Ядерная энергия. Типы ядерных реакторов. Опасные отходы

Ядерная энергия получается путем расщепления тяжелого ядра (например, изотопа урана-235) при поглощении им нейтрона. Этот процесс освобождает огромное количество энергии при использовании небольшого количества исходного материала: расщепление 1 кг урана дает столько же энергии, сколько сжигание 2000 т угля либо 8000 баррелей нефти.

Типы ядерных реакторов:
- Ядерный реактор с водой под давлением. Наиболее распространенная конструкция ядерных реакторов (известная как реактор на легкой воде) использует воду под высоким давлением в качестве охладителя.

- Ядерный реактор с кипящей водой. Это другой тип реактора на легкой воде. Охладитель проходит через активную зону реактора и кипит, порождая пар. Ядерный реактор с тяжелой водой под давлением Охладителем является тяжелая вода: вода с большей молекулярной массой.

- Графитовый ядерный реактор на легкой воде. Тепловыделяющие стержни находятся в индивидуальных напорных трубках, окруженных водой (охладитель) и графитом (замедлитель, который снижает скорость нейтронов, ускоряя процесс деления). Газоохлаждаемый ядерный реактор Этот тип реактора использует углекислый газ под давлением в качестве охладителя вместо воды.

- Усовершенствованный газоохлаждаемый ядерный реактор. Усовершенствованная модификация работает так же, как обычный газоохлаждаемый ядерный реактор, но использует произведенный химическим способом обогащенный уран в качестве топлива.

- Реактор на быстрых нейтронах. Реакторы на быстрых нейтронах вырабатывают больше топлива (в форме плутония), чем потребляют. В них не используется замедлитель, поэтому нейтроны могут перемещаться быстрее. Исходным топливом является определенный тип урана.

Получение энергии: цепная реакция. Атомы состоят из электронов, вращающихся вокруг ядра, которое содержит протоны и нейтроны. Бомбардировка атома нейтронами разбивает ядро на две части. Этот процесс, называемый расщеплением, высвобождает энергию (в виде теплоты) и радиоактивное излучение, а также освобождает еще нейтроны. Нейтроны можно уловить и использовать для бомбардировки других атомов, продолжая процесс как цепную реакцию. Процесс расщепления регулируется замедлителями. Если реакция сдерживается и контролируется, она становится источником энергии; если не сдерживается, она вызывает атомный взрыв.

1. Охладитель. Вещество, например вода или газ. которое, проходя через активную зону реактора либо окружая ее, отводит тепловую энергию.
2. Экран. Весь реактор заключен в бетонную оболочку толщиной в несколько метров.
3. Турбины. Пар из теплообменника вращает турбины. Пар конденсируется 8 прохладную воду под турбинами и направляется обратно в активную зону реактора.

4. Теплообменник. Один или несколько теплообменников передают теплоту от охладителя воде во вторичном контуре, превращая ее в перегретый пар, который направляется на турбины для производства энергии.
5. Насос. Заставляет охладитель циркулировать по реактору.

6. Камера давления. Тяжелый стальной контейнер окружает реактор и его охладитель. Контролирующие стержни управляются через крышку камеры, но примерно раз в год реактор должен быть остановлен и крышка должна быть снята для дозаправки.
7. Контролирующие стержни. Стержни, содержащие кадмий или бор, поглощают нейтроны и замедляют либо останавливают ядерное деление. Эти стержни могут быть введены внутрь или выдвинуты из активной зоны реактора для контроля скорости реакции.

8. Топливные стержни. Ядерное топливо - обычно гранулы оксида урана - содержится в стержнях около 4 м длиной и 1 см в диаметре. Они окружены субстанцией замедлителя, которая снижает скорость нейтронов(быстро летящие нейтроны отскакивают от атомов урана, вместо того чтобы проникать 8 них).

За и против: За.
- Атомная энергия требует меньше сырья, чем органические виды топлива.
- Она не дает неконтролируемых вредных выбросов в атмосферу. В 2000 «Бритиш энержи» избежала выброса 40 млн. т С0₂, что эквивалентно уменьшению числа автомобилей в Великобритании почти на две трети, благодаря использованию для производства энергии ядерных установок.

Против
- Строительство атомных электростанций обходится дорого.
- Общественность протестует против хранения радиоактивных отходов. Случаи, когда люди подвергались радиоактивному воздействию в результате неполадок на атомных электростанциях, спровоцировали призывы к закрытию всех предприятий, связанных с ядерными технологиями.
- Накопление материалов для производства ядерной энергии может привести к риску их применения для несанкционированного производства ядерного оружия.

Опасные отходы. Уровень радиоактивности уменьшается с течением времени. Токсичные радиоактивные отходы, получающиеся в результате ядерного деления, распределяются по категориям на низко-, средне- и высокоактивные в зависимости от продолжительности времени, в течение которого они будут опасными. Низкоактивные отходы сжигаются, прессуются и захораниваются под землей. Среднеактивные запечатываются в экранирующие контейнеры и хранятся в бетонных или битумных камерах.

Высокоактивные отходы включают опасные изотопы, радиоактивность которых сохраняется в некоторых случаях сотни или даже тысячи лет. Такие отходы хранятся в жидкой форме в резервуарах из нержавеющей стали.

Жидкость продолжает выделять тепло, и ее надо постоянно охлаждать. Приняты долгосрочные планы по хранению высокоактивных отходов внутри цельных стеклянных блоков на поверхности в течение 50 лет перед захоронением. Это позволит радиоактивным материалам совершить распад до более низких уровней радиации. Тогда такие отходы можно будет хранить так же, как среднеактивные.

Счетчик Гейгера. Уровень радиации периодически проверяется в центрах захоронения.