Атомна енергія
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Я́дерна ене́ргія (атомна 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.
Зміст |
[ред.] Природа і видобування
Атомна енергія — енергія, що виділяється під час перетворень атомних ядер. Перетворення ці можуть відбуватися спонтанно (див. Радіоактивність) або від діяння нейтронів і прискорених заряджених частинок (див. Ядерні реакції). Ця енергія в мільйони разів перевищує хімічну енергію, напр. при горінні.
Атомна енергія зумовлюється ядерними силами, які діють між нуклонами, тобто нейтронами, і протонами.
Енергія зв'язку, яка припадає на 1 нуклон, неоднакова для різних ядер. Вона найбільша для ядер середньої ваги (8,6 Мев); для найважчих ядер — бл. 7,5 Мев; для легких ядер вона змінюється від 1,1 Мев (D12) до 7,0 Мев (He24). Перетворення ядер з меншою енергією зв'язку, яка припадає на 1 нуклон, в ядра з більшою енергією зв'язку супроводиться виділенням енергії. Напр., якщо поділити ядро з атомною вагою А = 200 і середньою енергією зв'язку нуклонів 7,5 Мев на два ядра з середньою енергією 8,6 Мев, то при цьому виділиться енергія Е = 200 X X (8,6—7,5) = 220 Мев. Якщо утворити ядро гелію з двох ядер дейтерію, то виділиться енергія Е = 4 (7—1,1) = 23,6 Мев.
Для одержання А. е. можна користуватися ядерними реакціями поділу і ядерними реакціями синтезу. Реакції синтезу можуть відбуватися тільки тоді, коли ядра наближаються одне до одного на відстань, меншу за 10-13 см, на якій починають діяти ядерні сили. Зближенню ядер протидіють кулонівські сили відштовхування; тому, щоб ці сили подолати, ядра повинні мати достатню енергію. Одержання вільних нейтронів і прискорення руху заряджених частинок вимагає витрати енергії. Імовірність попадання таких частинок у ядра дуже мала. Тому витрачена енергія перевищує енергію, яка виділяється при ядерних реакціях. Енергетичний виграш можна дістати тільки в тому випадку, коли перетворення відбувається внаслідок ланцюгових реакцій. Реакції синтезу можуть бути ланцюговими при дуже високих т-рах — в десятки і навіть сотні мільйонів градусів (див. Термоядерні реакції). При цих умовах речовина існує у вигляді плазми, і енергія окремих частинок плазми (ε = 3/2 kT) достатня для подолання кулонівського відштовхування. Такі високі т-ри існують в надрах зірок, однією з яких є Сонце. Саме внаслідок термоядерних реакцій синтезу Сонце випромінює енергію. В галузі оволодіння керованими термоядерними реакціями синтезу вже розв'язано одну з основних проблем — термічну ізоляцію плазми, яка здійснюється за допомогою магнітних полів. Особливо важливим у реакціях синтезу є те, що як «пальне» для них можна використовувати дейтерій у практично необмеженій кількості. Дейтерій же міститься у важкій воді, яка є домішкою до води морів і [океан]ів. Ланцюгові реакції поділу можуть відбуватися тому, що поділ кожного ядра супроводиться виділенням кількох нейтронів, які при захваті їх іншими ядрами знову можуть спричинити поділ з виділенням нових нейтронів, і т д. Якщо створити умови, при яких кількість виділених нейтронів, що спричиняють поділ нових ядер, буде, в середньому більша від одиниці на один поділ, то ланцюгова реакція безперервно розвиватиметься. Якщо ж ланцюгова реакція розвивається дуже швидко, то вона набуває характеру вибуху, напр. в атомній бомбі. Після вибуху атомної бомби виникає дуже висока т-ра. яка є необхідною умовою протікання термоядерних реакцій; це використовується поки що лише у водневій бомбі. Швидкість ланцюгових реакцій поділу регулюють поки що тільки в ядерних реакторах. Енергія, що виділяється внаслідок цих реакцій, відводиться від реактора у вигляді тепла за допомогою теплоносіїв, якими можуть бути вода, пара, рідкі метали, гази тощо. Ця теплова енергія використовується на ядерних електростанціях і в атомних двигунах.
[ред.] Використання
Використання атомної енергії стимулюється насамперед тим, що вже на першому етапі її використання вартість електроенергії, одержуваної від атомних і вугільних станцій, приблизно однакова[1].
Економічна перевага атомних електростанцій над тепловими безперервно зростатиме як внаслідок їхнього удосконалення, так і внаслідок подорожчання кам'яного вугілля, торфу, нафти і природного газу, запаси яких у верхніх шарах Землі швидко зменшуються. При сучасних темпах зростання використовування енергії цих запасів палива може вистачити на 100—150 років, використання ж ядерних реакцій поділу урану, торію і плутонію зможе збільшити цей строк ще на 200—300 років.
Лише оволодіння термоядерними реакціями синтезу забезпечить людство енергією в необмеженій кількості і на необмежений термін.
[ред.] Використання в енергетиці
Першу в світі атомну електростанцію було збудовано в СРСР і пущено 27 червня 1954.
У 1959 в СРСР закінчено будівництво першого в світі криголама «Ленин» з атомним двигуном. Будується кілька атомних електростанцій — у Воронезькій обл. потужністю 420 тис. квт, на Уралі потужністю 400 тис. квт, в Ленінградській обл. потужністю 420 тис. квт та ін. У вересні 1958 пущено першу чергу атомної електростанції. Загальна проектна потужність станції становить 600 тис. кет.
[ред.] Використання у техніці
[ред.] Література
- Українська радянська енциклопедія
- Шпольський Е. В. Атомна фізика, т. 2. К., 1953.