Атомная энергетика
ЛЕКЦИЯ №3
Прежде чем отвечать на поставленный вопрос, вероятно, нелишне будет напомнить читателю о принципах работы атомной электростанции (АЭС) и ее устройстве.
Одним из крупнейших достижений науки в XX в является освобождение и использование атомной энергии для нужд человечества. Это великое открытие, к сожалению, было, прежде всего, использовано в военных целях (вспомним о взрывах американских атомных бомб 6 и 9 августа 1945 г. над японскими городами Хиросимой и Нагасаки) и только позднее в мирных.
Современная атомная энергетика зиждется на экспериментально установленном факте деления тяжелых ядер элементов (урана, плутония, тория) в результате попадания в ядро нейтрона, благодаря чему развивается цепная реакция с выделением огромного количества энергии (тепла).
Интересно отметить, что один из трех названных элементов – плутоний – практически на Земле не встречается. Это не помешало, однако, добытому в ядерных реакторах плутонию, 239Pu, стать наряду с ураном важнейшим ядерным топливом. Торий Th пока не получил применение, но рассматривается как перспективное ядерное топливо.
|
|
Важно заметить, что масса тяжелого ядра (урана, плутония или тория) до ядерной реакции несколько больше суммы, масс, получаемых в результате реакции продуктов реакции, т.е. имеем дело с так называемым дефектом массы – явлением, связанным с огромным энерговыделением.
Забегая несколько вперед, скажем, что ядерные реакции с огромным энерговыделением могут происходить и в результате синтеза ядер элементов, обладающих малым атомным весом, например изотопов водорода – дейтерия и трития. Но это уже термоядерная реакция, о которой речь пойдет позже.
Существенно отметить, что число нейтронов, являющихся истинными инициаторами реакции деления тяжелых ядер, в результате реакции увеличивается, во всяком случае, оно больше единицы. Это и создает возможность цепной реакции.
В качестве ядерного топлива в реакции деления ядер используются обогащенный природный уран и искусственно полученный плутоний.
Природный металлический уран состоит в основном из двух изотопов: 235U и 238U. Первого в природном уране всего лишь около 0,7%, а второго – примерно 99,3%.
Главную роль в энергетике играет 235U, ядро которого в случае попадания в него, так называемого замедленного, или теплового, нейтрона делится с выделением огромного количества энергии (тепла) и испусканием двух или трех нейтронов (в среднем 2,46 нейтрона).
Если происходит деление 1 кг 235U, то выделяется 1,9·1010 ккал или 2,22·107 кВт·ч тепла. Поскольку при сжигании 1 кг тут выделяется 7000 ккал тепла, 1 кг 235U энергетически эквивалентен 2,7·106 кг тут. Для АЭС мощностью 1 млн. кВт потребуется в сутки с учетом реальных потерь не 7100 т условного топлива (7100 тут), а только 3 кг 235 U.