Реферат на тему атомная энергия
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Городского округа Балашиха
«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 9
143905 Московская область, г. Балашиха, ул. Кудаковского, д.7
Индивидуальный проект
ФИО: Айдаров Николай Сергеевич
ФИО: Лопатина Наталия Борисовна
1.2) Строение электронной оболочки ………………. 5
2.4) Минусы ядерной энергии……………………………………………….10-12
3.1) Современное использование ядерной энергии…………………. 12-13
3.2) Мирное применение атомной энергии……. 15-17
4.2) Экологические проблемы ядерной энергии……………………. 17-18
Актуальность темы.
Насколько тема атомной энергии актуальна в наше время? Как часто в вашей жизни появлялась атомная энергия? Как часто вам приходилось к ней прибегать? Атомная энергия поныне пользуются огромным спросом практически в любой отрасли - начиная с АЭС и заканчивая строительством атомных бомб. Существует множество видов различного использования атомной энергии, сделанных по различным технологиям, и даже на сегодняшний день разрабатываются новые способы внедрения и использования атомной энергии в жизни человека.
Цель проекта.
Атомная энергия в жизни человека
Что такое атом?
Атом — это частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, которая является носителем его свойств. Иными словами, это мельчайшая частица того или иного вещества.
При этом электроны двигаются не по определенной орбите, а довольно хаотично. Совокупность электронов, которые двигаются вокруг ядра, называется электронной оболочкой . (Приложение 1)
Атомное ядро , — массивное и положительно заряженное, расположено в центральной части атома. Структура ядра довольно сложна, и изучается в ядерной физике. Основные частицы, из которых оно состоит — протоны и нейтроны . Они связаны ядерными силами ( сильное взаимодействие ).
Периодическая система химических элементов, подчиняется простой и понятной логике: номер атома — это число протонов в ядре этого атома .
Атом — это электронейтральная частица, следовательно, число протонов равно числу электронов.
Строение электронной оболочки
Согласно квантовой модели строение атома Нильса Бора, электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, удаленным от ядра на определенное расстояние и характеризующиеся определенной энергией. Другое название стационарны орбит — электронные слои или энергетические уровни. (Приложение 2)
Электронные формулы ионов
Атомы могут отдавать и принимать электроны. Отдавая или принимая электроны, они превращаются в ионы. (Приложение 3)
Ионы —это заряженные частицы. Избыточный заряд обозначается индексом в правом верхнем углу.
Если атом отдаёт электроны, то общий заряд образовавшейся частицы будет положительный (вспомним, что число протонов в атоме равно числу электронов, а при отдаче электронов число протонов будет больше числа электронов). Положительно заряженные ионы — это катионы.
Если атом принимает электроны, то приобретает отрицательный заряд. Отрицательно заряженные частицы — это анионы.
Использование АЭС
Ядерный реактор - это устройство, способное осуществлять управляемую ядерную реакцию. (Приложение 4)
Реактор, работающий на уране-235, называется реактором на медленных нейтронах. Уран-235 наиболее эффективно делится под действием медленных нейтронов. Поскольку при делении ядер образуются в основном быстрые нейтроны, их необходимо замедлять. Для этого в реакторе с таким ядерным топливом используется замедлитель нейтронов. Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось неизменным. При этом цепная реакция будет продолжаться столько времени, сколько это необходимо, не прекращаясь и не приобретая взрывного характера.
Основные части реактора на медленных нейтронах: - делящееся вещество (ядерное топливо в виде урановых стержней), - защитная оболочка, - активная зона, - отражатель, - замедлитель нейтронов (вода), - теплообменник.
В активной зоне реактора находятся урановые стержни, являющиеся ядерным топливом, регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, вода, служащая замедлителем нейтронов и теплоносителем. Активная зона окружена слоем вещества, отражающего нейтроны (отражатель), и защитной оболочкой из бетона, задерживающей нейтроны и другие частицы.
Масса каждого уранового стержня значительно меньше критической, поэтому в одном стержне цепная реакция происходить не может (это делается специально из соображений безопасности). Цепная реакция начинается после погружения в активную зону всех урановых стержней, т. е. когда масса урана достигнет критического значения.
