Аэс за ними будущее или будущее без них кратко

Обновлено: 30.06.2024

Первая АЭС была запущена в 1954 году. Атомные электростанции строят, чтобы получать электроэнергию. Она помогает снизить стоимость электричества. Снижает уровень загрязнения атмосферы. Ее используют для разных производств. Многие страны используют АЭС как источник электроэнергии. Сейчас многие пытаются перейти на альтернативные источники электроэнергии. Например, солнечные батареи. Все это делается для того, чтобы меньше потреблять природных ресурсов. Но мы можем увидеть на примере Чернобыльской АЭС, что случается, когда человек совершает необдуманные решения, из-за которых умирают много людей. АЭС – это не только полезно, но и опасно, если не знать, как этим управлять.АЭС приносит много пользы. Но человечество не стоит на месте, а продолжает искать новые способы пополнения природных ресурсов. Если человечество найдет альтернативные способы добывания электроэнергии, то АЭС уйдет в историю. А пока люди пользуются АЭС.

Современный мир – мир высоких технологий, новейших достижений науки и техники и развитой промышленности. На удовлетворение растущих запросов и разнообразных потребностей человечества работают многие энергоёмкие отрасли производства. Всё это требует генерирования электрической энергии в огромных количествах. С электричеством человечество знакомо уж почти двести лет. А вот вырабатывать его оно научилось чуть более века назад. Сначала для этих целей человек использовал ветряки (устройства для получения электричества при помощи ветра), затем – паровые машины. Потом настала эра тепловых и гидроэлектростанций. Электричество стало на службе человека. И казалось, что проблема энергетики решена на века!

Но через несколько десятилетий человечеству открылись иные, отрицательные последствия деятельности тепловых и гидроэлектростанций.

ТЭЦ, сжигая огромные объёмы топлива, загрязняют окружающую среду, быстро истощают запасы нефти. Для постройки новых ГЭС требуются не задействованные ранее реки. Так как на всех крупных реках станции уже построены, то приходится затапливать большие территории, чтобы с помощью плотин увеличить мощность малых рек. Это приводит к затоплению и потере больших посевных территорий, снижению выращиваемости злаков, уменьшению численности рыбы в реках, переселению людей целыми посёлками и деревнями на новые места жительства. Это влечёт за собой большие денежные затраты.

Все эти негативные факторы заставили людей вспомнить старые и экологичные источники добычи электроэнергии (ветряки) и создать новые. Так появились солнечные электростанции. Но они оказались малоэффективными, так как занимают большие площади и могут устанавливаться лишь в зонах с продолжительным световым днём.

И вот учёными-физиками нашей страны впервые в мире было реализовано использование атомной энергии в мирных целях – в городе Обнинске Калужской области была построена первая в мире атомная электростанция. Вслед за ней АЭС стали строиться во всех крупных странах. Электричество стало дешевле и доступнее для отдалённых территорий. Произошёл рывок в развитии новых транспортных сетей, строительстве новых посёлков и городов, заводов, фабрик.

Казалось бы, проблема энергетики снова решена! Но с годами эксплуатация АЭС явила миру серьёзную проблему: угрозу радиоактивного загрязнения в результате аварий. Первой и самой крупной стала авария на Чернобыльской атомной электростанции. Эта катастрофа имела ужасные последствия: от лучевой болезни погибло очень много людей, был нанесён непоправимый вред генофонду населения, проживавшего в этой зоне, уничтожены флора и фауна, радиоактивными выбросами и осадками загрязнены многие озёра, реки, леса, почва. Брошены и пришли в запустение многие населённые пункты и даже города. А радиоактивное облако разнесло смертоносную радиацию по всему северному полушарию. И

последствия этой катастрофы будут сказываться и проявляться ещё не одно столетие.

Не так давно произошла авария и на Японской атомной электростанции, которая была разрушена цунами. Выброс большого количества радиоактивной воды загрязнил воды Тихого океана, нанеся вред его растительному и животному миру. Теперь ещё долго нельзя будет заниматься ловом рыбы и других морских животных в морях этого океана.

