Способы изменения ядерной энергии

10 примеров использования ядерной энергии

ядерная энергия может использоваться по-разному: производить тепло, электроэнергию, сохранять пищу, находить новые ресурсы или использоваться в качестве медицинского лечения.

Эта энергия получается из реакции, которая происходит в ядре атомов, минимальные единицы вещества химических элементов вселенной.

Эти атомы могут иметь разные формы, называемые изотопами. Они стабильны и нестабильны, в зависимости от изменений, которые они испытывают в ядре.

Именно нестабильность содержания нейтронов или атомной массы делает их радиоактивными. Именно радиоизотопы или нестабильные атомы производят ядерную энергию.

Радиоактивность, которую они испускают, может быть использована, например, в области медицины с радиотерапией. Один из методов, используемых в лечении рака, среди других применений.

Далее я принесу вам 10 видов использования ядерной энергии. Также можно увидеть 14 преимуществ и недостатков использования атомной энергии..

Список 10 примеров ядерной энергии

1- Производство электроэнергии

Ядерная энергия используется для производства электроэнергии более экономично и устойчиво, при условии, что она используется с пользой.

Электричество является фундаментальным ресурсом для современного общества, поэтому снижение затрат, которое происходит с ядерной энергией, может способствовать доступу большего количества людей к электрическим носителям..

Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) за 2015 год, в Северной Америке и Южной Азии лидирует мировое производство электроэнергии с помощью ядерной энергии. Оба превышают 2000 тераватт в час (ТВтч).

2- Улучшение урожая и увеличение мировых ресурсов

Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) в своем отчете за 2015 год заявляет, что в мире «795 миллионов недоедающих людей».

Хорошее использование ядерной энергии может способствовать решению этой проблемы, генерируя больше ресурсов. Фактически, ФАО разрабатывает совместные программы с МАГАТЭ для этой цели..

По данным Всемирной ядерной ассоциации, атомная энергия способствует увеличению продовольственных ресурсов за счет удобрений и генетических изменений в пищевых продуктах..

Использование ядерной энергии позволяет более эффективно использовать удобрения, довольно дорогое вещество. С некоторыми изотопами, такими как азот-15 или фосфор-32, растения могут использовать максимально возможное количество удобрений, не теряя их в окружающей среде..

С другой стороны, трансгенные продукты позволяют увеличить производство продуктов питания за счет изменения или обмена генетической информацией. Один из способов получить эти мутации через ионное излучение.

Однако есть много организаций, которые выступают против этого вида практики за их вред для здоровья и окружающей среды. Это случай Гринпис, который выступает за органическое сельское хозяйство.

3- Борьба с вредителями

Ядерная энергия позволяет разработать технику стерилизации насекомых, которая служит для предотвращения вредителей в посевах..

Это техника стерильных насекомых (SIT). Согласно отчету ФАО за 1998 год, это был первый метод борьбы с вредителями, в котором использовалась генетика..

Этот метод заключается в разведении насекомых определенного вида, которые обычно вредны для сельскохозяйственных культур, в контролируемом пространстве.

Самцов стерилизуют небольшим молекулярным излучением и оставляют в пораженной области для спаривания с самками. Чем больше бесплодных самцов насекомых разводят в неволе, тем меньше будет диких и плодовитых насекомых..

Таким образом, избежать экономических потерь в области сельского хозяйства. Эти программы стерилизации использовались в разных странах. Например, Мексика, где, по данным Всемирной ядерной ассоциации, имела успех.

4- Сохранение продуктов питания

Борьба с вредителями от радиации с помощью ядерной энергии, позволяет лучше сохранить пищу.

Методы облучения позволяют избежать массовых потерь пищи, особенно в тех странах, где жаркий и влажный климат.

Кроме того, атомная энергия используется для стерилизации бактерий, присутствующих в таких продуктах, как молоко, мясо или овощи. Это также способ продлить жизнь скоропортящихся продуктов, таких как клубника или рыба.

По мнению защитников ядерной энергии, эта практика не влияет на питательные вещества продуктов и не оказывает вредного воздействия на здоровье.

Они не думают так же, как большинство экологических организаций, которые продолжают защищать традиционный метод сбора урожая..

5- Увеличение ресурсов питьевой воды

Ядерные реакторы производят тепло, которое можно использовать для опреснения воды. Этот аспект особенно полезен для тех засушливых стран, где не хватает ресурсов питьевой воды..

Этот метод облучения позволяет превратить соленую морскую воду в чистую воду, пригодную для питья..

Кроме того, по данным Всемирной ядерной ассоциации, гидрологические методы с использованием изотопов позволяют более точно отслеживать природные водные ресурсы..

МАГАТЭ разработало совместные программы с такими странами, как Афганистан, для поиска новых водных ресурсов в этой стране..

6- Использование ядерной энергии в медицине

Одним из выгодных видов использования радиоактивности ядерной энергией является создание новых методов лечения и технологий в области медицины. Это то, что известно как ядерная медицина.

Эта отрасль медицины позволяет профессионалам быстрее и точнее ставить диагнозы своим пациентам, а также лечить их..

По данным Всемирной ядерной ассоциации, десять миллионов пациентов в мире ежегодно получают ядерную медицину, и более 10 000 больниц используют радиоактивные изотопы при лечении..

Атомная энергия в медицине может быть найдена в рентгеновских лучах или в лечении, столь же важном как радиотерапия, широко используемая в раке.

По данным Национального института рака, «лучевая терапия (также называемая лучевой терапией) — это лечение рака, при котором используются высокие дозы радиации для уничтожения раковых клеток и уменьшения опухолей»..

Это лечение имеет недостаток; Это может вызвать побочные эффекты в здоровых клетках организма, повредить их или вызвать изменения, которые обычно восстанавливаются после излечения..

7- Промышленное применение

Радиоизотопы, присутствующие в ядерной энергии, позволяют лучше контролировать выбросы в окружающую среду..

С другой стороны, атомная энергия довольно эффективна, не оставляет отходов и намного дешевле, чем другие виды промышленного производства..

Инструменты, используемые на атомных станциях, приносят гораздо большую выгоду, чем они стоят. Через несколько месяцев они экономят деньги, которые стоят в начальный момент, до того, как они амортизируются..

С другой стороны, меры, используемые для калибровки количества радиации, также обычно содержат радиоактивные вещества, обычно гамма-лучи. Эти приборы избегают прямого контакта с измеряемым источником.

Этот метод особенно полезен при работе с веществами, которые могут быть чрезвычайно едкими для человека.

8- Это меньше загрязняет окружающую среду, чем другие виды энергии

Атомные электростанции производят чистую энергию. По данным Национального географического общества, их можно строить в сельских или городских районах, не оказывая серьезного воздействия на окружающую среду..

Хотя, как мы видели, в недавних событиях, таких как Фукусима, отсутствие контроля или авария могут иметь катастрофические последствия для больших гектаров территории и для населения поколений лет и лет.

Если сравнивать его с энергией, производимой углем, то верно, что он выбрасывает меньше газов в атмосферу, избегая парникового эффекта.

9- Космические миссии

Ядерная энергия также использовалась для экспедиций в космосе.

Системы ядерного деления или радиоактивного распада используются для выработки тепла или электричества с помощью радиоизотопных термоэлектрических генераторов, которые обычно используются для космических зондов.

Химический элемент, из которого ядерная энергия извлекается в этих случаях, — плутоний-238. С помощью этих устройств было выполнено несколько экспедиций: миссия Кассини на Сатурн, миссия Галилео на Юпитер и миссия «Новые горизонты» на Плутон.

Последним пространственным экспериментом, который был проведен с помощью этого метода, был запуск корабля Curiosity в рамках исследований, проводимых вокруг планеты Марс..

По данным Всемирной ядерной ассоциации, последняя намного больше предыдущих и способна производить больше электроэнергии, чем солнечные панели..

10- Ядерное оружие

Военная индустрия всегда была одной из первых, которая обновлялась в области новых технологий и технологий. В случае ядерной энергии, это не будет меньше.

Существует два типа ядерного оружия: те, которые используют этот источник в качестве движителя для производства тепла, электричества в различных устройствах или те, которые непосредственно ищут взрыв.

В этом смысле можно различать транспортные средства, такие как военный самолет или хорошо известная атомная бомба, которая генерирует устойчивую цепь ядерных реакций..

Последние могут быть изготовлены из разных материалов, таких как уран, плутоний, водород или нейтроны.

По данным МАГАТЭ, Соединенные Штаты были первой страной, которая создала ядерную бомбу, поэтому она была одной из первых, кто осознал преимущества и опасности этой энергии..

С тех пор эта страна как великая мировая держава установила мирную политику в использовании ядерной энергии.