Для управления цепной реакцией служат регулирующие стержни, эффективно поглощающие нейтроны. При их полном погружении в активную зону цепная реакция идти не может. Для запуска реактора регулирующие стержни постепенно выводят из активной зоны до тех пор, пока не начнётся цепная реакция деления ядер урана. Активная зона реактора посредством труб соединяется с теплообменником, образуя так называемый первый замкнутый контур. Насосы обеспечивают циркуляцию воды в этом контуре. Вода, нагретая в активной зоне за счёт внутренней энергии атомных ядер, проходя через теплообменник, нагревает воду в змеевике второго контура, превращая её в пар. Таким образом, вода в активной зоне реактора служит не только замедлителем нейтронов, но и теплоносителем, отводящим тепло.
Во втором контуре пар, образовавшийся в змеевике, вращает турбину. Турбина приводит во вращение ротор генератора электрического тока. Отработанный пар поступает в конденсатор и превращается в воду. Затем весь цикл повторяется. Таким образом, непрерывно вырабатывается электрический ток.
При получении электрического тока на атомных электростанциях происходят следующие преобразования энергии:
- Внутренняя энергия атомных ядер урана при делении частично переходит в кинетическую энергию нейтронов и осколков.
- Нейтроны и осколки, разлетаясь с большой скоростью, попадают в воду. Их кинетическая энергия частично переходит во внутреннюю энергию воды.
-Вода нагревается и, проходя через теплообменник, передает свою энергию воде, находящейся в змеевике, превращая ее в пар.
-Здесь внутренняя энергия воды переходит во внутреннюю энергию пара, а затем в его кинетическую энергию.
- Далее кинетическая энергия пара переходит в кинетическую энергию ротора
турбины и ротора генератора.
-На выходе кинетическая энергия ротора генератора превращается в электрическую энергию.
Ядерный реактор ПИК
1 – машина перегрузочная;
2 – привод стержня;
5 – барабан перегрузочный;
6 – источник холодных нейтронов;
7 – защита разборная;
8 – поглощающий стержень;
9 – корпус с активной зоной;
Строительство комплекса на территории института в Гатчине началось в 1976 году и известно как один из старейших российских долгостроев.
К 1986 году были построены здания, закончена значительная часть монтажных работ, началась наладка отдельных систем, реакторный комплекс был готов больше, чем наполовину. Однако после аварии на Чернобыльской АЭС были ужесточены нормативы в части безопасности ядерных реакторов, и работы по строительству были остановлены. В 1988 году сооружение реактора было возобновлено, но с распадом СССР в 1991 году снова было остановлено в связи с резким сокращением государственного финансирования науки и перехода от административно-командной к рыночной экономике. Возобновление работ по строительству реактора произошло в 2001 году. Несколько лет ушло на восстановление последствий долгой консервации. Бюджетные ассигнования на завершение реконструкции комплекса после 2007 года должны были составить 6,032 млрд рублей.
Полный запуск реактора был осуществлён 8 февраля 2021 года.
Плюсы ядерной энергии
1. Относительная дешевизна добычи энергии.
2. Существенная экономичность потребления энергоносителей (уголь, газ, нефть).
3. Возможность экономии пространства (АЭС занимают немного места).
4. Отсутствие вредных выбросов.
5. Небольшой объём используемого топлива, возможность после его переработки использовать многократно.
6. Высокая мощность: 1000-1600 МВт на энергоблок.
Сегодня популярность набирают ториевые реакторы. Атомная энергетика на основе тория более безопасна, к тому же запасов тория в земной коре куда больше, чем урана.
Минусы ядерной энергии
Радиоактивные отходы уже давно являются дискуссионной темой. Побочный продукт ядерного деления пока не причинил нам вреда, но будущее предсказать невозможно. Поскольку количество отходов от 449 ядерных реакторов, работающих в настоящее время, довольно велико, это проливает свет на вероятный риск в будущем. Если эти отходы не будут должным образом запечатаны, они могут загрязнить окружающую среду и создать дополнительную опасность для здоровья. Сегодня морское дно стало местом захоронения ядерных подводных лодок и контейнеров с ядерными отходами. Таким образом, обработка радиоактивных отходов является серьезной проблемой.
2.Вероятность несчастных случаев
Даже если все правила безопасности соблюдены, это не даёт никакой гарантии. Всегда есть большая вероятность несчастного случая. Предметом озабоченности являются масштабы разрушений. Поскольку ядерная энергия чрезвычайно мощна, даже небольшая ситуация может привести к невыносимым последствиям. Это одинаково вредно для человечества и природы. Так что вероятность жертв возрастает с увеличением количества атомных станций. Чернобыль-это инцидент, который до сих пор остается в мыслях каждого человека.
3.Создание атомной станции
Даже если есть много преимуществ использования ядерной энергии, есть некоторые недостатки, которые нельзя обойти стороной. Одним из них является время и деньги, необходимые для создания завода. Это не только требует времени, но и требует больших инвестиций. Кроме того, не так просто получить все разрешение и авторизацию в течение короткого периода времени. На проектирование и строительство новой атомной электростанции уходит от двадцати до тридцати лет.
4.Социальная потребность в безопасности
Безопасность является большой проблемой, когда мы принимаем во внимание ядерную энергию. Поскольку он чрезвычайно мощен, существует вероятность потенциального теракта и даже минимальной небрежности, которые могут привести к хаосу. Таким образом, необходимо проявлять максимальную заботу о станциях. Атомные электростанции в случае их повреждения обладают угрозой нанесения вреда всей цивилизации.
Производство ядерной энергии не приводит к выбросу большого количества парниковых газов. Поэтому он рассматривается как более безопасная альтернатива. Но в то же самое время существуют радиоактивные отходы, которые могут быть использованы для производства ядерного оружия. Плутоний играет важную роль в создании ядерных бомб. Даже если ядерная энергия полезна, она также вызывает серьезную озабоченность в отношении национальной безопасности.
Современное использование ядерной энергии
Будущее энергетики — термояд
Энергия, заключенная в атомном ядре, выделяется не только в процессе деления тяжелых ядер вроде урана и плутония. Ее дает и слияние легких ядер водорода, которых на Земле гораздо больше, чем урана. Эта реакция называется термоядерной. Современная атомная энергетика использует только делящиеся ядра, получая их из урановой руды. Второй путь — использование энергии термоядерного синтеза — пока еще не освоен.
Крупнейший экспериментальный термоядерный реактор ITER строится рядом с исследовательским центром Кадараш на юге Франции. Его цель — продемонстрировать возможность использования термоядерной реакции для выработки электроэнергии. Россия — один из главных участников проекта ITER. Но в России строятся и собственные термоядерные установки.
Замкнутый ядерный топливный цикл
Одна из главных проблем мирного атома — это проблема радиоактивных отходов. Вынимая из земли слаборадиоактивную урановую руду, мы выделяем из нее уран, обогащаем его и используем в ядерных реакторах, на выходе получая опасную субстанцию. Некоторые из составляющих ее изотопов будут радиоактивны еще много тысяч лет. Ни одно сооружение не может гарантировать безопасность хранения отработавшего топлива на такой долгий срок. Но отработавшее ядерное топливо можно перерабатывать: дожигать самые долгоживущие нуклиды и выделять те, что можно использовать в топливном цикле снова.
Для того чтобы делать это, нужны реакторы двух типов: на тепловых нейтронах и на быстрых. На тепловых, или медленных, нейтронах работает большинство современных ядерных реакторов; теплоносителем в них является вода, она же и замедляет нейтроны (в реакторах некоторых типов замедлителями работают и другие вещества — например, графит в РБМК). Вода омывает топливные стержни; нейтроны, замедленные водой, взаимодействуют преимущественно с одним изотопом урана — редким в природе ураном-235 — и заставляют его делиться, выделяя тепло: оно-то и нужно для выработки электроэнергии. После того как тепловыделяющие сборки полностью отработают положенный срок в активной зоне реактора, отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), накопившее в себе осколки деления, выгружается из реактора и заменяется свежим.
В реакторах на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя используются вещества, которые гораздо меньше замедляют нейтроны — жидкий натрий, свинец, сплавы свинец-висмут и некоторые другие. Быстрые нейтроны взаимодействуют не только с ураном-235, но и с ураном-238, которого в природном уране гораздо больше, чем урана-235. Захватывая нейтрон, ядро урана-238 превращается в делящийся изотоп плутония, который подходит в качестве топлива и для тепловых, и для быстрых реакторов. Поэтому быстрые реакторы дают и тепло, и новое топливо. Кроме того, в них можно дожигать особо долгоживущие изотопы, которые вносят наибольший вклад в радиоактивность ОЯТ. После дожигания они превращаются в менее опасные, более короткоживущие изотопы.
Чтобы полностью избавиться от долгоживущих радиоактивных отходов, нужно иметь и быстрые, и тепловые реакторы в одном энергетическом комплексе. Кроме того, нужно уметь перерабатывать топливо, извлекая из него ценные компоненты и используя их для производства нового топлива. Сегодня Россия — единственная страна, в которой работают сразу два промышленных реактора на быстрых нейтронах — это реакторы БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС.
Мирное применение атомной энергии
Мирным применением атомной энергии является производство электричества.
Растёт тенденция к строительству новых атомных электростанций. Более 16 % энергии в мире вырабатывается за счет преобразования атомной энергии.