Поэтому человечество задумалось над вопросом – таким ли уж благом является способ производства электроэнергии с помощью АЭС? Как минимизировать вероятность аварии на этих станциях, чтобы окончательно не загрязнить нашу Землю продуктами отработанного ядерного топлива, радиоактивными отработанными технологическими водами, возможными выбросами? Как и любое открытие и изобретение в науке и технике, атомные электростанции обладают двумя факторами: положительным (приносящим людям пользу) и отрицательным (грозящим гибелью всего живого). Сейчас мы вынуждены не только эксплуатировать уже построенные АЭС, но и возводить новые. Потому что бурное развитие промышленности и увеличение запросов человечества требует всё новых и новых объёмов генерирования энергии.

Учёным всего мира следует позаботиться о том, чтобы найти новые источники энергии, более экологичные и безопасные для жизни.

Внимание!
Если Вы заметили ошибку или опечатку, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter.
Тем самым окажете неоценимую пользу проекту и другим читателям.

Здесь Вы можете ознакомиться и скачать Сочинение АЭС: за ними будущее или будущее без них?.

Если материал и наш сайт сочинений Вам понравились - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок!

Все эти негативные факторы заставили людей вспомнить старые и экологичные источники добычи электроэнергии (ветряки) и создать новые. Поступаете в 2019 году? Наша команда поможет с экономить Ваше время и нервы: подберем направления и вузы (по Вашим предпочтениям и рекомендациям экспертов);оформим заявления (Вам останется только подписать);подадим заявления в вузы России (онлайн, электронной почтой, курьером);мониторим конкурсные списки (автоматизируем отслеживание и анализ Ваших позиций);подскажем когда и куда подать оригинал (оценим шансы и определим оптимальный вариант).Доверьте рутину профессионалам – подробнее.

Так появились солнечные электростанции. Но они оказались малоэффективными, так как занимают большие площади и могут устанавливаться лишь в зонах с продолжительным световым днём.

последствия этой катастрофы будут сказываться и проявляться ещё не одно столетие.

Автор: Ирина Сухарева
Фото: Атомный эксперт

Что есть энергия?
Прежде чем говорить о ядерной энергии, хорошо бы понять, что такое энергия вообще, хоть это и непросто. С похожей проблемой сталкивался Сократ при попытке объяснить, что такое красота: примеры привести легко, а дать определение — сложно. В той же Древней Греции Аристотель полагал, что энергия — это некое активное начало, причина всех видимых изменений в мире.

Позже выделили виды энергии: потенциальная, кинетическая, тепловая, химическая и т. д. Но любая энергия ассоциируется с работой, которую можно совершить, затратив энергию.

Исторически сложилось, что различные виды энергии измеряют в разных единицах: килограммометр (кГм) — единица измерения механической энергии, калория (кал) — тепловой, электронвольт (эВ) — электрической. В ядерной физике используют единицу измерения МэВ (миллион электронвольт).

Универсальная международная единица измерения энергии — джоуль (Дж) — связана со всеми перечисленными единицами соотношениями эквивалентности:

1 Дж = 0,239 кал = 0,102 кГм = 0,624∙10¹⁹ эВ = 0,624∙10¹³ МэВ
1 Вт =1 Дж/с; 1 кВт = 10³ Вт; 1 МВт = 10⁶ Вт; 1 ГВт = 10⁹ Вт

Еще раньше, в 1782 году, Джеймс Уатт (единица мощности Ватт названа в его честь) изобрел паровую машину, которая преобразовывала тепловую энергию в работу, а в 1824 году Сади Карно нашел закон этого преобразования. Оказалось, что в работу можно превратить не все тепло, а только его часть, равную

η = (T₁ — T₂) /T₁,
где Т = t˚C + 273,15 — абсолютная температура.

Это соотношение определяет максимальный КПД любой тепловой машины. Например, при t₁ = 300˚С и t₂ = 100˚С η = 0,35, то есть только треть тепловой энергии можно превратить в работу. Остальные две трети теряются безвозвратно; и связано это с понятием энтропии, которое ввел Рудольф Клаузиус в 1857 году. При последующих превращениях энергии ее потери непрерывно растут, то есть энергия системы необратимо уменьшается. Именно это свойство энергии отличает ее от вещества: атомы вещества могут быть использованы многократно (сгнившее дерево дает материал для новых деревьев), но энергию можно использовать только один раз. А это означает, что запасы энергии, накопленные на Земле, непрерывно уменьшаются и неизбежно иссякнут. Основной вопрос: когда?