Программа сотрудничества с другими государствами, которая началась с выступления президента Эйзенхауэра в 1950-х годах перед Организацией Объединенных Наций и Международным агентством по атомной энергии.

Негативные эффекты ядерной энергии

Некоторые из опасностей использования атомной энергии следующие:

1- Разрушительные последствия ядерных аварий

Один из самых больших рисков для ядерной или атомной энергии — аварии, которые могут произойти в реакторах в любое время..

Как уже было продемонстрировано в Чернобыле или на Фукусиме, эти катастрофы оказывают разрушительное воздействие на жизнь с высоким уровнем загрязнения радиоактивными веществами в растениях, животных и в воздухе..

Чрезмерное воздействие радиации может привести к таким заболеваниям, как рак, а также к порокам развития и непоправимому ущербу в будущих поколениях.

2- Вредные эффекты трансгенных продуктов

Экологические организации, такие как «Гринпис», критикуют сельскохозяйственный метод, защищаемый сторонниками ядерной энергии..

Среди других классификаторов они утверждают, что этот метод является очень разрушительным из-за большого количества воды и масла, которые потребляют.

Это также имеет экономические последствия, такие как тот факт, что эти методы могут заплатить только за них и получить доступ к нескольким, разрушая мелких фермеров.

3- Ограничение производства урана

Как нефть и другие источники энергии, используемые людьми, уран, один из наиболее распространенных ядерных элементов, конечно. То есть он может быть исчерпан в любое время.

Вот почему многие защищают использование возобновляемых источников энергии вместо ядерной энергии.

4- Требуются большие установки

Производство с использованием ядерной энергии может быть дешевле, чем другие виды энергии, но стоимость строительства заводов и реакторов высока.

Кроме того, мы должны быть очень осторожны с этим типом конструкции и с персоналом, который будет работать на них, потому что он должен быть высококвалифицированным, чтобы избежать любой возможной аварии.

Крупнейшие ядерные аварии в истории

Атомная бомба

На протяжении всей истории было множество атомных бомб. Первый состоялся в 1945 году в Нью-Мексико, но два самых важных, без сомнения, были те, которые взорвались в Хиросиме и Нагасаки во время Второй мировой войны. Их звали Маленький Человек и Толстяк соответственно.

Чернобыльская авария

Он произошел на АЭС в городе Припять, Украина, 26 апреля 1986 года. Он считается одной из самых серьезных экологических катастроф рядом с аварией на Фукусиме..

Помимо произошедших смертей, почти все работники завода, были тысячи людей, которые должны были быть эвакуированы и которые никогда не могли вернуться в свои дома.

Сегодня город Припять по-прежнему является городом-призраком, который подвергался разграблению и который стал туристической достопримечательностью для самых любопытных.

Авария на Фукусиме

Это произошло 11 марта 2011 года. Это вторая самая серьезная ядерная авария после Чернобыля..

Это произошло в результате цунами в восточной Японии, которое взорвало здания, где находились ядерные реакторы, выпустив большое количество радиации наружу.

Тысячи людей пришлось эвакуировать, а город понес серьезные экономические потери.

Примечание: эта статья была опубликована 27 февраля 2017 г..

Источник

Атомная энергетика сегодня, типы реакторов и переход к экологически чистой энергии

Поскольку правительства стран всего мира признают настоятельную необходимость сокращения выбросов парниковых газов, ядерная энергия, похоже, будет занимать все более важное место в энергетическом балансе ближайших десятилетий. Но для многих людей то, что представляет собой технология ядерной энергии сегодня и чем она будет завтра, является чем-то лишь весьма туманным. Как же работают ядерные реакторы, и может ли атом снова стать «нашим другом»?

реклама

2 декабря 1942 года под футбольным стадионом Stagg Field Чикагского университета была активирована Чикаго Пайл-1 — Chicago Pile-1 (CP-1), ставшая первым в мире ядерным реактором. Сегодня, 78 лет спустя, 440 реакторов вырабатывают более 10 процентов мировой энергии, и еще 50 реакторов находятся в стадии строительства.

реклама

Наряду с такой важной ролью, ядерная энергия имеет плохую репутацию. Это объясняется рядом сложных факторов. Атомная энергия до сих пор остается для многих загадкой, она ассоциируется с радиоактивными отходами и ядерным оружием, она все еще находится под бременем десятилетий пропаганды холодной войны, а также трех чрезвычайно громких аварий реакторов в США, СССР и Японии.

В настоящее время строительство и разработка реакторов сильно замедлились в последние десятилетия 20-го века, но, возможно, эта отрасль находится на пороге возрождения. Несмотря на свою репутацию, ядерная энергия имеет ряд преимуществ. Она не только не содержит углерода и выбросов. Она производит огромное количество энергии при очень малой площади. Она может быть размещена в любом регионе. И, что удивительно, у нее самый низкий уровень смертности на киловатт среди всех источников энергии.

Как работает ядерная энергия?

Вся современная ядерная энергетика основана на принципе ядерного деления, когда тяжелый, нестабильный атом распадается на два небольших. Это происходит естественным образом везде, даже в молекулах нашего собственного тела, но в ядерном реакторе это расщепление атомов происходит в гораздо больших масштабах.

Типичный ядерный реактор состоит из активной зоны, состоящей из топливных стержней, которые содержат гранулы обогащенного урана или плутония. Обогащенный означает, что уран был обработан в центрифуге для увеличения соотношения расщепляющихся атомов урана-235 и нерасщепляющихся урана-238. Эти топливные стержни упаковываются вместе, чередуются с управляющими стержнями из кадмия или иных материалов и погружаются в воду внутри защитной оболочки.

реклама

Внутри активной зоны атомы урана расщепляются естественным образом. При этом часть мощной силы, связывающей атомы вместе, высвобождается в виде гамма-излучения, а также пары нейтронов. Пока нейтроны летят, вода действует как замедлитель. То есть она замедляет эти нейтроны, увеличивая вероятность того, что они будут взаимодействовать с другими атомами урана.

Если один из этих нейтронов поглощается атомом урана-235, этот атом становится нестабильным и расщепляется, высвобождая больше энергии и больше нейтронов. Этот каскад нейтронов и расщепляющихся атомов перерастает в цепную реакцию, в результате которой выделяется энергия, достаточная для питания города в течение десятилетий. Чтобы реакция не вышла из-под контроля и не расплавила активную зону, можно вставить управляющие стержни, поглощающие нейтроны и гасящие выход.

Все это включает в себя множество очень сложных физических моментов, но в результате получается «гигантский чайник», который нагревает воду. Эта горячая вода проходит через теплообменник и нагревает еще один контур воды для создания пара, который затем вращает турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.

реклама

По своей сути, ядерная энергия — это способ получения пара. Однако в настоящее время в эксплуатации находится ряд моделей реакторов, которые прошли через три технологических поколения — поколение I было первыми прототипами, поколение II — первыми промышленными реакторами, а поколение III — это, по сути, поколение II с более продвинутыми характеристиками. Четвертое и пятое поколения усовершенствованных реакторов только разрабатываются. Помимо этих энергетических реакторов, существуют и реакторы для специальных целей, такие как исследовательские реакторы и реакторы, предназначенные для производства оружейного плутония, а также реакторы для производства радиоактивных изотопов для широкого спектра применений, например, для медицины.

Современные типы реакторов

Вот краткая информация о том, как работают основные типы реакторов, используемых сегодня. Следует иметь в виду, что некоторые из этих основных конструкций были разработаны еще в 1950-х годах и на протяжении более 60 лет постоянно совершенствовались, чтобы сделать их более безопасными и эффективными.

Водо-водяной ядерный реактор (PWR)

Pressurized Water Reactor

Наиболее распространенным типом реактора является реактор с водой под давлением (PWR), который первоначально был разработан в США для питания атомных подводных лодок, а в настоящее время используется в более чем 20 странах. Это конструкция, описанная выше, в которой вода используется и как замедлитель, и как теплоноситель.

В современных конструкциях реакторов PWR топливо обогащается примерно до 3,2 процента урана-235 и формируется в таблетки весом около 10 граммов, которые запечатываются в стержни из циркониевого сплава. Контейнер из нержавеющей стали, окружающий реактор, предназначен как для герметизации всех ядерных продуктов, так и для использования в качестве сосуда под давлением, который поддерживает жидкую воду при более высокой температуре, как в скороварке, для большей эффективности. Контейнер, в свою очередь, закрыт стальным и бетонным щитом, чтобы удержать содержимое реактора даже в случае расплавления.

