Атомная энергетика Опыт эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах Принципы энергетической безопасности Программа развития ядерной энергетики Гидроэлектростанции Эволюция ядерных арсеналов

Ядерная индустрия, ядерный топливно-энергетический комплекс и атомная энергетика

За сто лет развития, наука о радиоактивности породила новую отрасль производства – ядерную индустрию.

Ядерная индустрия (ЯИ), отрасль промышленности, связанная с использованием ядерной энергии; совокупность технологий и технических средств, предназначенных для целесообразного использования ядерной энергии.

Ядерная энергия, внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях. Ядерная энергия по своим масштабам в миллионы раз превосходит энергию, выделяющуюся при химических реакциях, что отражает огромную величину ядерных сил по сравнению с электромагнитным взаимодействием, которое играет основную роль в атомах и молекулах.

Естественная радиоактивность демонстрирует наличие больших энергетических ресурсов, запасенных в атомных ядрах (например, при полном превращении 1 кг радия выделяется 3,5*105 квт-ч энергии). Однако малая скорость распада делает полезную мощность практически ничтожной. Бета-радиоактивные элементы (например, 90Sr) нашли применение в атомных батареях – источниках электрического тока, в которых ядерная энергия преобразуется в электричество.

Широкое применение ядерной энергии стало возможным благодаря открытию самоподдерживающихся ядерных реакций: цепных реакций деления и термоядерных реакций синтеза. При делении ядер 1 кг урана выделяется 2*107 квт-ч энергии, что эквивалентно сжиганию 2500 тонн каменного угля. Один 1 см3 урана имеет энергетическое содержание, эквивалентное 60000 л бензина, 110-160 т угля или около 60000 м3 природного газа. При использовании рецикла ресурсы ядерных материалов смогут обеспечивать прогнозируемые энергетические потребности мира на протяжении 1000 лет. Мир никак не может игнорировать этот факт. Переход к серийному сооружению АЭС с БН осложнен многими неотработанными в промышленном масштабе технологическими процессами и нерешенными вопросами оптимальной организации ядерного топливного цикла, который должен базироваться на плутонии и может быть только замкнутым с очень коротким (до 1 года) временем внешнего цикла (химическая переработка отработавшего топлива и дистанционно управляемое изготовление свежего топлива).

В настоящее время осуществлены как неуправляемые цепные реакции взрывного типа (атомная бомба), так и управляемые реакции с регулируемым уровнем выделения энергии (атомные реакторы). Ядерная энергия, получаемая в ядерных цепных реакциях, используется на атомных электростанциях, кораблях, подводных лодках, космических аппаратах и т.п. Реакции термического синтеза, легких ядер, т.е. термоядерные реакции, благодаря их большому тепловому эффекту способны стать самоподдерживающимися. Ядерная энергия, выделяющаяся при термоядерных реакциях, играет огромную роль в природе, т.к. является основным источником энергии Солнца и звезд. В настоящее время удалось осуществить неуправляемые термоядерные реакции взрывного типа (водородная бомба). Управляемую термоядерную энергию осуществить достаточно просто (например, облучая дейтерид лития тепловыми нейтронами), но добиться превышения энергетического выхода над затратами пока не удалось. Ведутся поиски путей осуществления управляемой термоядерной реакции, способной стать мощным энергетическим источником. Есть еще один, потенциально более мощный, чем термояд, источник ядерной энергии – аннигиляция частиц и античастиц. В этом случае изменение массы покоя близко к 100%, поскольку конечными продуктами процесса аннигиляции являются самые легкие из заряженных частиц – электроны, и лишенные массы покоя нейтрино. Реализовать этот способ получения энергии тоже пока не удалось.


Физические основы ядерной индустрии