Экзаменационный Реферат по физике

тема

     «Атомная  энергетика» 
 
 
 
 
 

     Ученика 9 «А» класса

     МОУ «ЦО»

       Псковский Педагогический  комплекс»

     Назарова  Никиты

     Учитель: Киргизова Н.М.

     2009 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

      Еще не так давно слова «атомная энергетика»  и «научно-технический прогресс» сливались в неразрывное целое. И тому было немало причин. Молодая отрасль стимулировала развитие целого ряда новых направлений в физике, химии, биологии. Больше того, открывалась очень радужная перспектива решения энергетических проблем, в первую очередь замены традиционных видов топлива принципиально иным – компактным, «бездымны» и, что особенно важно, практически неисчерпаемым. Именно поэтому атомная энергетика сразу получила приоритетное развитие во многих промышленно развитых странах. Однако со временем ситуация стала меняться. Наступило время, когда энергетики, ученые и политики признали наличие серьезных проблем в атомной отрасли и выделили самые важные из них:

• существующие АЭС потенциально опасны: ни один из современных энергоблоков не гарантирован от тяжелых аварий;
• использование энергии атома привело к радиационному и экологическому загрязнению огромных территорий, воды, воздуха и материалов, используемых в атомной энергетике;
• взрывы ядерных устройств, аварии и обычная работа АЭС повысили радиационный фон планеты и оказывают негативное влияние на здоровье людей;
• как показывает опыт, аварийно-спасательные службы после масштабной аварии и сегодня оказываются не готовыми к эффективной работе по защите персонала АЭС и населения прилегающих территорий, особенно в начальном периоде.

Каково  же теперь реальное место атомной  энергетики в жизни общества? Каковы ее перспективы?

      Вот об этом и пойдёт речь в моём реферате, ведь тема очень актуальная, как говорится на злобу дня, она вызывает огромные споры и среди население и среди учёных. Общество интересуют последствия широкого строительства АЭС, их влияние на природу и человека.

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СОСТОЯНИЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РФ

1.1. Понятие атома и атомного ядра.

     Все в мире состоит из молекул, которые  представляют собой сложные комплексы  взаимодействующих атомов. Молекулы - это наименьшие частицы вещества, сохраняющие его свойства. В состав молекул входят атомы различных химических элементов.

     Химические  элементы состоят из атомов одного типа. Атом, мельчайшая частица химического  элемента, состоит из "тяжелого" ядра и вращающихся вокруг электронов.

     Ядра  атомов образованы совокупностью положительно заряженных протонов и нейтральных  нейтронов. Эти частицы, называемые нуклонами, удерживаются в ядрах  короткодействующими силами притяжения, возникающими за счет обменов мезонами, частицами меньшей массы.

     Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, массой М и состоит из нуклонов - протонов и нейтронов.

     Число нуклонов А в ядре называется массовым числом. Число Z называют зарядовым  числом ядра или атомным номером. Поскольку Z определяет число протонов, а А - число нуклонов в ядре, то число нейронов в атомном ядре N=A-Z. Атомные ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами. В среднем на каждое значение Z приходится около трех стабильных изотопов¹. Например, 28Si, 29Si, 30Si являются стабильными изотопами ядра Si. Кроме стабильных изотопов, большинство элементов имеют и нестабильные изотопы, для которых характерно ограниченное время жизни.

     Ядра  с одинаковым массовым числом А называются изобарами, а с одинаковым числом нейтронов - изотонами.

     Все атомные ядра разделяются на стабильные и нестабильные. Свойства стабильных ядер остаются неизменными неограниченно  долго. Нестабильные же ядра испытывают различного рода превращения.

1.1.1. Устройство энергетических ядерных реакторов.

     Энергетический  ядерный реактор - это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, а выделяющаяся при этом тепловая энергия отводится теплоносителем. Главным элементом ядерного реактора является активная зона. В нем размещается ядерное топливо и осуществляется цепная реакция деления. Активная зона представляет собой совокупность определенным образом размещенных тепловыделяющих элементов, содержащих ядерное топливо. В реакторах на тепловых нейтронах используется замедлитель. Через активную зону прокачивается теплоноситель, охлаждающий тепловыделяющие элементы. В некоторых типах реакторов роль замедлителя и теплоносителя выполняет одно и то же вещество, например обычная или тяжелая вода. Для управления работой реактора в активную зону вводятся регулирующие стержни из материалов, имеющих большое сечение поглощения нейтронов. Активная зона энергетических реакторов окружена отражателем нейтронов - слоем материала замедлителя для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Кроме того, благодаря отражателю происходит выравнивание нейтронной плотности и энерговыделения по объему активной зоны, что позволяет при данных размерах зоны получить большую мощность, добиться более равномерного выгорания топлива, увеличить продолжительность работы реактора без перегрузки топлива и упростить систему теплоотвода. Отражатель нагревается за счет энергии замедляющихся и поглощаемых нейтронов и гамма-квантов, поэтому предусматривается его охлаждение. Активная зона, отражатель и другие элементы размещаются в герметичном корпусе или кожухе, обычно окруженном биологической защитой.

 

Требования к конструкциям активной зоны и ее характеристики.

     Активная зона реактора должна быть спроектирована так, чтобы исключалась возможность непредусмотренного перемещения ее составляющих, приводящего к увеличению реактивности. Основной конструктивной деталью гетерогенной активной зоны является твэл, в значительной мере определяющий ее надежность, размеры и стоимость. В энергетических реакторах, как правило, используются стержневые твэлы с топливом в виде прессованных таблеток двуокиси урана, заключенных в оболочку из стали или циркониевого сплава. Твэлы для удобства собираются в тепловыделяющие сборки (ТВС), которые устанавливаются в активной зоне ядерного реактора.

     В твэлах происходит генерация основной доли тепловой энергии и передача ее теплоносителю. Более 90% всей энергии, освобождающейся при делении  тяжелых ядер, выделяется внутрь твэлов и отводится обтекающим твэлы теплоносителем. Твэлы работают в очень тяжелых тепловых режимах: максимальная плотность теплового потока от твэла к теплоносителю достигает (1-2) 106 Вт/ м2, тогда как в современных паровых котлах она равна (2-3) 105 Вт/м2. Кроме того, в сравнительно небольшом объеме ядерного топлива выделяется большое количество теплоты, т.е. энергонапряженность ядерного топлива также очень высока. Удельное тепловыделение в активной зоне достигает 108-109 Вт/м3, в то время как в современных паровых котлах оно не превышает 107Вт/м3.

     Большие тепловые потоки, проходящие через  поверхность твэлов, и значительная энергонапряженность топлива требуют  наличия исключительно высокой  стойкости и надежности твэлов. Помимо этого, условия работы твэлов осложняются высокой рабочей температурой, достигающей 300-600 oС на поверхности оболочки, возможностью тепловых ударов, вибрацией, наличием потока нейтронов (флюенс достигает 1027 нейтрон/м2)².

К твэлам предъявляются высокие технические требования:

1) простота  конструкции; 

2) механическая  устойчивость и прочность в  потоке теплоносителя, обеспечивающая  сохранение размеров и герметичности; 

3) малое  поглощение нейтронов конструкционным  материалом твэла и минимум  конструкционного материла в активной зоне;

4) отсутствие  взаимодействие ядерного топлива  и продуктов деления с оболочкой  твэлов, теплоносителем и замедлителем  при рабочих температурах.

     Геометрическая  форма твэла должна обеспечивать требуемое соотношение площади  поверхности и объема и максимальную интенсивность отвода теплоты теплоносителем от всей поверхности твэла, а также гарантировать большую глубину выгорания ядерного топлива и высокую степень удержания продуктов деления. Твэлы должны обладать радиационной стойкостью, иметь требуемые размеры и конструкцию, обеспечивающие возможность быстрого проведения перегрузочных операций; обладать простотой и экономичностью регенерации ядерного топлива и низкой стоимостью.

