Ядерная и термоядерная энергетика

Ядерная и термоядерная энергетика

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

21.1 Атомная энергетика.

21.2 Термоядерная энергетика.

Атомная Энергетика

Развитие атомной энергетики предопределено прогнозируемым истощением органического топлива. Только атомная энергетика способна обеспечить возрастающие потребности в электроэнергии.
Очевидные преимущества атомных электростанций, по сравнению с тепловыми, следующие:

1. отсутствие вредных выбросов в атмосферу;

2. в 3–4 раза меньшая площадь отторгаемых земель, необходимая для размещения АЭС;

3. независимость от источников энергоресурсов.

Сложными являются проблемы:

1. захоронения и хранения радиоактивных отходов;

2. риск, связанный с крупными авариями на ядерных реакторах.

Задача снижения риска аварий на АЭС решается путем повышения надежности существующих энергоблоков и разработки реакторов нового поколения, в которых безопасность обеспечивается на основе естественных обратных связей, когда ошибки персонала не приводят к развитию аварий.
Проблема захоронения и хранения радиоактивных отходов существует и решается специалистами всего мира.
С технической точки зрения ядерная энергетика может быть безопасной в любой степени, т. е. это вопрос стоимости, экономичности и конкурентоспособности. Мировой опыт эксплуатации АЭС свидетельствует, что их радиоактивные выбросы при нормальной работе создают дозу облучения, составляющую доли процента от облучения естественным радиоактивным фоном. Это влияние практически не обнаруживается на фоне загрязнения биосферы в результате испытания ядерного оружия.

Термоядерная энергетика

Использование энергии термоядерного синтеза на сегодняшний день является одной из приоритетных задач в рамках концепции устойчивого развития. От того как скоро человечество освоит термоядерную реакцию с целью эффективного получения доступной электроэнергии зависит его будущее.

Традиционная атомная энергетика основана на реакциях ядерного распада. Эти реакции основаны на самопроизвольном дроблении тяжёлых ядер, сопровождающимся потоком радиоактивных частиц и энергии.

Процесс дробления ядер в атомных реакторах инициируют и поддерживают на необходимом уровне управляемым потоком нейтронов.

Читайте также:  Уличный туалет для дачи своими руками фото

Реакция термоядерного синтеза представляет собой получение тяжёлого ядра из двух или нескольких более легких. Образующаяся при этом энергия выделяется в виде высокоэнергетических нейтронов и «частиц света» — фотонов.

Процесс синтеза тяжёлых ядер возможен только при очень высоких температурах, достигаемых в естественных условиях в недрах звёзд. При этих температурах кинетическая энергия ядер позволяет им преодолеть кулоновские силы отталкивания и сойтись настолько, чтобы началась реакция синтеза.

Термоядерный синтез, протекающий в недрах Солнца, — источник жизни на Земле.

Лекция 22. Элементарные частицы. Их классификация.

22.1 Элементарные частицы

22.2 Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы

Само понятие элементарные частицы (ЭЧ) предполагало, что существуют первичные, неделимые частицы, которые составляют всю материю. В настоящий момент с достоверностью неизвестно, какие частицы действительно элементарные и существуют ли вообще ЭЧ в первоначальном смысле.

К 1950 году было открыто всего 15 частиц: протон, нейтрон, электрон, p-мезон, m-мезон, нейтрино и их античастицы. К 1960 году уже было открыто

100 частиц. Сейчас известно >400 ЭЧ. Оказалось, что большинство из них делится на более мелкие. К истинным элементарным частицам относятся следующие частицы:

Кварки (верхний) (очарованный) (наивысший, истинный) Переносчики взаимодействий g
U C T g (глюон)
(up) (char) (top, truth) Z, W – промежуточные бозоны
Лептоны G

таблица 22.1

В настоящее время существует гипотеза, основанная на идее единой теории мира (Великого Объединения Сил) о том, что кварки и лептоны состоят из более фундаментальных частиц – преонов.

— бозоны предполагают существование дискретных возбужденных состояний. Наиболее характерным свойством ЭЧ является их способность распадаться и самопревращаться друг в друга при столкновении. Большинство ЭЧ нестабильны .

Эксплуатация атомных электростанций, работающих за счет деления ядер, приводит к серьезным проблемам, связанным с образованием огромного количества радиоактивных отходов — долгожителей и опасностью последствий в случае аварий.

Читайте также:  Полки в санузле своими руками

Процесс термоядерного синтеза в значительной степени свободен от недостатков, присущих процессу деления. Такая реакция миллионы лет протекает на Солнце, а в земных условиях уже около 50 лет ее пытаются осуществить на различных установках.

Теплотворная способность термоядерного топлива значительно выше не только обычного, но и ядерного. Так, при синтезе единицы массы дейтерий-тритиевой смеси выделяется примерно в 20 млн раз больше энергии, чем при сгорании угля и в 8 раз больше, чем при полном делении урана. Запасов дейтерия и трития хватит, чтобы обеспечивать человечество энергией около миллиарда лет.

Управляемый термоядерный синтез (УТС) происходит в водородной плазме с выделением энергии при температурах 100 млн °С и высоком давлении. Плазма удерживается магнитным полем. Продукты синтеза не обладают токсичностью. Количество радиоакгивных отходов небольшое. Они имеют меньший период полураспада, чем при делении урана.

Для решения проблемы УТС наибольший интерес представляют следующие реакции:

С наибольшей скоростью протекают реакции между дейтерием 2 Н и тритием 3 Н с образованием устойчивых ядер гелия 4 Не. Тритий радиоактивен, не встречается в природе. Его можно получить из лития. Для ослабления потока нейтронного излучения применяется зашита. Она ослабляет поток нейтронов и снижает энерговыделение в сверхпроводящих катушках. Кратность ослабления нейтронов около 10 5 . 10 6 . Биологическая зашита совпадает со стенками реакторного зала и составляет до 250 см бетона.

Для обеспечения работы термоядерного реактора (ТЯР) должна быть предусмотрена возможность воспроизводства трития. С этой целью в зоне воспроизводства (бланкете) располагается слой металлического лития 6 Li или его соли, где будет идти процесс

По составу бланкета ТЯРы делятся на «чистые» и гибридные. В бланкете «чистого» реактора производится лишь тритий, а в гибридном реакторе наряду с литием содержатся материалы для получения делящихся изотопов для АЭС — 232 Th и 238 U. В обоих случаях тепловая энергия, выделяющаяся в бланкете, идет на нагрев теплоносителя и преобразуется в электроэнергию так же, как и на АЭС.

Читайте также:  Чайник термос схема электрическая

Работы по созданию термоядерных реакторов ведутся по нескольким направлениям. Наиболее перспективным признана система «Токамак». В настоящее время установки работают только в импульсном режиме, ведутся работы по переходу к непрерывному. Схема реактора приведена на рис. 1.20.

Плазма образуется в тороидальной камере, охватывающей ярмо трансформатора. В ней посредством индукции создается ток, ионизирующий газ и удерживающий плазму собственным магнитным полем. Проходя по плазме, ток нагревает ее. Разрабатываются системы нагрева плазмы токами высокой частоты, сверхсильным магнитным полем, пучками ускоренных электронов и лазерным излучением. В ТЯРе около 80 % энергии выделяется в виде кинетической энергии нейтронов. Остальные 20 % составляет энергия заряженных частиц, которая может превращаться непосредственно в электроэнергию.

Рис. 1.20. Реактор «Токамак»: 1 — индуктор — первичная обмотка;

  • 2 — дивертор; 3 — инжектор; 4 — вакуумный зазор; 5 — плазма;
  • 6 — стенка разрядной камеры; 7— бланкет: а — зона наработки плутония; б — зона наработки трития; в — радиационная защита;
  • 9—

nuclear fusion

Процесс взаимодействия (слияния) легких ядер при высоких температурах с образованием более тяжелого ядра и выделением энергии.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector