Енергетика та екологія. Ядерна енергетика.

При ядерних реакціях атоми міняються через розщеплення ядра (ядерний синтез): ядро ​​одного елемента розпадається на два легких ядра інших елементів, два легких ядра при ядерному синтезі з’єднуються у важке ядро ​​іншого елемента (наприклад, дейтерій Н2 + тритій Н3 = гелій); сумарна маса продуктів реакції нижче вихідного матеріалу (в обох випадках вивільняються вільні нейтрони). Втрачена маса (нейтрони) перетворюється на енергію. При ядерної реакції виділяється велика кількість енергії; по ефективності швидке розщеплення або злиття ядер 1 кг речовини одно вибуху атомної бомби. В основі використання розщеплення ядер для отримання енергії лежить управління цими процесами з поступовим звільненням енергії у формі тепла, яке застосовується для кип’ятіння води, і одержуваний нар є двигуном турбогенератора. Природний уран представляє суміш трьох ізотопів: уран-234 (0,006%), уран-235 (0,7%), уран-238 (99,3%).

У природі уран-238 займає 99,3% і уран-235 – 0,7%. Виділяються нейтрони уран-235 рідко зустрічають такі ж атоми і тому часто звільняється енергія тільки одного ядра. Для отримання ядерного палива руду очищають і збагачують, розділяючи ізотопи уран-238 і уран-235 і підвищуючи концентрацію уран-235. Основна перешкода поширення ядерного палива – це труднощі збагачення матеріалу з підвищенням концентрації уран-235 до 3% о і зниження уран-238 до 97%. Уран входить до складу багатьох мінералів. Число елементарних частинок в ядрі атома (нейтронів) відповідає номеру ізотопу. Ядро уран-235 розщеплюється легко, тоді як уран-238 – розщеплюється важко. Реакцію розпаду уран-235 можна підштовхнути бомбардуванням його нейронами (це ключ в атомній енергетиці).

При розпаді ядра уран-235 вивільняється 2-3 нейтрона; при сталкивании кожного вільного нейтрона з іншими атомами уран-235, який легко розщеплюється (цей процес називається ланцюговою реакцією), відбувається подальше посилення реакції розпаду.

При досягненні по масі критичного рівня уран-235 розщеплення одного з його атомів визначає ланцюгову реакцію, викликаючи поділ декількох ядер, а їх нейтрони розщеплюють нові атоми і т.д. Всього за лічені секунди розпадеться весь ядерний заряд з виділенням енергії, що призводить до вибуху (приклад атомної бомби – некерована ланцюгова реакція).

Доречі дорогі читачки нашого сайту, якщо ви шукаєте подарунок вашим дітям тоді вам слід звернути вашу увагу на монстер хай купить куклу по самій доступній ціні в інтернеті!

Ядерний реактор підтримує безперервну ланцюгову реакцію, не допускаючи переходу її у вибух, що можливо тільки при низькому збагаченні уран-235 (всього до 3%). Невеликі гранули уран-235 поміщають в сталеві трубки, які в ядерному реакторі розміщують близько один до одного, що й обумовлює стійку ланцюгову реакцію. Між трубками розставляють регулюючі стрижні з графітом, що поглинають нейтрони. Їх можна прибирати або висувати, використовуючи для управління ланцюговою реакцією.
Таким чином, ядерний реактор складається з нерухомих трубок, наповнених гранулами уран-235, і рухливих між ними стрижнів, що регулюють ланцюгову реакцію.

виходу енергії в ядерному реакторі 1 кг уран-235 дорівнює 2000 т вугілля. Для роботи атомної станції протягом двох років необхідно близько 3 т урану. Відпрацьовані трубки замінюються в реакторі новими. Ядерна енергетика приваблива за багатьма параметрами.

При однаковій потужності вугільної та атомної станції вугілля буде потрібно на рік 3 млн. т, а ядерного палива всього до 1,5 т, яке можна отримати з 1000 т уранової руди; економічність уранового палива очевидна.
Збагачений уран не виділяє двоокис сірки, вуглекислого газу та інших забруднювачів середовища.

Атомні станції утворюють менше за обсягом твердих відходів (радіоактивні відходи атомного реактора до 2 т, а вугілля – до 100 000 т золи, які часто також несуть радіоактивні речовини).

Однак і недоліки атомної енергетики цілком очевидні. При поділі ядер урану або інших важких елементів утворюються більш легкі атоми цезію, стронцію, йоду та інших (близько 30) нестабільних ізотопів радіонуклідів, испускающих радіоактивне випромінювання і елементарні частинки. Нестабільними стають також інші речовини усередині і поза реактора, що поглинають нейтрони ядерної реакції, – з них складаються радіоактивні відходи атомної станції та радіоактивні опади при вибуху.

Радіація пробиває живі клітини і при великих дозах зупиняє їх поділ (тому їх використовують в радіотерапії), при) опроміненні всього тіла нормальне ділення клітин шкіри, крові та інших структур стає неможливим і виникає променева хвороба, яка веде людини та інші організми до загибелі через кілька днів , тижнів, місяців; дуже сильне опромінення призводить до негайної смерті. Опромінення в низьких дозах діє на молекули ДНК, викликаючи їх мутацію, що може призвести до злоякісних утворень. При опроміненні яйцеклітини або сперматозоїдів можливі дефекти потомства.

При вибуху, а також в радіоактивних випромінюваннях, відбувається радіоактивний розпад: випускання радіації і елементарних частинок і перехід нестабільних ізотопів в стабільні. Якщо радіоактивні відходи ізольовані від людей, то радіоактивний розпад не небезпечний і його рівень поступово падає. Швидкість розпаду визначається наступною послідовністю: половина маси ізотопу розпадається за однаковий період часу, половина залишилася маси розпадається за такий же період і т.д. Звідси вираз – період напіврозпаду, однаковий завжди для певного ізотопу, який ніколи не розпадається повністю (100%), а зменшується за кожний період напіврозпаду в 2 рази, завжди залишаючи якусь нераспавшегося частку. Вважається, що після десяти періодів напіврозпаду можна вже не побоюватися радіації.

Кожен ізотоп має певний період напіврозпаду – від часток секунд до тисяч років. При розщепленні урану утворюється суміш радіоактивних короткоживучих (стронцій – 89, цирконій – 95, молібден – 99, йод – 131, рубідій – 86, барій – 140, цезій – 131 та інші з періодом напіврозпаду від 3 до 65 діб) і довгоживучих ізотопів ( криптон – 85, стронцій – 90, рутеній – 106, цезій – 137, прометій – 147) з періодом напіврозпаду від 1 (рутеній – 106 і цезій – 134) до 29 років (стронцій – 90). Період напіврозпаду плутонію – 239 становить 24 000 років.

Основна частина радіації пропадає протягом декількох місяців або років (короткоживучі ізотопи). В цілях безпеки відходів ми повинні їх зберігати 240000 років (10 періодів напіврозпаду плутонію). Короткочасна ізоляція відходів здійснюється в глибоких заповнених водою резервуарах (вода захищає від радіації, поглинаючи тепло). Важче з довготривалою ізоляцією, яка і становить найбільшу небезпеку через псування контейнерів під впливом води, землетрусів і т.д.
Можливі аварії атомних станцій – це також важливий фактор тепла (приклад Чорнобиля та інших станцій).