В старых конструкциях реакторов PWR вода с теплоносителем выходила из защитного экрана и использовалась для выработки электроэнергии. Чтобы поддерживать активную зону реактора холодной, вода должна была постоянно активно прокачиваться. Оба варианта создавали проблемы с безопасностью, как это было во время катастрофы на острове Три-Майл, поэтому в более поздних реакторах использовалась серия контуров теплообменников и резервные пассивные системы циркуляции воды для поддержания охлаждения активной зоны даже в случае полной остановки.

Кипящий водо-водяной реактор (BWR)

Boiling water reactor

Следующий по распространенности реактор, известный как реактор с кипящей водой (BWR), является более простым и практически менее безопасным, чем PWR. Как следует из названия, воде в контуре теплоносителя дают возможность закипеть, и пар поступает непосредственно в турбину из защитной оболочки, а после повторной конденсации возвращается в реактор. Это обеспечивает большую вероятность радиоактивного заражения.

Схема кипящего водо-водяного реактора

Существует 10 стран, использующих конструкцию BWR. Одна из них — Япония, и в катастрофе на Фукисиме в 2011 году участвовали шесть реакторов BWR, построенных в 1960-х и 70-х годах, которые уже считались устаревшими с точки зрения безопасности, когда цунами и землетрясение разрушили реакторный комплекс.

Тяжеловодный ядерный реактор (CANDU)

Heavy Water Reactor

Вариантом реактора с водяным охлаждением и замедлителем является реактор на тяжелой воде под высоким давлением или канадский дейтериевый уран (CANDU). Эта разработка использует необогащенный уран. Вместо обычной воды в реакторе используется тяжелая вода, в которой многие атомы водорода заменены на изотоп водорода, называемый дейтерием. У тяжелой воды меньше шансов поглотить нейтроны, поэтому требуется меньше обогащенного топлива. Кроме того, тяжелая вода создает собственные нейтроны, что делает ядерный реактор более медленным, стабильным и легко контролируемым.

Улучшенный реактор с газовым охлаждением AGR

Два самых ранних типа промышленных реакторов — Magnox и усовершенствованный газовый реактор (AGR). Они являются прямыми потомками первой атомной сваи в Чикаго в 1942 году и были построены в Великобритании с 1956 по 1971 год. Как и CP-1, они используют блоки графита в качестве замедлителя, хотя топливо, представляющее собой металлический уран или оксид урана, запаяно в контейнеры из магниевого сплава или нержавеющей стали, а не в стержни.

Для охлаждения в этих реакторах используется двуокись углерода. Поскольку прежний реактор Магнокс был предназначен в основном для производства плутония, он был не очень эффективен, поэтому был создан реактор AGR, который работает при более высокой температуре для лучшего производства пара и работы турбин.

Реактор большой мощности канальный

Реактор большой мощности канальный, РБМК был разработан в СССР примерно в то же время, что и Magnox, и имеет некоторые общие конструктивные особенности, хотя это совершенно другая машина. В РБМК используется очень мощная графитовая активная зона с водяным охлаждением, состоящая примерно из 1700 вертикальных каналов, содержащих оксид урана, обогащенный до 1,8 процента урана-235. Вода циркулирует под давлением и затем используется для выработки пара.

Хотя большое количество РБМК все еще работает в бывших странах СССР, их печально известная небезопасная конструкция была продемонстрирована Чернобыльской катастрофой в 1986 году, когда инженеры нарушили протоколы безопасности во время имитации испытания на отключение электроэнергии, в результате чего активная зона одного из реакторов комплекса была разорвана паром, после чего произошло возгорание графитового замедлителя.

Реакторы будущего

В настоящее время в мире наблюдается появление реакторов IV поколения, а за ними последует и V поколение. К ним относятся модульные реакторы, которые могут быть построены на заводах, а не на объекте; реакторы с галечным слоем, реакторы, охлаждаемые расплавленной солью или свинцом, и реакторы, использующие быстрые нейтроны для создания большего количества топлива, чем потребляется. Эти конструкции реакторов имеют общую цель — сделать атомные электростанции по своей сути более безопасными, дешевыми, эффективными, быстровозводимыми и производящими гораздо меньше ядерных отходов.

В 1950-х годах часто можно было услышать о наступлении атомного века, который принесет с собой всевозможные чудеса. Этого не произошло, но если ядерные технологии смогут продвинуться в разработке реакторов, обеспечении устойчивого источника топлива и удовлетворительном ответе на вопрос о ядерных отходах — с возможностью практической термоядерной энергии — то, возможно, в 21 веке появится менее идеалистическая версия того атомного века.

Источник