Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую. Атомная энергетика
Материалы к уроку
Конспект урока
Для того чтобы контролировать цепную реакцию, необходимо управлять количеством нейтронов, участвующих в процессе. Рассмотрим подробнее процесс осуществления управляемой цепной реакции. Этот процесс проходит в специальных устройствах, которые получили название ядерные реакторы. В любом реакторе, непременно, должны выполняться два основных условия – это управляемость реакциями и безопасность.
Каким же образом можно управлять ядерной реакцией? Регулируя скорость увеличения числа свободных нейтронов, которые высвобождаются в ходе превращения внутри ядра атома урана так, что их количество остается со временем неизменным, получают длительную цепную реакцию. Эта реакция не имеет лавинообразного характера, то есть она не приводит к взрыву. История создания ядерного реактора ведет свой отсчет с декабря 1942 года. Первый ядерный реактор был запущен в Соединенных Штатах Америки, руководителем проекта был итальянский физик Энри́ко Фе́рми. Именно Вторая мировая война ускорила развитие ядерной индустрия, которая получила колоссальное финансирование. В прикладной ядерной физики был совершен такой значительный скачек: причем, были созданы не только ядерные реакторы, но и военное ядерное оружие.
К «черной» стороне этого процесса, можно отнести атомную бомбардировку двух японских городов Хиросимы и Нагасаки, которая была совершена в конце Второй мировой войны. В Советском Союзе реактор первый ядерный реактор заработал в 1946 году, и был первым для европейского континента. Руководителем проекта был Игорь Васильевич Курчатов. А к 1978 году количество ядерных реакторов уже превысило сотню. В настоящее время существуют различные типы ядерных реакторов. Они отличаются по мощности, по типу ядерного топлива (то есть делящегося вещества), по типу замедлителя и так далее. Остановимся на реакторе, который получил название реактор на медленных нейтронах. В качестве ядерного топлива в таких реакторах используют уран-235.В уране, добытом природным путем, небольшое содержание этого изотопа, всего 0,7%. Искусственным путем его количество можно увеличить до 5%. Этот процесс так же называют обогащением урана.
Место, где протекает основной процесс превращения ядер, получил название активная зона. В активной зоне находится ядерное топливо в виде стержней. Стержни могут подниматься и опускаться в активную зону. Это было сделано с целью безопасности. Масса каждого из стержней меньше критической, поэтому, пока он будет уединен, в нем цепной реакции не будет. При погружении стержней в активную зону, масса урана достигает критического уровня и начинается реакция. Оболочка активной зоны называется отражателем, она покрыта слоем вещества, способным отражать нейтроны. Дальше идет оболочка из бетона, предназначение которой задерживать различные частицы, ее еще называют защитой. В качестве замедлителя нейтронов в активной зоне, используют воду или графит. Так же для управления пользуются регулирующими стержнями, изготовленными из веществ, хорошо поглощающих нейтроны. Если управляющий стержень погружен в реактор, то цепная реакция протекать не будет. Активная зона реактора соединена с теплообменником. Вода в этом контуре не только замедляет нейтроны, но и отводит тепло. В змеевике энергия пара преобразуется в электроэнергию. Пар вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит во вращение ротор генератора. И на выходе получаем электрический ток. Так, поэтапно, энергия разорвавшегося ядра превращается в электроэнергию: часть внутренней энергии атомных ядер урана переходит в кинетическую энергию нейтронов и осколков ядер, данная кинетическая энергия становиться внутренней энергией воды, которая видоизменяется во внутреннюю энергию пара, кинетическая энергия пара преобразуется в кинетическую энергию ротора турбины и ротора генератора, которая впоследствии превращается в электрическую энергию.
Почему же атомные станции, а именно на этих станциях находятся ядерные реакторы, которые вырабатывают энергию, получили такое широкое распространение?
Положительные аспекты АЭС
1. Для работы станции необходимо малое количество топлива.
2. Атомные станции во много раз экологичнее тепловых, которые выбрасывают в окружающую среду огромное количество загрязняющих веществ.
3. Для строительства станции не требуются огромных территорий или специальное географическое местоположение.
Поэтому, на сегодняшний день, АЭС получили такое широкое распространение.
Наряду с неоспоримым достоинством такого источника энергии, существует и ряд основных проблем.
1. Создание ядерного оружия. Ведь обладание соответствующими технологиями позволяет создавать и оружие, об опасности которого мы уже упоминали ранее на примере Хиросимы и Нагасаки.
2. Радиоактивные отходы.
3. Возможность аварии.
На сегодняшний день, 31 страна пользуется атомными электростанциями. На карте синим и голубым цветом отмечены территории, на которых уже действуют АЭС. Зеленым цветом отмечены территории, на которых строятся или только планируют строить АЭС. Для решения проблем и для обеспечения безопасности при работе станций, создаются специальные контролирующие структуры. Большой вклад вносит деятельность Международного агентства по атомной энергии при ООН, которое было создано в 1957 г. для контроля за безопасным применением ядерной энергии в мирных целях.
Каким же образом можно управлять ядерной реакцией? Регулируя скорость увеличения числа свободных нейтронов, которые высвобождаются в ходе превращения внутри ядра атома урана так, что их количество остается со временем неизменным, получают длительную цепную реакцию. Эта реакция не имеет лавинообразного характера, то есть она не приводит к взрыву. История создания ядерного реактора ведет свой отсчет с декабря 1942 года. Первый ядерный реактор был запущен в Соединенных Штатах Америки, руководителем проекта был итальянский физик Энри́ко Фе́рми. Именно Вторая мировая война ускорила развитие ядерной индустрия, которая получила колоссальное финансирование. В прикладной ядерной физики был совершен такой значительный скачек: причем, были созданы не только ядерные реакторы, но и военное ядерное оружие.
К «черной» стороне этого процесса, можно отнести атомную бомбардировку двух японских городов Хиросимы и Нагасаки, которая была совершена в конце Второй мировой войны. В Советском Союзе реактор первый ядерный реактор заработал в 1946 году, и был первым для европейского континента. Руководителем проекта был Игорь Васильевич Курчатов. А к 1978 году количество ядерных реакторов уже превысило сотню. В настоящее время существуют различные типы ядерных реакторов. Они отличаются по мощности, по типу ядерного топлива (то есть делящегося вещества), по типу замедлителя и так далее. Остановимся на реакторе, который получил название реактор на медленных нейтронах. В качестве ядерного топлива в таких реакторах используют уран-235.В уране, добытом природным путем, небольшое содержание этого изотопа, всего 0,7%. Искусственным путем его количество можно увеличить до 5%. Этот процесс так же называют обогащением урана.
Место, где протекает основной процесс превращения ядер, получил название активная зона. В активной зоне находится ядерное топливо в виде стержней. Стержни могут подниматься и опускаться в активную зону. Это было сделано с целью безопасности. Масса каждого из стержней меньше критической, поэтому, пока он будет уединен, в нем цепной реакции не будет. При погружении стержней в активную зону, масса урана достигает критического уровня и начинается реакция. Оболочка активной зоны называется отражателем, она покрыта слоем вещества, способным отражать нейтроны. Дальше идет оболочка из бетона, предназначение которой задерживать различные частицы, ее еще называют защитой. В качестве замедлителя нейтронов в активной зоне, используют воду или графит. Так же для управления пользуются регулирующими стержнями, изготовленными из веществ, хорошо поглощающих нейтроны. Если управляющий стержень погружен в реактор, то цепная реакция протекать не будет. Активная зона реактора соединена с теплообменником. Вода в этом контуре не только замедляет нейтроны, но и отводит тепло. В змеевике энергия пара преобразуется в электроэнергию. Пар вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит во вращение ротор генератора. И на выходе получаем электрический ток. Так, поэтапно, энергия разорвавшегося ядра превращается в электроэнергию: часть внутренней энергии атомных ядер урана переходит в кинетическую энергию нейтронов и осколков ядер, данная кинетическая энергия становиться внутренней энергией воды, которая видоизменяется во внутреннюю энергию пара, кинетическая энергия пара преобразуется в кинетическую энергию ротора турбины и ротора генератора, которая впоследствии превращается в электрическую энергию.
Почему же атомные станции, а именно на этих станциях находятся ядерные реакторы, которые вырабатывают энергию, получили такое широкое распространение?
Положительные аспекты АЭС
1. Для работы станции необходимо малое количество топлива.
2. Атомные станции во много раз экологичнее тепловых, которые выбрасывают в окружающую среду огромное количество загрязняющих веществ.
3. Для строительства станции не требуются огромных территорий или специальное географическое местоположение.
Поэтому, на сегодняшний день, АЭС получили такое широкое распространение.
Наряду с неоспоримым достоинством такого источника энергии, существует и ряд основных проблем.
1. Создание ядерного оружия. Ведь обладание соответствующими технологиями позволяет создавать и оружие, об опасности которого мы уже упоминали ранее на примере Хиросимы и Нагасаки.
2. Радиоактивные отходы.
3. Возможность аварии.
На сегодняшний день, 31 страна пользуется атомными электростанциями. На карте синим и голубым цветом отмечены территории, на которых уже действуют АЭС. Зеленым цветом отмечены территории, на которых строятся или только планируют строить АЭС. Для решения проблем и для обеспечения безопасности при работе станций, создаются специальные контролирующие структуры. Большой вклад вносит деятельность Международного агентства по атомной энергии при ООН, которое было создано в 1957 г. для контроля за безопасным применением ядерной энергии в мирных целях.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