Одной из прикладных сфер для научных технологий является медицина. Сегодня при диагностике и даже лечении многих заболеваний используется радиоактивное излучение. Радиотерапия (лечение с помощью радиации) показала себя весьма эффективным средством борьбы с раковыми заболеваниями. Для этого изготовлена аппаратура, позволяющая диагностировать рак мозга, прямой и двенадцатиперстной кишки, рак легких.
Радиация используется также при диагнозе заболеваний щитовидной железы, разных инфекций, воспалений суставных сумок, анемии и многих других болезней. Диагностика производится с помощью современной аппаратуры, использующей слабое радиоактивное облучение. В настоящее время для обнаружения многих расстройств, в том числе опухолей, применяется новейшая аппаратура, в том числе компьютерная томография. Другим известным методом диагноза внутренних травм или опухолей в организме является
магнитно-резонансное изображение. При этом в кровь пациенту впрыскивается радиоактивное вещество, по которому и отслеживается магнитно-резонансное изображение. Многие весьма изящные операции проводятся с помощью лазерной и радиоактивной технологии, как правило без кровотечения и обезболивания. Интересно, что те же самые расщепляющиеся вещества, которые при взрыве атомной бомбы способны погубить сотни тысяч жизней, в медицинском применении спасают человека, имея при этом гораздо меньше побочных эффектов, чем обычное лечение.
Сфера мирного применения ядерных технологий, помимо человека, охватывает и животных. При помощи радиоактивных веществ осуществляется диагноз и лечение многих болезней скота. Таким образом ядерная наука приходит на помощь животноводству и производству мясо-молочной продукции. Ядерные технологии здесь применяются для обеззараживания и оздоровления животноводческой продукции. С недавних пор ядерные технологии нашли применении в генетической модификации и выращивании животных, представляющих наибольшую ценность для человека. Ядерные технологии с каждым днем играют все большую роль в пищевой индустрии. С помощью радиоактивного облучения уничтожаются насекомые и паразиты, загрязняющие пищевые продукты. Специалисты также с помощью радиоизотопов убивают микроорганизмы (бактерии и вирусы), поражающие растения и животных. В числе прочего вклада ядерной промышленности в пищевую индустрию можно выделить увеличение продуктивности и качества растению за счет стимулирования генетических мутаций. Ядерная энергия также нашла применение при обнаружении подземных и поверхностных вод, разломов и нарушений целостности конструкции плотин или дамб. Другая область мирного применения ядерной энергии – это опреснение вод.
Ядерные технологии также помогают обнаруживать противопехотные мины, которыми усеяны зоны вооруженных конфликтов и которые уносят жизни миллионов ни в чем не повинных людей.
Животноводство (обеззараживание и оздоровление животноводческой продукции);
Пищевая индустрия (генетическая модификация, уничтожение вирусов, бактерий).
Таким образом, ядерные технологии представляют собой весьма ценную науку, которой ученые нашли и продолжают находить невоенные применения.
Научные задачи
Около половины каналов-нейтроноводов ученые отдадут экспериментам из области ядерной физики и физики частиц.
Во-первых, исследователи измерят электрический заряд и дипольный момент нейтрона. Во-вторых, ученые в подробностях исследуют β-распад нейтрона — уточнят его период, измерят корреляционные константы процесса и проверят закон сохранения T-четности . Возможно, эти эксперименты объяснят загадку времени жизни нейтрона и укажут на физику за пределами Стандартной модели.
Экологические проблемы ядерной энергии
В мире отказываются от урана и плутония в пользу тория. Ториевые ядерные реакторы безопасные, и в них не может случиться взрыва: ядерный распад очень легко контролировать. Единственной причиной, из-за которой к развитию ядерной энергетики можно относиться с опаской, это наращивание ядерного вооружения.
Однако можно с уверенностью сказать: за ядерной энергией будущее. Нефть, газ и уголь рано или поздно закончатся, а солнечные и ветровые установки можно использовать далеко не во всём мире. К тому же их строительство и обслуживание очень дорогое. Ни один альтернативный источник энергии не в состоянии обеспечить надежный, предсказуемый и масштабируемый поток энергии. Здесь вопрос вовсе не в цене, не во вреде для окружающей среде, а только в том, что без существования надежного, не зависящего от внешних условий компонента, ни одна крупная энергосистема существовать просто не сможет. Возможно, с развитием технологии АЭС можно будет заменить, но, в любом случае, на данный момент никакой альтернативы АЭС нет.
Читайте также: