Атомная энергия

Ядерная энергия (атомная энергия) – внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях.
Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер.
Атомная энергия – энергия, выделяющаяся в ходе преобразований атомных ядер. Преобразование эти могут происходить спонтанно (см. Радиоактивность) или от деяния нейтронов и ускоренных заряженных частиц (см. Ядерные реакции). Эта энергия в миллионы раз превышает химическую энергию, напр. при горении.
Атомная энергия обусловлена ядерными силами, действующими между нуклонами, т.е. нейтронами, и протонами.
Энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон, неодинакова для разных ядер. Она самая для ядер среднего веса (8,6 МэВ), для тяжелых ядер – ок. 7,5 МэВ, для легких ядер изменяется от 1,1 МэВ (дейтерий) до 7,0 МэВ (4 He). Превращение ядер с меньшей энергией связи, приходящаяся на 1 нуклон, в ядра с большей энергией связи сопровождается выделением энергии. Например, если разделить ядро с атомная масса А = 200 и средней энергией связи нуклонов 7,5 МэВ на два ядра со средней энергией 8,6 МэВ, то при этом выделится энергия Е = 200 X (8,6-7,5 ) = 220 МэВ. Если образовать ядро гелия из двух ядер дейтерия, то выделится энергия Е = 4 (7-2 · 1,1) = 23,6 МэВ.
Для получения атомной энергии можно пользоваться ядерными реакциями деления и ядерными реакциями синтеза. Реакции синтеза могут происходить только тогда, когда ядра приближаются друг к другу на расстояние, меньше 10 -13 см, на которой начинают действовать ядерные силы. Сближению ядер противодействуют кулоновские силы отталкивания, поэтому, чтобы эти силы преодолеть, ядра должны иметь достаточную энергию. Получение свободных нейтронов и ускорения движения заряженных частиц требует затраты энергии. Вероятность попадания таких частиц в ядра очень мала. Поэтому потраченная энергия превышает энергию, которая выделяется при ядерных реакциях. Энергетический выигрыш можно получить только в том случае, когда превращение происходит вследствие цепных реакций. Реакции синтеза могут быть цепными при очень высоких т-рах – в десятки и даже сотни миллионов градусов (см. Термоядерные реакции). При этих условиях вещество существует в виде плазмы, и энергия отдельных частиц плазмы (? = 3 / 2 kT) достаточна для преодоления кулоновского отталкивания. Такие высокие т-ры существуют в недрах звезд, одной из которых является Солнце. Именно вследствие термоядерных реакций синтеза Солнце излучает энергию. В области овладения управляемыми термоядерными реакциями синтеза уже решена одна из основных проблем – термическую изоляцию плазмы, которая осуществляется с помощью магнитных полей. Особенно важным в реакциях синтеза является то, что как «горючее» для них можно использовать дейтерий в практически неограниченном количестве. Дейтерий же содержится в тяжелой воде, которая является примесью к воде морей и [океан] ов. Цепные реакции деления могут происходить потому, что разделение каждого ядра сопровождается выделением нескольких нейтронов, при захвате их другими ядрами снова могут вызвать деление с выделением новых нейтронов, и т д. Если создать условия, при которых количество выделенных нейтронов, вызывающих деление новых ядер, будет, в среднем больше единицы на одно деление, то цепная реакция непрерывно развиваться. Если же цепная реакция развивается очень быстро, то она приобретает характер взрыва, напр. в атомной бомбе. После взрыва атомной бомбы возникает очень высокая т-ра. которая является необходимым условием протекания термоядерных реакций; это используется пока лишь в водородной бомбе. Скорость цепных реакций деления регулируют пока только в ядерных реакторах. Энергия, выделяемая в результате этих реакций, отводится от реактора в виде тепла при помощи теплоносителей, которыми могут быть вода, пар, жидкие металлы, газы и т.д. Эта тепловая энергия используется на ядерных электростанциях и в атомных двигателях.
Использования атомной энергии стимулируется прежде всего тем, что уже на первом этапе ее использования стоимость электроэнергии, получаемой от атомных и угольных станций, примерно одинакова.
Экономическое преимущество атомных электростанций над тепловыми непрерывно расти как вследствие их совершенствования, так и вследствие подорожания каменного угля, торфа, нефти и природного газа, запасы которых в верхних слоях Земли быстро уменьшаются. При современных темпах рост использования энергии этих запасов топлива может хватить на 100-150 лет, использование же ядерных реакций деления урана, тория и плутония сможет увеличить этот срок еще на 200-300 лет.
Только овладение термоядерными реакциями синтеза обеспечит человечество энергией в неограниченном количестве и на неограниченный срок.
Использования в энергетике



Первую в мире атомную электростанцию был построен в СССР и пущено 27 июня 1954.
В 1959 в СССР закончено строительство первого в мире ледокола «Ленин» с атомным двигателем. Строится несколько атомных электростанций – в Воронежской обл. мощностью 420 тыс. кВт, на Урале мощностью 400 тыс. кВт, в Ленинградской обл. мощностью 420 тыс. кВт и др. В сентябре 1958 пущена первая очередь атомной электростанции. Общая проектная мощность станции составляет 600 тыс. кВт.
Использование в технике