1.2. Состояние атомной  энергетики России  сегодня

      Сегодняшнее состояние атомной энергетики следующее:

      В России сегодня эксплуатируются  «29 ядерных энергоблоков общей установленной электрической мощностью 21,2 ГВт. В их числе 13 энергоблоков с реакторами типа ВВЭР, 11 энергоблоков с реакторами типа РБМК, 4 энергоблока типа ЭГП Билибинской АТЭЦ с канальными водографитовыми реакторами и один энергоблок на быстрых нейтронах БН-6ОО. Россия имеет уникальный опыт эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах - БН-350 и БН-600 (безаварийная работа в течение 20 лет)»³.

      Продолжается эксплуатация в режиме энергообеспечения канальных уран-графитовых промышленных реакторов в г. Северске (Сибирская АЭС) и г. Железногорске.

      Кроме этого, на стадии высокой степени  достройки находятся 5 энергоблоков: на Ростовской АЭС два блока с  ВВЭР-1000, на Калининской АЭС ВВЭР-1000, на Балаковской АЭС ВВЭР-1000 и на Курской АЭС РБМК-1000.

      В 1999 г. АЭС России только за счёт увеличения «КИУМ выработали на ~ 1б % больше электроэнергии, чем в 1998 г. - 120 млрд. кВт·ч»⁴.

      Конечно, после распада СССР Россия потеряла огромную часть энергетических мощностей. Поэтому воссоединение с братскими народами - Украина, Белоруссия это в первую очередь увеличение наших былых мощностей.

      Не  говоря уже о значительной роли, которую играет атомная энергетика, сегодня можно говорить об определённом её кризисе. Об этом свидетельствует наметившаяся перспектива падения её доли в мировом энергопроизводстве, сворачивание ядерных программ и разработок по быстрым реакторам в развитых странах Запада. Кроме того, АЭ подвергается критике, вплоть до требования ее полного закрытия. И хотя в подобной критике часто присутствует субъективизм, а то и полная необъективность, следует признать, что веские основания для критики имеются. Атомная энергетика, как и любая технология, требует совершенствования. Более того, имеются и особые основания для обостренного внимания к ней:

• потенциальная опасность аварий с большим экологическим и экономическим ущербом (реальность этой опасности подтверждена рядом аварий);
• накопление высокоактивных и долгоживущих отходов, ( хотя в будущем возможно использование этих самих отходов еще раз)
• связь ядерной энергетики с опасностью распространения ядерного оружия и ряд других.

      Современные ядерные реакторы при существующем масштабе атомной энергетики являются достаточно безопасными установками. Несмотря на случавшиеся и случающиеся время от времени аварии и инциденты, нельзя забывать о том, что атомная энергетика наработала уже около 8000 реакторо-лет, из них -5000 без крупных аварий после апреля 1986 г⁵. Это - серьезный успех ядерной технологии.

      Безопасность  настоящего поколения реакторов  обеспечивается, главным образом, увеличением  числа различных систем безопасности и систем ограничения выхода активности, ужесточением требований к оборудованию и персоналу. В результате АЭС становятся все более и более сложными и, следовательно, - более и более дорогими. Можно сказать, что при господствующей в настоящее время философии безопасности атомная энергетика близка к её экономически «предельному» уровню: дальнейшее наращивание систем безопасности ведёт к неминуемой потере конкурентоспособности атомной энергетики.

      Анализ  современного состояния атомной  энергетики позволяет сделать следующие  выводы:

• Безопасность современной атомной энергетики является приемлемой для существующих масштабов её использования при условии постепенного замещения действующих энергоблоков на реакторы третьего поколения.
• Ресурсы природного рентабельно извлекаемого из недр урана ограничены. При доминирующей сегодня практике «сжигания» урана в тепловых реакторах эти ресурсы будут исчерпаны уже в следующем веке, как в России, так и в мире в целом. Переработка отработавшего топлива при рецикле Рu (МОХ-топливо) в тепловых реакторах может лишь ненамного продлить эти сроки, увеличивая затраты и снижая возможность последующего развития на быстрых реакторах.
• Конкурентоспособность атомной энергетики под бременем растущих расходов на безопасность, обеспечиваемую наращиванием инженерных систем, имеет устойчивую тенденцию к снижению.

Сейчас  посмотрим, а какое же место АЭС занимает в энергопроизводстве⁶