Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Получение электроэнергии

• Немного истории. Почему электрическая?

• Тепловая электростанция

• КПД теплового двигателя

• Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)

Глава 2. Топливо для производства электроэнергии

• Топливные ресурсы

• Органические невозобновляемые топливные ресурсы

• Ядерное топливо

• Экономические факторы

• Возобновляемые естественные источники энергии

• Солнечная энергия

• Энергия ветра

• Энергия воды

• Геотермальное тепло

• Энергетика России сегодня и завтра

Глава 3. Устройство ядерных реакторов

• Атомная электростанция (АЭС)

• Виды ядерных реакторов

• Реакторы на медленных нейтронах

• Корпусные водо–водяные реакторы

• Канальные водо-графитовые реакторы

• Газоохлаждаемые реакторы

• Реакторы на быстрых нейтронах

• Реакторы нового поколения

• Реакторы будущего: управляемая термоядерная реакция

• Токамак

• Другие пути осуществления реакции ядерного синтеза

Глава 4. Обеспечение безопасной работы ядерных реакторов

• Радиоактивное излучение в нормальном режиме работы АЭС

• Материалы и конструкции биологической защиты

• Защита реактора РБМК

• Защита реактора ВВЭР

• Излучение остановленного реактора

• Радиоактивные выбросы и сбросы

• Дозы облучения персонала АЭС и населения

• Предотвращение аварий на ядерных реакторах

• Безопасность реакторов

• Общая статистика аварий на электростанциях

Глава 5. Ядерный топливный цикл

• Добыча руды

• Обогащение руды

• Изготовление тепловыделяющих элементов

• Отработанное ядерное топливо (ОЯТ)

• Ядерные "отходы"

• Переработка отработанного ядерного топлива

• Высокоуровневые отходы после переработки

• Размещение и хранение отработанного топлива

• Размещение и хранение отходов

Глава 6. Воздействие на среду обитания энергетических установок

• Использование угля как топлива

• Использование урана как топлива

• Парниковый эффект

• Экологические аспекты использования возобновляемых источников энергии

• Природный аналог ядерного реактора

• Международная ядерная безопасность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

САМОЕ ВАЖНОЕ В ЭТОЙ КНИГЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение

Эта книга является учебно - методическим пособием по основам ядерной энергетики для системы общего среднего, начального профессионального образования и колледжей. Как и первая часть, где изложены физические основы ядерной энергетики, она может использоваться как учебник для учащихся 8-11 классов. Уровень сложности материала соответствует требованиям школьной программы.

Невозможно представите себе мир без энергии. Постоянное увеличение ее производства жизненно важно для экономического и промышленного развития человеческого сообщества. Сегодня значительную часть мирового производства энергии обеспечивает ископаемое органическое топливо: уголь, нефть, газ. Успокаивать себя мыслью, что "на наш век хватит" нельзя. По прогнозам ученых через 50 лет все ресурсы органического топлива, кроме угля, будут исчерпаны. Поэтому мы должны беречь ископаемое топливо, которое, к тому же, является ценным сырьем для химической промышленности.

Однако нереаль­но предполагать, что глобальное потребление энергии можно уменьшить, снизив тем самым нагрузку на среду обитания, как хотелось бы некоторым ее защитникам. Чем выше уровень экономического развития общества, чем шире круг его интересов, планов, желаний – тем больше его потребности в энергии. Сейчас более 20% мирового производства электроэнергии удается удовлетворить за счет энергии Солнца, ветра, воды, внутреннего тепла Земли. К сожалению, в будущем эту цифру вряд ли удастся увеличить (см. ниже). Долгосрочные п рогнозы дают основания утверждать, что главным источником энергии в будущем будет ядерная энергетика. В долговременной перспективе у нее нет конкуренции, кроме использования термоядерной энергии. Овладеть ее секретами стремятся многие страны, объединив свои ресурсы в единый научный проект, основой которого является разработка российских ученых. Но это – дело будущего, а в настоящее время АЭС дают почти 15% общей мощности электростанций европейской части страны. Многие напрямую связывают перспективы роста энергопотребления в России с ростом производства электроэнергии на атомных станциях.

Каждый способ производства энергии влияет на окружающую среду и несет определенные риски. Даже упомянутые выше альтернативные источники энергии (те, что дают около 20%) не лишены собственных экологических недостатков. Ядерная энергетика – не исключение, но ее влияние на среду обитания часто оценивается не на основе знаний, а эмоций, а риски излишне завышаются. И если немалые затраты на идеологические сражения с атомной энергетикой направить на повышение ее эффективности и безопасности, то мировое сообщество значительно выиграло бы.

Озабоченность людей проблемами ядерной энергетики понятна после аварий на АЭС в Чернобыле (Украина) и Три-Майл Айленд (США). Проблема хранения и переработки отходов ядерной промышленности и энергетики постоянно инициируется средства­ми массовой информации и, соответственно, возбуждает общественное мнение. К сожалению, недостаток объективных сведений создает основу для формирования предвзятого отношения к этим проблемам.

На формирование общественного мнения большое влияние оказывают не знания и факты, которые отсутствуют или искажаются во многих публикациях СМИ, а эмоции, причем последних всегда в избытке.

Цель этой книги - дать объективную информацию и помочь читателю, не обладающему специальными знаниями, либо имеющему знания физики на уровне школьной программы, разобраться в проблемах ядерной энергетики и радиационной безопасности.

В первой части методического пособия мы рассмотрели физические принципы, лежащие в основе ядерной электроэнергетики. В этой части мы постараемся ответить на несколько важных вопросов:

• Для чего нужны ядерные реакторы и можно ли обойтись без них?

• Какова истинная степень опасности ядерной энергетики? Не преувеличиваем ли мы ее?

• Вполне ли безопасны традиционные источники энергии, основанные на сжигании органического топлива?

• Как велик может быть вклад Солнца, ветра, воды и других возобновляемых источников энергии в современное энергопроизводство?

• Что показывает объективное сравнение перспективности, экологичности и эффективности разных источников электроэнергии?

• Как человечество сможет обеспечить себя энергией в наступившем столетии?

Для полноценного изложения необходимо объединить сведения из разных частей курса физики и некоторые знания из смежных дисциплин естественнонаучного цикла. Поэтому структура изложения такова:

В главе 1 рассмотрены принципы устройства основных видов современных теплоэлектростанций. Обсуждаются вопросы эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую.

В главе 2 анализируются различные источники тепловой энергии, имеющиеся в распоряжении обитателей нашей планеты. Сравниваются их ресурсы, рассматриваются вопросы транспортировки и экономические факторы, важные в современной энергетике. Подробно рассмотрены принципы работы, достоинства и недостатки электростанций на солнечной энергии, энергии ветра, воды и геотермальном тепле. В двух заключительных разделах главы рассмотрены ближайшие и отдаленные перспективы российской энергетики и описана структура топливно – энергетического комплекса Ростовской области.

В главе 3 коротко рассмотрено устройство различных ядерных реакторов, находящихся в эксплуатации в нашей стране и за рубежом. В этой главе также рассказано о работах в области управляемого термоядерного синтеза и его использованию как перспективного источника энергии будущего, использующего практически неисчерпаемый природный ресурс – водород.

В главе 4 изложены основные принципы, лежащие в основе безопасной эксплуатации ядерных энергетических установок. Рассмотрены факторы риска для персонала атомной электростанции и населения при нормальном режиме работы АЭС. Показано, что дозы облучения персонала АЭС и населения не превышают естественный радиационный фон. В четвертой главе также проанализированы возможные причины и экологические последствия аварийных ситуаций на АЭС. Рассмотрены конструктивные особенности ядерных установок и основные принципы их эксплуатации, позволяющие полностью исключить возможность этих аварий. В заключительном разделе главы приводится сравнительная статистика аварий на атомных и традиционных теплоэлектростанциях.

В главе 5 рассмотрен ядерный топливный цикл, включающий производство ядерного топлива, подготовку его к использованию и утилизацию отработанного топлива. Подробно анализируются факторы риска, возникающие на всех этапах цикла.

В главе 6 рассмотрено воздействие различных энергетических установок на среду обитания. Приведены данные о характере изменений в окружающей среде, в частности – в атмосфере, – результатов сгорания органического топлива и ядерного горючего. Рассмотрены также экологические проблемы, возникающие при эксплуатации возобновляемых источников энергии.

Для успешного освоения курса учащимся понадобятся основные знания, полученные в рамках базовой программы по физике в 7 -11 классах средней школы:

• энергия, мощность, КПД установок – 7 и 9 класс,

• основные представления о строении атома в модели Резерфорда - 8 и 11 класс,

• внутренняя энергия, количество теплоты, процессы теплопередачи - 8 и 10 класс,

• начальные понятия курса электростатики - 8 и 10 класс.