1.1 Ядерная и термоядерная энергия и проблемы ее использования (альтернативность и безальтернативность ядерной энергии)

Ядерная энергия - это внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях. Энергия, которую нужно затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны наз-ся энергией связи ядра. Энергия связи ядра, рассчитанная на один нуклон, наз-ся удельной энергией связи. Энергия связи ядра складывается из энергии притяжения нуклонов друг к другу под действием ядерных сил и энергии взаимного отталкивания протонов под действием электростатических сил. Каждый нуклон сильно взаимодействует лишь с небольшим числом соседних. Поэтому уже начиная с альфа частицы удельная энергия связи слабо растет с увеличением атомного веса, достигая максимума у ядра железа Fe (А=56), после чего идет спад.

Деление атомных ядер – это особый процесс, характерный только для самых тяжелых ядер, начиная от тория и далее в сторону больших. Этот процесс может происходить под действием различных частиц (в основном нейтронов) и носит характер ядерной реакции. Но может происходить спонтанно и носить характер особого вида радиоактивного распада. Цепная реакция деления ядер урана была открыта в 1939г. Выяснилось, что при попадании в ядро одного нейтрона оно делится на две-три части. При делении одного ядра освобождается около 200 МэВ энергии. На кинетическую энергию движения осколков уходит около 165 МэВ, остальное уносит гамма-излучение (часть электромагнитного излучения с очень малой длиной волны) – поток фотонов. При полном делении 1кг. урана выделится 80000млрд.Дж. В 1939г. было обнаружено, что при делении ядер урана, кроме осколков, вылетают также 2-3 свободных нейтрона. При благоприятных условиях они могут попасть в другие ядра и вызвать их деление. Необходимое условие осуществления цепной реакции – наличие достаточно большого количества урана-235, минимальная (критическая) масса для чистого урана-235 составляет несколько десятков килограммов. Из-за электростатического отталкивания протонов реакции ядерного синтеза могут развиваться, если кинетическая энергия ядер велика. Недостатком ядерных энергий синтеза легких ядер - термоядерных реакций явл-ся необходимость получения высоких начальных температур и трудность удержания устойчивой плазмы. Эти трудности не преодолены до настоящего времени, и программы термоядерных реакций в наст. время свернуты во все мире. Альтернативой ядерных АЭС явл-ся иные источники, экологически безопасные. К ним относятся солнечная энергия, энергия ветра, рек, морских волн и приливов и т. п.

1.1 Концепция освоения нетрадиционных возобновляемых источников энергии (Солнца, ветра, океана, биомассы и др.) и вторичных ресурсов.

Основным направлением в перспективе явл-ся использование возобновляемых источников энергии.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ. Основными путями использования солнечной энергии явл-ся:

1. Термодинамические электростанции, в кот. энергия собирается с помощью оптических рефлекторов и нагревает воду, а затем с помощью паротурбинного цикла вырабатывается энергия.

2. Теплоснабжение с помощью низкотемпературных водонагревателей.

3. Космические электростанции.

4. Биоспособы с помощью выращивания растений для последующего сжигания.

5. Ветровая энергия - одна из наиболее используемых в древности. Первоначальным источником ветровой энергии является все та же солнечная энергия.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ.

1. Геотермальные станции. Они используют тепло подземных вод, получаемых из скважин.

2. Глубинные станции, в кот-х теплообменники предполагается загружать на большие глубины, вплоть до мантии Земли.

ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА. Здесь происходит преобразование механической энергии океана в электрическую.

1. Приливные электростанции используют энергию приливов. Энергия приливов равна энергии всех рек мира.

2. Энергия волн. Выработка энергии происходит путем преобразования энергии волн в сжатый воздух, поступающий затем в турбины генераторов.

3. Энергия океанических течений. Предполагается установить на пути потоков турбины, вращение лопастей которых будет преобразовываться в электроэнергию.

4. Гидротермальные станции. Метод основан на использовании температурного градиента слоев воды в морях и океанах.

БИОЭНЕРГЕТИКА предполагает переработку различных органических соединений с помощью бактерий.

1. Энергия отходов. Здесь используется анаэробное брожение. Остаток брожения - это не только энергия, но и удобрения.

2. Биоконверсия отходов – сложный микробиологический процесс, в котором принимают участие несколько взаимодействующих групп бактерий.

3. Газ из мусора. Метод предполагает бактериальную утилизацию бытовых и животноводческих отходов.

ТЕПЛООБМЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА. Метод типа “теплового насоса” основан на принципе обычного холодильника.

ЭФИРОДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ основаны на представлении о том, что вся энергия любых источников происходит из эфиродинамических процессов. Свободный эфир содержит в себе огромную энергию, существующую повсеместно.