Открытие электричества не отменило этот вывод — просто цепочка превращений энергии удлинилась: тепло → работа → электричество → работа → тепло.
В любом случае процесс использования энергии начинается и заканчивается теплом, и все выводы Карно и Клаузиуса остаются в силе. (Проекты вечного двигателя Парижская академия наук отказалась принимать к рассмотрению еще в 1775 году — за 70 лет до открытия закона сохранения энергии).

Леонид Иванович Пономарев родился в 1937 году в Донбассе. В 1963 году окончил физический факультет МГУ, в 1971 году защитил докторскую диссертацию.

Работал в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, и в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова. В настоящее время — главный эксперт ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, научный руководитель программы исследований быстрого жидкосолевого реактора с уран-плутониевым топливным циклом.

В 1994 году избран членом-корреспондентом Российской академии наук (РАН) по Отделению ядерной физики, с 2016 года — академик РАН в Отделении физических наук.

Ядерная энергия
О существовании внутриядерной энергии ученые узнали в начале XX века, а в 1939 году открыли деление ядра урана под действием нейтронов и поняли, что при этом выделяется огромная энергия:
n + U → продукты деления (ПД) + 200 МэВ.

Это в 50 млн раз больше, чем при сжигании атома углерода:
C + O₂ → CO₂ + 4,2 эВ.

Объяснение этому факту дает знаменитая формула Эйнштейна, которая обобщила закон сохранения энергии до закона сохранения материи: E = mc², где E — энергия, заключенная в теле массой m, а c — скорость света.

Кроме ядерной энергии деления существует также ядерная энергия синтеза, которая выделяется при слиянии ядер дейтерия и трития:
d + t → ⁴He + n + 17,6 МэВ.

Эта энергия в 14 раз меньше, чем энергия деления, и выделяется лишь при нагревании смеси ядер до температуры ~ 10 млн градусов. В отличие от ядерного реактора деления, который был построен уже через три года после открытия деления ядра, термоядерный реактор не удается построить вот уже 70 лет, и сегодня срок его постройки вновь отодвигается еще на 50 лет.

Сколько энергии человеку надо?
В среднем человек потребляет с пищей 2500 килокалорий в день, то есть его мощность составляет ≈ 120 Дж/сек ≈ 120 Вт — мощность яркой электролампочки; биологическая мощность всего народонаселения Земли (7,6 млрд человек) составляет ~ 10³ ГВт (Луна в полнолуние светит в тысячу раз менее ярко).

С доисторических времен человек увеличил потребление энергии (домашние животные, водяная и ветряная мельницы) до 200 Вт, к началу промышленной революции оно выросло до ~ 300 Вт, сегодня — ~ 2000 Вт = 2 кВт/чел.

Сегодня мощность энергетики мира составляет ~ 1,76.10¹³ Вт = = 1,76.10⁴ ГВт, то есть в среднем ~ 2 кВт на человека, хотя потребляется она крайне неравномерно: в США — 12 кВт, в Европе и России — 6 кВт, в Китае — 1,6 кВт, в Сомали — 0,2 кВт. Производство энергии растет со скоростью ~ 1,2 % в год — чуть быстрее, чем население Земли.

Для того чтобы число людей на Земле достигло 1 млрд, потребовалась почти вся история человечества — с доисторических времен до 1800 года. Второй миллиард появился уже через 130 лет, третий — через 30 лет, а теперь каждый новый миллиард добавляется за 13 лет. Легко подсчитать, что при таком темпе роста уже через 1000 лет количество людей увеличится в 10 раз, и вряд ли на Земле хватит ресурсов для их существования. К счастью (или к сожалению), мы живем в период космического поворота: начиная с 1990 года скорость роста населения Земли снижается, и по прогнозам ученых, численность людей к 2150 году стабилизируется на уровне ~ 12 млрд.

