Prezentare despre dezvoltarea energiei nucleare. Prezentare „Energia nucleară” în fizică – proiect, raport. Sistem de siguranță pe mai multe niveluri al reactoarelor moderne

slide 2

POARTĂ:

Evaluează pozitivul și laturile negative utilizarea energiei nucleare în societatea modernă.Pentru a-și forma idei legate de amenințarea pentru lume și umanitate atunci când se utilizează energia nucleară.

slide 3

Aplicarea energiei nucleare

Energia este fundația fundațiilor. Toate beneficiile civilizației, toate sferele materiale ale activității umane – de la spălarea hainelor până la explorarea Lunii și Marte – necesită consum de energie. Și cu cât mai departe, cu atât mai mult. Astăzi, energia nucleară este utilizată pe scară largă în multe sectoare ale economiei. Se construiesc submarine puternice și nave de suprafață cu centrale nucleare. Cu ajutorul atomului pașnic, se realizează căutarea mineralelor. Aplicații în masă în biologie, agricultură, medicină, în explorarea spațiului a găsit izotopi radioactivi.

slide 4

Energie: „PENTRU”

A) Energie nucleara este azi cea mai buna priveliste primind energie. Economic, de mare putere, ecologic atunci când este utilizat corect. b) Centralele nucleare, în comparație cu termocentralele tradiționale, au un avantaj în costul combustibilului, care este mai ales pronunțat în acele regiuni în care există dificultăți în furnizarea de combustibil și resurse energetice, precum și o tendință constantă de creștere a costurilor de producție a combustibililor fosili. . c) De asemenea, centralele nucleare nu tind să polueze mediul natural cu cenușă, gaze de ardere cu CO2, NOx, SOx, ape uzate care conțin produse petroliere.

Slide 5

Centrala nucleara, centrala termica, centrala hidroelectrica - civilizatie moderna

Civilizația modernă este de neconceput fără energie electrica. Generarea și utilizarea energiei electrice crește în fiecare an, dar spectrul viitoarei înfometări de energie se profilează deja în fața omenirii din cauza epuizării zăcămintelor de combustibili fosili și a pierderilor tot mai mari de mediu în producția de energie electrică. Energia eliberată în reacțiile nucleare este de milioane de ori mai mare decât cea dată de reacțiile chimice obișnuite (de exemplu, reacția de ardere), deci valoare calorica combustibilul nuclear este nemăsurat mai mare decât combustibilul convențional. Utilizarea combustibilului nuclear pentru a genera energie electrică este o idee extrem de tentantă.Avantajele centralelor nucleare (CNE) față de centralele termice (CHP) și hidroelectrice (CHP) sunt evidente: nu există deșeuri, nu există emisii de gaze, nu este nevoie de efectuare. volume uriașe de construcție, construiesc baraje și îngroapă terenuri fertile pe fundul lacurilor de acumulare. Poate mai ecologic decât centralele nucleare, doar centralele care folosesc energia radiației solare sau a vântului. Dar atât morile de vânt, cât și stațiile solare sunt încă cu putere redusă și nu pot satisface nevoile oamenilor de electricitate ieftină - iar această nevoie crește mai rapid. Și totuși, fezabilitatea construirii și exploatării centralelor nucleare este adesea pusă la îndoială din cauza efectelor nocive ale substanțelor radioactive asupra mediu inconjurator si o persoana.

slide 6

Perspective pentru energia nucleară

După un început bun, țara noastră a rămas în urma țărilor lider ale lumii în dezvoltarea energiei nucleare din toate punctele de vedere. Desigur, energia nucleară poate fi abandonată cu totul. Astfel, riscul de expunere a oamenilor și amenințarea cu accidente nucleare vor fi complet eliminate. Dar apoi, pentru a satisface nevoile energetice, va fi necesară creșterea construcției de centrale termice și hidrocentrale. Și acest lucru va duce inevitabil la o poluare mare a atmosferei cu substanțe nocive, la acumularea în atmosferă a unei cantități în exces de dioxid de carbon, schimbările climatice ale Pământului și încălcarea balanței termice la scară globală. Între timp, spectrul foametei de energie începe să amenințe cu adevărat omenirea.Radiația este o forță formidabilă și periculoasă, dar cu atitudinea potrivită este foarte posibil să lucrezi cu ea. În mod caracteristic, cei care se confruntă în mod constant cu ea și sunt bine conștienți de toate pericolele asociate cu acesta se tem cel mai puțin de radiații. În acest sens, este interesant să comparăm statisticile și evaluarea intuitivă a gradului de pericol al diferiților factori din viața de zi cu zi. Astfel, s-a stabilit că cel mai mare număr de vieți umane sunt purtate de fumat, alcool și mașini. Între timp, potrivit persoanelor din grupuri de populație care diferă ca vârstă și educație, cel mai mare pericol pentru viață îl reprezintă energia nucleară și armele de foc (prejudiciul cauzat umanității de fumat și alcool este clar subestimat). Specialiștii care pot evalua cel mai bine meritele și posibilitățile de utilizare a energiei nucleare inginerii cred că omenirea nu se mai poate lipsi de energia atomului. Energie nucleară- una dintre cele mai promițătoare modalități de a satisface foamea energetică a omenirii în fața problemelor energetice asociate cu utilizarea combustibililor fosili.

Slide 7

Avantajele energiei nucleare

Există atât de multe avantaje ale centralelor nucleare. Sunt complet independente de siturile de exploatare a uraniului. Combustibilul nuclear este compact și are o durată de viață lungă. Centralele nucleare sunt orientate către consumatori și devin din ce în ce mai solicitate în acele locuri în care există o penurie acută de combustibili fosili, iar nevoia de energie electrică este foarte mare. Un alt avantaj este costul redus al energiei primite, relativ costuri mici pentru construcții. În comparație cu centralele termice, centralele nucleare nu emit o cantitate atât de mare de substanțe nocive în atmosferă, iar funcționarea lor nu duce la o creștere a efectului de seră. În prezent, oamenii de știință se confruntă cu sarcina de a crește eficiența utilizării uraniului. Se rezolvă cu ajutorul reactoarelor de reproducere rapidă (FRN). Împreună cu reactoarele cu neutroni termici, acestea măresc producția de energie pe tonă de uraniu natural de 20-30 de ori. Odată cu utilizarea integrală a uraniului natural, devine profitabilă extragerea acestuia din minereuri foarte sărace și chiar extragerea acestuia din apa de mare. Utilizarea centralelor nucleare cu RBN duce la unele dificultăți tehnice, care sunt în prezent abordate. Ca combustibil, Rusia poate folosi uraniu foarte îmbogățit eliberat ca urmare a reducerii numărului de focoase nucleare.

Slide 8

Medicamentul

Metodele de diagnostic și terapie și-au demonstrat eficiența ridicată. Când celulele canceroase sunt iradiate cu raze γ, acestea încetează să se divizeze. Iar dacă cancerul este într-un stadiu incipient, atunci tratamentul este de succes.În scopuri de diagnostic se folosesc cantități mici de izotopi radioactivi. De exemplu, bariul radioactiv este utilizat pentru fluoroscopia stomacului Utilizarea cu succes a izotopilor în studiul metabolismului iodului al glandei tiroide

Slide 9

Cel mai bun dintre cei mai buni

Kashiwazaki-Kariwa, cea mai mare centrală nucleară din lume în ceea ce privește capacitatea instalată (din 2008), este situată în orașul japonez Kashiwazaki, prefectura Niigata. Cinci reactoare cu apă fierbinte (BWR) și două reactoare avansate cu apă fierbinte (ABWR) sunt în funcțiune, cu o capacitate totală de 8.212 GigaWatt.

slide 10

CNE Zaporojie

Slide 11

Înlocuire alternativă pentru centrala nucleară

Energia soarelui. Cantitatea totală de energie solară care ajunge la suprafața Pământului este de 6,7 ori mai mare decât potențialul global de resurse de combustibili fosili. Utilizarea a doar 0,5% din această rezervă ar putea acoperi complet necesarul de energie al lumii timp de milenii. Pe Sev. Potențialul tehnic al energiei solare în Rusia (2,3 miliarde de tone de combustibil convențional pe an) este de aproximativ 2 ori mai mare decât consumul de combustibil de astăzi.

slide 12

Căldura pământului. Energia geotermală - tradus literal înseamnă: pământ energie termală. Volumul Pământului este de aproximativ 1085 miliarde km cubi și tot, cu excepția unui strat subțire al scoarței terestre, are o temperatură foarte ridicată. Dacă luăm în considerare și capacitatea termică a rocilor Pământului, devine clar că căldura geotermală este, fără îndoială, cea mai mare sursă de energie disponibilă în prezent omului. Mai mult, aceasta este energie în forma sa pură, deoarece există deja sub formă de căldură și, prin urmare, nu este necesar să ardă combustibil sau să creeze reactoare pentru a-l obține.

slide 13

Avantajele reactoarelor apă-grafit

Avantajele unui reactor cu grafit canal sunt posibilitatea de a utiliza simultan grafitul ca moderator și ca material structural. miez, care permite utilizarea canalelor tehnologice în versiuni înlocuibile și neînlocuibile, utilizarea tijei de combustibil într-un design tijă sau tubular cu răcire pe o singură față sau pe toate părțile lichidului de răcire al acestora. Schema de proiectare a reactorului și a miezului face posibilă organizarea realimentării cu combustibil la un reactor în funcțiune, aplicarea principiului zonal sau secțional al construcției miezului, care permite profilarea eliberării de energie și îndepărtarea căldurii, utilizarea pe scară largă a proiectelor standard și implementarea supraîncălzirii cu abur nuclear, adică supraîncălzirea cu abur direct în miez.

Slide 14

Energia nucleară și mediul înconjurător

Astăzi, energia nucleară și impactul ei asupra mediului sunt problemele cele mai presante la congresele și întâlnirile internaționale. Această problemă a devenit deosebit de acută după accidentul de la Centrala Nucleară de la Cernobîl (ChNPP). Problemele legate de lucrările de instalare la centralele nucleare sunt rezolvate la astfel de congrese. Precum și problemele care afectează starea echipamentelor de lucru din aceste stații. După cum știți, activitatea centralelor nucleare se bazează pe scindarea uraniului în atomi. Prin urmare, extracția acestui combustibil pentru stații este, de asemenea, o problemă importantă astăzi. Multe probleme legate de centralele nucleare sunt legate într-un fel sau altul de mediu. Deşi funcţionarea centralelor nucleare aduce un numar mare de energie utilă, dar, din păcate, toate „plusurile” din natură sunt compensate de „minusurile” lor. Industria nucleară nu face excepție: în exploatarea centralelor nucleare, acestea se confruntă cu problemele de eliminare, depozitare, procesare și transportare a deșeurilor.

slide 15

Cât de periculoasă este energia nucleară?

Energia nucleară este o industrie în curs de dezvoltare. Este evident că îi este destinat un viitor mare, deoarece rezervele de petrol, gaze, cărbune se epuizează treptat, iar uraniul este un element destul de comun pe Pământ. Dar trebuie amintit că energia nucleară este asociată cu un pericol crescut pentru oameni, care, în special, se manifestă prin consecințele extrem de nefavorabile ale accidentelor cu distrugerea reactoarelor nucleare.

slide 16

Energie: „împotrivă”

„împotriva” centralelor nucleare: a) Consecințele teribile ale accidentelor la centralele nucleare. b) Impact mecanic local asupra reliefului - în timpul construcției. c) Daune aduse persoanelor în sisteme tehnologice- în timpul operației. d) Scurgerea apelor de suprafață și subterane care conțin componente chimice și radioactive. e) Schimbarea naturii utilizării terenurilor și a proceselor de schimb în imediata vecinătate a centralei nucleare. f) Modificări ale caracteristicilor microclimatice ale zonelor adiacente.

Slide 17

Nu numai radiații

Funcționarea unei centrale nucleare este însoțită nu numai de pericolul poluării cu radiații, ci și de alte tipuri de impact asupra mediului. Efectul principal este termic. Este de una și jumătate până la două ori mai mare decât de la centralele termice. În timpul funcționării centralelor nucleare, devine necesară răcirea aburului de evacuare. cu cel mai mult într-un mod simplu se răcește cu apă dintr-un râu, lac, mare sau bazine special construite. Apa încălzită la 5-15 ° C revine din nou la aceeași sursă. Dar această metodă poartă cu ea pericolul deteriorării situației mediului în mediul acvatic la locația centralei nucleare.Sistemul de alimentare cu apă care utilizează turnuri de răcire, în care apa este răcită datorită evaporării și răcirii sale parțiale, este mai larg. folosit. Pierderile mici sunt completate prin hrănirea constantă cu apă dulce. Cu un astfel de sistem de răcire, o cantitate imensă de vapori de apă și umiditate condensată este eliberată în atmosferă. Acest lucru poate duce la o creștere a cantității de precipitații, a frecvenței formării de ceață și a înnorășării.În ultimii ani, a fost folosit un sistem de vapori de apă răcit cu aer. În acest caz, nu există pierderi de apă și este cea mai ecologică. Cu toate acestea, un astfel de sistem nu funcționează la temperaturi medii ridicate ale mediului ambiant. În plus, costul energiei electrice crește semnificativ.

Slide 18

inamic invizibil

Trei elemente radioactive, uraniu, toriu și actiniu, sunt în principal responsabile pentru radiația naturală terestră. Aceste elemente chimice sunt instabile; în descompunere, eliberează energie sau devin surse de radiații ionizante. De regulă, în timpul dezintegrarii, se formează un gaz radon greu invizibil, insipid și inodor. Există ca doi izotopi: radon-222, un membru al seriei radioactive formate din produșii de descompunere ai uraniului-238, și radon-220 (numit și toron), un membru al seriei radioactive a toriu-232. Radonul se formează în mod constant în adâncurile Pământului, se acumulează în roci și apoi se deplasează treptat de-a lungul crăpăturilor până la suprafața Pământului.O persoană primește foarte des radiații de la radon în timp ce este acasă sau la serviciu și nu conștientizează pericolul, în o cameră închisă, neventilata , în care concentrația sa de acest gaz este crescută - o sursă de radiații. Radonul pătrunde în casă de la sol - prin fisuri în fundație și prin podea - și se acumulează în principal la etajele inferioare ale rezidențiale și industriale. cladiri. Dar astfel de cazuri sunt cunoscute și atunci când clădirile rezidențiale și clădirile industriale sunt ridicate direct pe vechile haldări ale întreprinderilor miniere, în care elementele radioactive sunt prezente în cantități semnificative. Dacă în construcții se folosesc materiale precum granit, piatră ponce, alumină, fosfogips, cărămidă roșie, zgură de silicat de calciu, materialul peretelui devine o sursă de radiație de radon.Gazul natural folosit în sobe cu gaz (în special propan lichefiat în butelii) este de asemenea un potențial. sursa radonului. Și dacă apa pentru nevoile casnice este pompată din straturi de apă adânci saturate cu radon, atunci o concentrație mare de radon în aer chiar și atunci când spălați hainele! Apropo, s-a constatat că concentrația medie de radon în baie este de obicei de 40 de ori mai mare decât în camerele de zi și de câteva ori mai mare decât în bucătărie.

Slide 19

„gunoi” radioactiv

Chiar dacă o centrală nucleară funcționează perfect și fără cea mai mică defecțiune, funcționarea ei duce inevitabil la acumularea de substanțe radioactive. Prin urmare, oamenii trebuie să rezolve o problemă foarte serioasă, al cărei nume este depozitarea în siguranță a deșeurilor. Deșeurile din orice industrie cu o scară mare de producție de energie, diverse produse și materiale creează o problemă uriașă. Poluarea mediului și a atmosferei în multe părți ale planetei noastre inspiră anxietate și teamă. Vorbim despre posibilitatea de a păstra lumea animală și vegetală nu în forma sa originală, ci cel puțin în cadrul standardelor minime de mediu.Deșeurile radioactive sunt generate în aproape toate etapele ciclului nuclear. Se acumulează sub formă de substanțe lichide, solide și gazoase cu diferite niveluri de activitate și concentrație. Majoritatea deșeurilor sunt de nivel scăzut: apă folosită pentru curățarea gazelor și suprafețelor reactorului, mănuși și încălțăminte, unelte contaminate și becuri arse din încăperi radioactive, echipamente uzate, praf, filtre de gaz și multe altele.

Slide 20

Combaterea deșeurilor radioactive

Gazele și apa poluată sunt trecute prin filtre speciale până ajung la puritatea aerului atmosferic și bând apă. Filtrele care au devenit radioactive sunt reciclate împreună cu deșeurile solide. Se amestecă cu ciment și se transformă în blocuri sau se toarnă în rezervoare de oțel împreună cu bitum fierbinte.Cel mai dificil lucru de pregătit pentru depozitarea pe termen lung este deșeurile de activitate. Cel mai bine este să transformați astfel de „gunoi” în sticlă și ceramică. Pentru a face acest lucru, deșeurile sunt calcinate și topite cu substanțe care formează o masă vitroceramică. Se calculează că va dura cel puțin 100 de ani pentru a dizolva 1 mm din stratul de suprafață al unei astfel de mase în apă Spre deosebire de multe deșeuri chimice, pericolul deșeurilor radioactive scade în timp. Majoritatea izotopilor radioactivi au un timp de înjumătățire de aproximativ 30 de ani, așa că după 300 de ani vor dispărea aproape complet. Deci, pentru eliminarea finală a deșeurilor radioactive, este necesară construirea unor astfel de instalații de depozitare pe termen lung, care să permită izolarea fiabilă a deșeurilor de la pătrunderea lor în mediu până la dezintegrarea completă a radionuclizilor. Astfel de depozite se numesc cimitire.

Slide 21

Explozie la centrala nucleară de la Cernobîl pe 26 aprilie 1986.

Pe 25 aprilie, a 4-a unitate de putere a fost oprită pt reparatii programate, timp în care au fost programate mai multe teste de echipamente. În conformitate cu programul, puterea reactorului a fost redusă și apoi au început problemele asociate cu fenomenul de „otrăvire cu xenon” (acumularea de izotop de xenon într-un reactor care funcționează la putere redusă, inhibând și mai mult funcționarea reactorului). Pentru a compensa otrăvirea, au fost ridicate tije absorbante, iar puterea a început să crească. Ce s-a întâmplat în continuare nu este tocmai clar. Raportul Grupului Consultativ Internațional pentru Securitate Nucleară menționa: „Nu se știe cu siguranță ce a cauzat supratensiunea care a dus la distrugerea reactorului. Centrala nucleara de la Cernobîl". Ei au încercat să atenueze această creștere bruscă coborând tijele absorbante, cu toate acestea, din cauza designului lor nereușit, nu a fost posibil să încetinească reacția și a avut loc o explozie.

slide 22

Cernobîl

O analiză a accidentului de la Cernobîl confirmă în mod convingător că contaminarea radioactivă a mediului este cea mai importantă consecință asupra mediului. accidente cu radiații cu degajări de radionuclizi, principalul factor care influențează starea de sănătate și condițiile de viață ale oamenilor din zonele expuse contaminării radioactive.

slide 23

Cernobîl japonez

Recent, a avut loc o explozie la centrala nucleară Fukushima 1 (Japonia) din cauza unui cutremur puternic. Accidentul de la centrala nucleară de la Fukushima a fost primul dezastru la o instalație nucleară cauzat de impactul, deși indirect, al unui dezastru natural. Până acum, cele mai mari accidente au fost de natură „internă”: au fost cauzate de o combinație de elemente structurale nereușite și eroare umană.

slide 24

Explozie în Japonia

La stația Fukushima-1, situată în prefectura cu același nume, pe 14 martie, a explodat hidrogenul, care se acumulase sub acoperișul celui de-al treilea reactor. Potrivit Tokyo Electric Power Co (TEPCO), operatorul centralei nucleare. Japonia a informat Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA) că, în urma exploziei de la centrala nucleară Fukushima-1, fondul de radiații din zona accidentului a depășit limita permisă.

slide 25

Consecințele radiațiilor:

Mutații Cancer (tiroidă, leucemie, sân, plămân, stomac, intestine) Tulburări ereditare Sterilitatea ovariană la femei. Demenţă

slide 26

Coeficientul de sensibilitate tisulară la doza de radiație echivalentă

Slide 27

Rezultate radiații

Slide 28

Concluzie

Factori „Pentru” centrale nucleare: 1. Energia nucleară este de departe cel mai bun tip de producție de energie. Economic, de mare putere, ecologic atunci când este utilizat corect. 2. Centralele nucleare, în comparație cu termocentralele tradiționale, au un avantaj în costul combustibilului, care este deosebit de pronunțat în acele regiuni în care există dificultăți în furnizarea de combustibil și resurse energetice, precum și o tendință constantă de creștere a costurilor de producție a combustibililor fosili. . 3. De asemenea, centralele nucleare nu tind să polueze mediul natural cu cenușă, gaze de ardere cu CO2, NOx, SOx, ape uzate care conțin produse petroliere. Factori „Împotriva” centralelor nucleare: 1. Consecințele teribile ale accidentelor la centralele nucleare. 2. Impact mecanic local asupra reliefului - în timpul construcției. 3. Deteriorarea persoanelor în sistemele tehnologice - în timpul funcționării. 4. Scurgerea apelor de suprafață și subterane care conțin componente chimice și radioactive. 5. Schimbarea naturii utilizării terenurilor și a proceselor de schimb în imediata vecinătate a centralei nucleare. 6. Modificări ale caracteristicilor microclimatice ale zonelor adiacente.

Vizualizați toate diapozitivele

slide 2

Energie nucleara

§66. Fisiunea nucleelor de uraniu. §67. Reacție în lanț. §68. Reactor nuclear. §69. Energie nucleara. §70. Efectul biologic al radiațiilor. §71. Producerea și aplicarea izotopilor radioactivi. §72. reactie termonucleara. §73. Particule elementare. Antiparticule.

slide 3

§66. Fisiunea nucleelor de uraniu

Cine și când a descoperit fisiunea nucleelor de uraniu? Care este mecanismul fisiunii nucleare? Ce forțe acționează în nucleu? Ce se întâmplă în timpul fisiunii nucleare? Ce se întâmplă cu energia când un nucleu de uraniu se fisiază? Cum se schimbă temperatura mediului în timpul fisiunii nucleelor de uraniu? Cât de mare este energia eliberată?

slide 4

Fisiunea nucleelor grele.

Spre deosebire de dezintegrarea radioactivă a nucleelor, însoțită de emisia de particule α sau β, reacțiile de fisiune sunt un proces în care un nucleu instabil este împărțit în două fragmente mari de mase comparabile. În 1939, oamenii de știință germani O. Hahn și F. Strassmann au descoperit fisiunea nucleelor de uraniu. Continuând cercetările începute de Fermi, ei au descoperit că atunci când uraniul este bombardat cu neutroni, apar elemente din partea de mijloc a sistemului periodic - izotopi radioactivi ai bariului (Z = 56), kripton (Z = 36) etc. Uraniul apare în natura sub forma a doi izotopi: uraniu-238 si uraniu-235 (99,3%) si (0,7%). Când sunt bombardate de neutroni, nucleele ambilor izotopi se pot împărți în două fragmente. În acest caz, reacția de fisiune a uraniului-235 are loc cel mai intens pe neutroni lenți (termici), în timp ce nucleele de uraniu-238 intră într-o reacție de fisiune numai cu neutroni rapizi cu o energie de aproximativ 1 MeV.

Slide 5

Reacție în lanț

Principalul interes pentru energia nucleară este reacția de fisiune nucleară a uraniului-235. În prezent, sunt cunoscuți aproximativ 100 de izotopi diferiți cu numere de masă de la aproximativ 90 la 145, care decurg din fisiunea acestui nucleu. Două reacții tipice de fisiune ale acestui nucleu sunt următoarele: Rețineți că, ca urmare a fisiunii nucleare inițiate de un neutron, sunt produși noi neutroni care pot provoca reacții de fisiune ale altor nuclee. Produșii de fisiune ai nucleelor de uraniu-235 pot fi și alți izotopi de bariu, xenon, stronțiu, rubidiu etc.

slide 6

În fisiunea unui nucleu de uraniu-235, care este cauzată de o coliziune cu un neutron, sunt eliberați 2 sau 3 neutroni. În condiții favorabile, acești neutroni pot lovi alte nuclee de uraniu și pot provoca fisiunea acestora. În această etapă, vor apărea deja de la 4 la 9 neutroni, capabili să provoace noi dezintegrari ale nucleelor de uraniu etc. Un astfel de proces asemănător avalanșei se numește reacție în lanț

Schema de dezvoltare a unei reacții în lanț de fisiune a nucleelor de uraniu este prezentată în figură

Slide 7

factor de multiplicare

Pentru ca o reacție în lanț să aibă loc, așa-numitul factor de multiplicare a neutronilor trebuie să fie mai mare decât unitatea. Cu alte cuvinte, ar trebui să existe mai mulți neutroni în fiecare generație ulterioară decât în cea anterioară. Factorul de multiplicare este determinat nu numai de numărul de neutroni produși în fiecare eveniment elementar, ci și de condițiile în care se desfășoară reacția - unii dintre neutroni pot fi absorbiți de alte nuclee sau pot părăsi zona de reacție. Neutronii eliberați în timpul fisiunii nucleelor de uraniu-235 pot provoca doar fisiunea nucleelor aceluiași uraniu, care reprezintă doar 0,7% din uraniul natural.

Slide 8

Masa critica

Cea mai mică masă de uraniu la care este posibilă o reacție în lanț se numește masă critică. Modalități de reducere a pierderii de neutroni: Folosind o înveliș reflectorizant (din beriliu), Reducerea cantității de impurități, Utilizarea unui moderator de neutroni (grafit, apă grea), Pentru uraniu-235 - M cr = 50 kg (r = 9 cm).

Slide 9

Diagrama unui reactor nuclear

slide 10

În zona activă a unui reactor nuclear are loc o reacție nucleară controlată cu eliberarea unei cantități mari de energie.

Primul reactor nuclear a fost construit în 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi.La noi, primul reactor a fost construit în 1946 sub conducerea lui I. V. Kurchatov

Slide 11

Teme pentru acasă

§66. Fisiunea nucleelor de uraniu. §67. Reacție în lanț. §68. Reactor nuclear. Răspunde la întrebările. Desenați o diagramă a reactorului. Ce substanțe și cum sunt utilizate într-un reactor nuclear? (în scris)

slide 12

reacții termonucleare.

Reacțiile de fuziune ale nucleelor ușoare se numesc reacții termonucleare, deoarece pot avea loc numai la temperaturi foarte ridicate.

slide 13

A doua modalitate de a elibera energia nucleară este asociată cu reacțiile de fuziune. În timpul fuziunii nucleelor ușoare și formării unui nou nucleu, o cantitate mare de energie ar trebui eliberată. De o importanță practică deosebită este faptul că în timpul unei reacții termonucleare, este eliberată mult mai multă energie per nucleon decât în timpul unei reacții nucleare, de exemplu, în timpul sintezei unui nucleu de heliu din nucleele de hidrogen, este eliberată o energie egală cu 6 MeV, iar când un nucleu de uraniu este fisionat, un nucleon reprezintă „0,9 MeV.

Slide 14

Condiții pentru o reacție termonucleară

Pentru ca două nuclee să intre într-o reacție de fuziune, trebuie să se apropie la o distanță de acțiune a forțelor nucleare de ordinul 2 10–15 m, depășind repulsia electrică a sarcinilor lor pozitive. Pentru aceasta, energia cinetică medie a mișcării termice a moleculelor trebuie să depășească energia potențială a interacțiunii Coulomb. Calculul temperaturii necesare T pentru aceasta duce la o valoare de ordinul 108–109 K. Aceasta este o temperatură extrem de ridicată. La această temperatură, substanța se află într-o stare complet ionizată, care se numește plasmă.

slide 15

Reacție termonucleară controlată

reacție favorabilă din punct de vedere energetic. Cu toate acestea, poate apărea doar la temperaturi foarte ridicate (de ordinul a câteva sute de milioane de grade). La o densitate mare a materiei, o astfel de temperatură poate fi atinsă prin crearea de descărcări puternice de electroni în plasmă. În acest caz, apare o problemă - este dificil să păstrați plasma. În stele apar reacții termonucleare auto-susținute

slide 16

criză de energie

a devenit o adevărată amenințare pentru umanitate. În acest sens, oamenii de știință au propus extragerea unui izotop de hidrogen greu - deuteriu - din apa de mare și supunerea acestuia la reacții de topire nucleară la temperaturi de aproximativ 100 de milioane de grade Celsius. Cu o topire nucleară, deuteriul obținut dintr-un kilogram de apă de mare va putea produce atâta energie cât este eliberată la arderea a 300 de litri de benzină ___ TOKAMAK (camera magnetică toroidală cu curent)

Slide 17

Cel mai puternic TOKAMAK modern, care servește doar în scopuri de cercetare, este situat în orașul Abingdon, lângă Oxford. Înălțime de 10 metri, generează plasmă și o menține în viață doar aproximativ 1 secundă.

Slide 18

TOKAMAK (CAMERA TOROIDALA CU BOBINE MAGNETICE)

acesta este un dispozitiv electrofizic, al cărui scop principal este formarea plasmei. Plasma este reținută nu de pereții camerei, care nu sunt capabili să reziste la temperatura acesteia, ci de un câmp magnetic special creat, care este posibil la temperaturi de aproximativ 100 de milioane de grade, și păstrarea ei pentru un timp suficient de lung într-un volum dat. Posibilitatea de a obține plasmă la temperaturi ultraînalte face posibilă realizarea unei reacții de fuziune termonucleară a nucleelor de heliu din materie primă, izotopi de hidrogen (itritiu deuteriu

slide 1

* ATOMCON-2008 26.06.2008 Strategia de dezvoltare a energiei nucleare în Rusia până în 2050 Rachkov V.I., Director al Departamentului de Politică Științifică a Corporației de Stat „Rosatom”, Doctor în Științe Tehnice, Profesor

slide 2

* Prognoze mondiale pentru dezvoltarea energiei nucleare Egalizarea consumului specific de energie în țările dezvoltate și în curs de dezvoltare va necesita o creștere de trei ori a cererii de resurse energetice până în 2050. O pondere semnificativă a creșterii cererii mondiale de combustibil și energie poate fi preluată de energia nucleară, care îndeplinește cerințele energiei pe scară largă în ceea ce privește siguranța și economia. WETO - „World Energy Technology Outlook - 2050”, Comisia Europeană, 2006 „The Future of Energy”, Massachusetts Institute of Nuclear Technology, 2003

slide 3

* Starea și perspectivele imediate pentru dezvoltarea industriei energetice nucleare din lume 12 țări construiesc 30 de unități nucleare cu o capacitate totală de 23,4 GW(e). aproximativ 40 de țări și-au anunțat oficial intenția de a crea un sector nuclear în energia lor națională. Până la sfârșitul anului 2007, 439 de reactoare nucleare cu o capacitate totală instalată de 372,2 GW(el) funcționau în 30 de țări (unde trăiește două treimi din populația lumii). Ponderea nucleară în producția de energie electrică în lume a fost de 17%. Țara Număr reactoare, buc. Putere, MW Ponderea AE în prod. E/E, % Franța 59 63260 76,9 Lituania 1 1185 64.4 Slovacia 5 2034 54.3 Belgia 7 5824 54.1 Ucraina 15 13107 48.1 Suedia 10 9014 46.1 Armenia 1 376 43.5 Slovenia 1 666 41.6 Switzerland 5 3220 40.0 Hungary 4 1829 36. 20 17451 35,3 Bulgaria 2 1906 32,3 Cehia 6 3619 30,3 Finlanda 4 2696 28,9 Japonia 55 47587 27,5 Germania 17 20470 27,3 Țara Număr reactoare, buc. Putere, MW Ponderea AE în prod. E/E, % SUA 104 100582 19.4 Taiwan (China) 6 4921 19.3 Spania 8 7450 17.4 Rusia 31 21743 16.0 Marea Britanie 19 10222 15.1 Canada 18 12589 14.7 Romania 2 1300 13.0 Argentina 2 935 6.2 Africa de Sud 2 1800 5.5 Mexic 2 1360 4,6 Netherlands 1 482 4,1 Brazilia 2 1795 2,8 India 17 3782 2,5 Pakistan 2 425 2,3 China 11 8572 1,9 Total 439 372202 17,0

slide 4

* Dezvoltarea în două etape a ingineriei nucleare Producerea de energie la reactoare termice și acumularea de plutoniu în acestea pentru lansarea și dezvoltarea paralelă a reactoarelor rapide. Dezvoltarea unui AE la scară largă bazat pe reactoare rapide, care înlocuiește treptat generarea tradițională de energie pe bază de combustibili fosili. Scopul strategic al dezvoltării energiei nucleare a fost stăpânirea resurselor inepuizabile de combustibil ieftin - uraniu și, eventual, toriu, pe baza de reactoare rapide. Sarcina tactică a dezvoltării AE a fost utilizarea reactoarelor termice pe U-235 (stăpânite pentru producerea de materiale de calitate pentru arme, plutoniu și tritiu și pentru submarine nucleare) pentru a produce energie și radioizotopi pentru economia națională și pentru a acumula plutoniu de calitate pentru reactoare rapide.

slide 5

* Industria nucleară rusă În prezent, industria include: Complexul de arme nucleare (NWC). Complexul de securitate nucleară și de radiații (NRS). Nuclear complex energetic(NEC): ciclu al combustibilului nuclear; energie nucleara. Complex științific și tehnic (NTC). Corporația de Stat ROSATOM este chemată să asigure unitatea sistemului de management pentru a sincroniza programele de dezvoltare a industriei cu sistemul de priorități externe și interne al Rusiei. Obiectivul principal al JSC Atomenergoprom este de a forma o companie globală care să concureze cu succes pe piețele cheie.

slide 6

* În 2008, există 10 centrale nucleare (31 de unități de putere) cu o capacitate de 23,2 GW. În 2007, centralele nucleare au produs 158,3 miliarde kWh de energie electrică. Ponderea centralelor nucleare: în producția totală de energie electrică - 15,9% (în partea europeană - 29,9%); în capacitatea totală instalată - 11,0%. CNE rusești în 2008

Slide 7

Slide 8

* Dezavantajele energiei nucleare moderne Ciclul deschis al combustibilului nuclear al reactoarelor termice este o resursă limitată de combustibil și o problemă a managementului SNF. Costuri mari de capital pentru construcția de centrale nucleare. Orientare către unități de putere cu capacitate mare de unitate cu referire la nodurile rețelei de energie și consumatorii mari de energie. Capacitate scăzută a NPP de a manevra puterea. În prezent, lumea nu are o strategie specifică de gestionare a SNF din reactoare termice (până în 2010 se vor acumula peste 300.000 de tone de SNF, cu o creștere anuală de 11.000-12.000 de tone de SNF). Rusia a acumulat 14.000 de tone de SNF cu o radioactivitate totală de 4,6 miliarde de Ci, cu o creștere anuală de 850 de tone de SNF. Este necesar să treceți la o metodă uscată de stocare a SNF. Este oportun să se amâne reprocesarea în mare parte a combustibilului nuclear iradiat până la începerea construcției în serie a reactoarelor rapide de nouă generație.

slide 9

* Probleme ale managementului RW și SNF Un reactor termic cu o capacitate de 1 GW produce anual 800 de tone de deșeuri radioactive de nivel scăzut și mediu și 30 de tone de SNF de nivel înalt. Deșeurile de activitate, care ocupă mai puțin de 1% din volum, ocupă 99% din totalul activității. Niciuna dintre țări nu a trecut la utilizarea tehnologiilor care permit rezolvarea problemei manipulării combustibilului nuclear iradiat și a deșeurilor radioactive. Un reactor termic cu o putere electrică de 1 GW produce 200 kg de plutoniu anual. Rata de acumulare a plutoniului în lume este de ~70 t/an. Principalul document internațional care reglementează utilizarea plutoniului este Tratatul de neproliferare a armelor nucleare (TNP). Pentru a consolida regimul de neproliferare, este nevoie de sprijinul tehnologic al acestuia.

slide 10

* Directii ale strategiei in domeniul ingineriei nucleare Finalizarea productiei elementelor critice ale tehnologiei centralei nucleare la întreprinderile rusești, incluse integral sau parțial în structura Corporației de Stat „ROSATOM”. Crearea de furnizori alternativi de echipamente de bază pentru actualii monopolişti. Pentru fiecare tip de echipament, se presupune că se formează cel puțin doi producători posibili. Este necesară formarea de alianțe tactice și strategice între Corporația de Stat ROSATOM și principalii participanți la piață.

slide 11

* Cerințe pentru tehnologiile energetice la scară largă Tehnologia energetică la scară largă nu ar trebui să fie supusă incertitudinilor naturale asociate cu extracția combustibililor fosili. Procesul de „ardere” a combustibilului trebuie să fie sigur. Deșeurile care urmează să fie conținute trebuie să nu fie mai active din punct de vedere fizic și chimic decât combustibilul original. Cu o creștere moderată a capacității nucleare instalate, energia nucleară se va dezvolta în principal pe reactoare termice cu o pondere nesemnificativă a reactoarelor rapide. În cazul dezvoltării intensive a energiei nucleare, reactoarele rapide vor juca un rol decisiv în aceasta.

slide 12

* Energia nucleară și riscul proliferării nucleare Elemente ale energiei nucleare care determină riscul proliferării nucleare: Noua tehnologie nucleară nu ar trebui să conducă la deschiderea de noi canale pentru obținerea de materiale de calitate pentru arme și utilizarea lor în astfel de scopuri. Dezvoltarea energiei nucleare bazată pe reactoare rapide cu un ciclu de combustibil construit corespunzător creează condiții pentru o reducere treptată a riscului de proliferare nucleară. Separarea izotopilor de uraniu (imbogatire). Separarea plutoniului și/sau U-233 de combustibilul iradiat. Depozitarea pe termen lung a combustibilului iradiat. Depozitarea plutoniului separat.

slide 13

* Dezvoltarea industriei nucleare rusești până în 2020 Concluzie: 3,7 GW Kalinin 4 finalizarea NVNPP-2 1 Rostov 2 finalizarea NVNPP-2 2 Rostov 3 Rostov 4 LNPP-2 1 LNPP-2 2 LNPP-2 3 Beloyarka 4 BN-800 Kola 2 NVNPP 3 LNPP-2 4 Kola 1 LNPP 2 LNPP 1 NVNPP 4 Severskaya 1 Nijni Novgorod 1 Nijni Novgorod 2 Kola-2 1 Kola-2 2 obligatoriu program suplimentar program Punere în funcțiune: 32,1 GW (program obligatoriu) Plus 6,9 GW (program suplimentar) numărul de unități de putere cu finanțare garantată (FTP) este limitat de linia roșie linia albastră indică programul obligatoriu pentru punerea în funcțiune a unităților de putere Nizhny Novgorod 3 YuUralskaya 2 Tverskaya 1 Tverskaya 2 Central 1 Tverskaya 3 Tverskaya 4 Yuuralskaya 3 Yuuralskaya 4 Kola-2 3 Kola-2 4 YuUralskaya 1 Severskaya 2 Primar 1 Primar 2 Kursk 5 NVNPP-2 3 Tsentralnaya 4 Nizhny TN-Novgorod Unitatea de operare 24 NV Novgorral-sent 24 NV TNPP- sent - 58 unități de oprire - 10 Coeficientul obișnuit ar trebui să scadă de la modern 1,5 persoane/MW la 0,3-0,5 persoane/MW.

slide 14

* Tranziția la o nouă platformă tehnologică Un element cheie al progresului științific și tehnic este dezvoltarea tehnologiei NSPP cu un reactor cu neutroni rapid. Conceptul BEST cu combustibil cu nitrură, HF de echilibru și lichid de răcire cu metale grele este cea mai promițătoare alegere pentru crearea bazei unei noi tehnologii nucleare. Proiectul de asigurare este un reactor rapid (BN) răcit cu sodiu dezvoltat comercial. Din cauza problemelor legate de scalare, acest proiect este mai puțin promițător decât BEST, se presupune că va dezvolta noi tipuri de combustibil și elemente ale unui ciclu închis al combustibilului nuclear pe baza lui. Principiul siguranței inerente: excluderea deterministă a accidentelor grave la reactoare și a accidentelor la întreprinderile din ciclul combustibilului nuclear; transmutare ciclu închis de combustibil nuclear cu fracţionarea produselor de prelucrare SNF; suport tehnologic pentru regimul de neproliferare.

slide 15

* Structura posibilă a producerii de energie până în 2050 Ponderea energiei nucleare în complexul de combustibil și energie în ceea ce privește generarea - 40% Ponderea energiei nucleare în complexul de combustibil și energie în termeni de generare - 35%

slide 16

* Perioade de dezvoltare a tehnologiilor nucleare în secolul XXI Perioada de mobilizare: modernizarea și creșterea eficienței utilizării capacităților instalate, finalizarea unităților de putere, dezvoltarea evolutivă a reactoarelor și a tehnologiilor ciclului combustibilului cu introducerea lor în exploatare comercială, dezvoltare și exploatare de probă. tehnologii inovatoare pentru centralele nucleare și ciclul combustibilului. Perioada de tranziție: extinderea sferei energiei nucleare și stăpânirea tehnologiilor inovatoare ale reactoarelor și ciclurilor combustibilului (reactoare rapide, reactoare de înaltă temperatură, reactoare pentru energie regională, cicluri închise uraniu-plutoniu și toriu-uraniu, utilizarea radionuclizilor periculoși și incinerarea). , izolarea geologică pe termen lung a deșeurilor, producția de hidrogen, desalinizarea apei). Perioada de dezvoltare: implementarea tehnologiilor nucleare inovatoare, formarea energiei nucleare și atomice cu hidrogen multicomponent.

diapozitivul 17

* Sarcini pe termen scurt (2009-2015) Formarea unei baze tehnice pentru rezolvarea problemei aprovizionării cu energie a țării pe baza tehnologiilor de reactoare stăpânite cu dezvoltarea necondiționată a tehnologiilor inovatoare: Creșterea eficienței, modernizarea, prelungirea duratei de viață a reactoare existente, finalizarea construcției unităților de putere. Fundamentarea funcționării reactoarelor în modul de manevrabilitate și dezvoltarea sistemelor de menținere a funcționării centralelor nucleare în regim de bază. Construcția de unități de generație următoare, inclusiv CNE cu BN-800, cu crearea simultană a producției pilot de combustibil MOX. Dezvoltarea programelor de alimentare regională cu energie nucleară bazate pe CNE de putere mică și medie. Desfășurarea unui program de lucru pentru închiderea ciclului combustibilului nuclear pentru uraniu și plutoniu pentru a rezolva problema aprovizionării nelimitate cu combustibil și a gestionării deșeurilor radioactive și a combustibilului nuclear uzat. Implementarea unui program de utilizare a surselor de energie nucleară pentru extinderea piețelor de vânzare (cogenerare, furnizare de căldură, producție de energie, desalinizare a apei de mare). Construcția unităților de putere în conformitate cu Schema generală.

slide 18

* Obiective pe termen mediu (2015-2030) Extinderea sferei energiei nucleare și dezvoltarea tehnologiilor inovatoare ale reactorului și ciclului combustibilului: Construcția de unități energetice în conformitate cu Schema generală. Dezvoltarea și implementarea unui proiect inovator de generația a treia VVER. Dezafectarea și eliminarea unităților de putere din prima și a doua generație și înlocuirea acestora cu unități de a treia generație. Formarea bazei tehnologice pentru trecerea la energia nucleară la scară largă. Dezvoltarea producției radiochimice pentru prelucrarea combustibililor. Exploatarea pilot a unui bloc demonstrativ al unei centrale nucleare cu un reactor rapid și instalații pentru ciclul combustibilului cu siguranță inerentă. Operarea pilot a unității prototip GT-MGR și producția de combustibil pentru aceasta (în cadrul proiect international). Construcția de instalații energetice la scară mică, inclusiv stații electrice și plutitoare și stații de desalinizare. Dezvoltare reactoare de înaltă temperatură pentru a produce hidrogen din apă.

diapozitivul 19

* Sarcini pe termen lung (2030-2050) Implementarea tehnologiilor nucleare inovatoare, formarea energiei nucleare și atomice cu hidrogen multicomponent: Crearea infrastructurii pentru energia nucleară la scară largă pe o nouă platformă tehnologică. Construcția unui bloc demonstrativ al unei centrale nucleare cu reactor termic cu ciclu toriu-uraniu și funcționarea pilot a acestuia. Tranziția la energia nucleară la scară largă necesită o cooperare internațională largă la nivel de stat. Este nevoie de dezvoltări comune concentrate pe nevoile energetice atât naționale, cât și mondiale.

slide 20

slide 21