии не в военных целях, а в мирных. Одной из таких мирных целей была добыча электроэнергии. В конце 40-х начались первые работы по воплощению этой идеи в жизнь. Такие станции работают на водяном реакторе, из которого выделяется энергия и передается в разные теплоносители. В процессе всего это дела выделяется пар, который охлаждается в конденсаторе. А после через генераторы ток идет в дома жителей городов.

Все плюсы и минусы АЭС

Начну с самого основного и жирного плюса - нету никакой зависимости от большого использования топлива. К тому же, затраты на то, чтобы перевезти ядерное топливо будут крайне малы в отличие от обычного. Хочу отметить, что это очень актуально для России, учитывая, что тот же уголь у нас доставляется из Сибири, а это крайне дорого.

Теперь с экологической точки зрения: количество выбросов в атмосферу за год - примерно 13 000 тонн и, как бы ни казалась эта цифра большой, по сравнению с другими предприятиями, показатель довольно мал. Другие плюсы и недостатки:

• используется очень много воды, что ухудшает экологию;
• производство электроэнергии практически такое же по стоимости, как и на ТЭС;
• большой недостаток - ужасные последствия аварий (примеров достаточно).

Еще хочу отметить, что, после того, как АЭС прекращает свою работу, её нужно обязательно ликвидировать, а это может стоить чуть ли не четверть от цены постройки. Несмотря на все недостатки, АЭС довольно распространены в мире.

Главные аргументы в пользу развития атомной энергетики – это сравнительная дешевизна энергии и небольшое количество отходов. В пересчете на единицу производимой энергии отходы от АЭС в тысячи раз меньше, чем на угольных ТЭС (1 стакан урана-235 дает столько же энергии, сколько 10 тыс. т угля). Достоинством АЭС является и отсутствие выбросов в атмосферу диоксида углерода, которое сопровождает производство электроэнергии при сжигании углеродистых энергоносителей.

Сегодня уже совершенно очевидно, что при нормальной работе АЭС экологический риск при получении энергии несравненно ниже, чем в угольной промышленности.

По примерным расчетам, закрытие уже существующих АЭС потребовало бы дополнительно сжигать ежегодно 630 млн. т угля, что привело бы к поступлению в атмосферу 2 млрд. т диоксида углерода и 4 млн. т токсичной и радиоактивной золы. Замена АЭС на ТЭС привела бы к 50-кратному увеличению смертности от атмосферного загрязнения. Для извлечения из атмосферы этого дополнительного диоксида углерода потребовалось бы посадить лес на площади, которая в 4-8 раз превышает территорию ФРГ.

У атомной энергетики есть серьезные оппоненты. Как неконкурентоспособную ее рассматривает в последних работах Л. Браун (Brown, 2001). Аргументами против развития атомной энергетики являются сложность обеспечения полной безопасности ядерного топливного цикла, а также риск аварий на АЭС. Историю развития атомной энергетики омрачают тяжелые аварии, которые произошли в Кыштыме и Чернобыле. Однако, вероятность аварий на современных АЭС крайне низка. Так, в Великобритании она составляет не более чем 1:1000000. В Японии строятся новые АЭС (в том числе и самая крупная в мире «Фукусима») в сейсмически опасных районах на берегу океана.

Перспективы атомной энергетики .

Исчерпание углеродистых энергоносителей, ограниченные возможности энергетики на основе ВИЭ и возрастающая потребность в энергии подталкивает большинство стран мира к развитию атомной энергетики, причем строительство АЭС начинается в развивающихся странах Южной Америки, Азии и Африки. Возобновляется ранее приостановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльской катастрофы, – Украине, Белоруссии, РФ. Возобновляется работа АЭС в Армении.

Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реакторов, способных расходовать на получение единицы электроэнергии в 4-10 раз меньше урана, чем современные. Обсуждается вопрос об использовании в качестве «топлива» тория и плутония. Японские ученые считают, что плутоний можно сжигать без остатка и АЭС на плутонии могут быть самыми экологически чистыми, так как не дают радиоактивных отходов (РАО). По этой причине Япония активно скупает плутоний, освобождающийся при демонтаже ядерных боеголовок. Однако для перевода АЭС на плутониевое топливо нужна дорогостоящая модернизация ядерных реакторов.

Меняется ядерный топливный цикл, т.е. совокупность всех операций, сопровождающих добычу сырья для ядерного топлива, его подготовку к сжиганию в реакторах, процесс получения энергии и переработку, хранение и захоронение РАО. В некоторых странах Европы и в РФ осуществляется переход к закрытому циклу, при котором образуется меньше РАО, так как значительная часть их после переработки дожигается. Это позволяет не только снизить риск радиоактивного загрязнения среды (см. 10.4.4), но и в сотни раз уменьшить расходы урана, ресурсы которого исчерпаемы. При открытом цикле РАО не перерабатываются, а захораниваются. Он более экономичен, но экологически не оправдан. По этой схеме пока работают АЭС США.

В целом вопросы переработки и безопасного захоронения РАО технически разрешимы. В пользу развития атомной энергетики в последние годы высказывается и Римский клуб, эксперты которого сформулировали следующее положение: «Нефть – слишком дорого, уголь – слишком опасно для природы, вклад ВИЭ – слишком незначителен, единственный шанс – придерживаться ядерного варианта».