Если к этому времени каждый житель планеты будет потреблять в среднем мощность 4 кВт, то производство энергии вырастет в три раза — до уровня ~ 5·10⁴ ГВт. Где взять эту энергию?

Источники энергии
В доиндустриальную эпоху основным источником энергии были дрова, и топливный цикл был замкнут, то есть в природе не было отходов. Но промышленная революция разомкнула этот цикл, люди начали использовать органическое топливо (уголь, нефть, газ), накопленное ~ 300 млн лет назад.

Сжигание этих продуктов освобождает углерод, связанный миллионы лет назад, и в виде углекислого газа отправляет его в атмосферу, провоцируя нарушения баланса биосферы, которая обеспечивает само существование человека. За год в лучах Солнца растения и водоросли накапливают в процессе фотосинтеза ~ 10¹¹ тонн углерода, из которых ~ 20% — приходится на леса. Если всю эту древесину сжечь в топках, то выделится тепловая энергия 0,6∙10²¹ Дж/год = 2∙10¹³ Дж/с = = 2∙10⁴ ГВт, что примерно равно мощности современной энергетики. Однако представить себе современную цивилизацию (заводы, автомобили, самолеты и так далее), работающую на дровах, довольно трудно. Скачок производства энергии в мире произошел примерно в 1850 году. Появились заводы, паровозы, автомобили, самолеты — и все это связано со значительным ростом потребляемой энергии.

Изобретение электричества сильно изменило приоритеты видов используемой энергии: сейчас его доля в общем балансе составляет 18%, и доля эта растет опережающими темпами. Основа современной электроэнергетики — ископаемое топливо: уголь, нефть, газ; именно оно обеспечивает 67% производимого электричества. Еще 16% дают гидростанции; 11% — АЭС; остальные источники энергии (солнечная, ветровая, биомасса и другое) вносят в энергобаланс не более 7%.

Запасы энергии на Земле ограничены, и большая их часть (~ 90%) заключена в ядрах атомов урана. Если к ним добавить запасы энергии, заключенные в ядрах тория (а его в земле в три раза больше, чем урана), то доля ядерной энергии вырастет до 97%, запасы 235U снизятся до 0,1%, а на долю других источников останется менее 3%. По оценкам экспертов, запасов нефти человечеству хватит на 50 лет, газа — на 100 лет, угля — на 500 лет.

Все до сих пор упомянутые источники энергии создавались на Земле в течение миллиардов лет и неизбежно будут исчерпаны. Вопрос в том, хватит ли их на все время существования человека на этой планете. Ответ на этот вопрос неизвестен, поэтому имеет смысл рассмотреть возможности использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

По большому счету, такой источник энергии только один — наше Солнце. Мощность солнечного излучения, достигающего Земли, равна ~ 10⁷ ГВт — в 500 раз больше мощности мировой энергетики. Но плотность потока этого излучения очень мала, и, чтобы сконцентрировать ее, нужно затратить работу — в соответствии с законами термодинамики. На уровне земли она составляет в среднем 160 Вт/м², с учетом ненастных дней снижается до ~ 100 Вт/м², из которых лучшие фотоэлементы (КПД ~ 20%) могут извлечь ~ 20 Вт электрической энергии. Покрыв ими крышу дома (50−100 м²), можно получить в дневное время суток 1−2 кВт, что вполне достаточно для удовлетворения всех бытовых нужд. Но это не решает проблем тяжелой индустрии, металлургии и химии. Сегодня вклад солнечной энергии в электроэнергетику мира составляет ~ 2%. Следует отметить также, что малая интенсивность солнечного потока требует больших площадей для солнечных станций (~ 10 км² для станции мощностью 1 ГВт), и на эту площадь хрупких панелей будут падать не только солнечные лучи, но и дождь, град, песок. Кроме того, хранение этой энергии для ее использования в ночные часы обходится дороже ее производства. Тем не менее в последние годы наблюдается бурный рост солнечной энергетики, хотя до сих пор неясно, сможет ли она преодолеть принципиальные физические ограничения для масштабного роста.

Только ~ 0,3% потока солнечной энергии, достигающей Земли, усваивается растениями в процессе фотосинтеза, а остальная энергия расходуется на обогрев планеты, на поддержание равновесия биосферы и всех процессов в атмосфере и океанах: ветров, течений и так далее. Энергию ветра используют издревле (парус, ветряные мельницы); современные ветряные мельницы стали важной частью индустрии: вклад ветра в производство электричества составляет ~ 3%, невзирая на то что непостоянство этого явления природы известно даже поэтам.

Ядерная энергетика
Первый промышленный ядерный реактор мощностью 5 МВт был запущен в 1954 году в Обнинске. На пике развития ядерной энергетики (~ 1995 год) она производила в 33 странах 17,5% электричества планеты (во Франции — 78%, в США — 22%, в России — 16%, а в европейской части — 40%).

Преимущества ядерной энергетики очевидны: АЭС не требуют огромных масс топлива, идеально приспособлены для выработки электричества, не выбрасывают в атмосферу углекислоту, окислы азота и серы. По большому счету, они значительно безопаснее тепловых: для того чтобы обеспечить в течение года работу ТЭС мощностью 1 ГВт, в ее топливном цикле гибнет 300 человек, а при работе АЭС — в 500 раз меньше.

Вопреки этой логике в последние годы ширятся протесты против использования ядерной энергии, а в некоторых странах даже приняты решения о ее запрещении. Причины этих протестов отчасти иррациональны: человек также безотчетно боится темноты, а радиация, с которой неразрывно связана ядерная энергия, внушает страх своей непонятностью. И логические доводы здесь бессильны, даже такой: радиоактивные выбросы с дымом ТЭС многократно превышают аналогичные выбросы АЭС.

Однако профессионалы понимают и более глубокие причины этого инстинктивного протеста: современная ядерная энергетика далека от совершенства. Она возникла после мировой войны как побочный продукт военной программы создания ядерного оружия, когда не было времени думать ни о гарантиях безопасности, ни о радиоактивных отходах, ни об экономике. Но сегодня эти проблемы встали в полный рост. Перечислим их.

Первая проблема
Современные реакторы небезопасны, несмотря на многоуровневую инженерную систему предотвращения аварий. Серьезные аварии случаются редко, но их последствия приходится ликвидировать долго, и обходится это дорого. Необходимо создать внутренне безопасный реактор, в котором аварии будут запрещены законами физики, а не инженерными барьерами. Отдельная проблема безопасности — это риск попадания ядерной взрывчатки в руки террористов, что наиболее вероятно на стадии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и выделения из него свежего топлива.

Третья проблема
При работе реактора выгорает менее 10% загруженного ядерного топлива (сегодня ~ 6%), и, чтобы его использовать полностью, нужно многократно очищать ОЯТ от продуктов деления и изготавливать из него новое топливо — замкнуть топливный цикл. Такая технология пока не создана, и в ее ожидании в хранилищах ОЯТ накоплено ~ 300 тыс. тонн ОЯТ, ждущих переработки.

Четвертая проблема
При работе АЭС образуются продукты деления — ~ 1 тонна в год для реактора электрической мощностью 1 ГВт. Среди них ~ 10 кг долгоживущих отходов, которые сохраняют свою радиоактивность сотни тысяч и миллионы лет, и оставлять их будущим поколениям люди пока не решились. За 60 лет атомной энергетики в мире накоплено таких отходов более 300 тонн, и что делать с ними — пока неясно.

Пятая проблема
Строительство ядерного реактора стоит дорого; пока мы живем в системе рыночной экономики, этот фактор имеет существенное значение. Не исключено, что в будущем дефицит энергии скорректирует важность экономических критериев: если жизни человека угрожает смертельная болезнь, он готов платить за лекарство любые деньги. К примеру, сегодня солнечная энергетика стремительно растет, несмотря на то что она вчетверо дороже ядерной.

Все эти проблемы известны давно, и они уже привели к снижению вклада АЭС в электрические мощности планеты: с 1995 года этот вклад снизился с 17,7% до 10,5%.

Скептики предсказывают и дальнейшее снижение вклада АЭС — вплоть до их исчезновения в следующем столетии.

Читайте также: