Применение атомной энергии

Аннигиляция вещества

Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение — от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг — и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.

Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов — положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.

Создание вещества

Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.

Исследование аспектов применения атомной энергии для решения

проблем энергоснабжения районов Крайнего Севера

1 Введение

(слайд 1)

По мере развития человечества дальнейший технический прогресс требует все больших затрат энергии. Потому каждый раз поднимаясь на новую ступень развития, человек старается применить свои знания для поиска новых источников и создании новых проектов по использованию уже открытых. В наше время остро встает вопрос об отказе от традиционного способа получения энергии путем сжигания углеводородов. Все чаще звучат предостережения экологов о загрязнении атмосферы пылью, двуокисью серы, углерода, окислами азота и многими прочими ядовитыми соединениями, образующимися при переработке нефти и угля. Кроме того, прогнозы геологов также не утешительны. По их подсчетам, в среднем, нефти в обнаруженных месторождениях, при сохранении темпов потребления, хватит примерно еще на пятьдесят лет.

Вместе с этим электричество настолько вошло в жизнь человека, что полноценное развитие хозяйства и промышленности, эффективное освоение новых территорий невозможно без доступа к электроэнергии.

1.1. Сложности  на пути развития. Возможные и  наиболее перспективные способы  преодоления возникающих проблем.

В нашей стране особо проблемными регионами являются северные территории. Таковыми считаются (или к ним приравниваются) районы лежащие на землях, подверженных вечной мерзлоте. Если учитывать, что южная граница её распространения начинается от Кольского полуострова, спускается до Байкала и заканчивается в Комсомольске-на-Амуре, то становится ясно что речь идет едва ли не о половине территории страны. В богатой гидроресурсами Сибири и горных районах энергетические проблемы успешно решаются эксплуатацией гидроэлектростанций, однако, в районах прилегающих к побережью Северного Ледовитого океана подобный вариант теряет свои преимущества (из-за замерзания зимой рек), а местами неосуществим из-за слишком малого перепада высот (необходимого для деятельности гидростанции).

Практически все эти регионы находятся в зоне децентрализированного энергоснабжения т.к. энергетическая система страны охватывает лишь 15% территории страны. И в то же время эти регионы обладают третьей частью мировых запасов никеля, десятой частью меди и кобальта. Здесь находится большинство российских месторождений алмазов, золота, почти половина деловой древесины, около 80% запасов нефти, практически весь природный газ с учетом месторождений на шельфе морей, прилегающих к побережью. Для эффективного использования этих ресурсов необходима энергетическая база, которой во многих важных регионах практически нет. Строительство электростанций на органическом топливе в условиях полярного климата и вечной мерзлоты становится экономически неоправданным, слишком долог срок их окупаемости, кроме того месторождения нефти и газа могут находится на значительном удалении от мест, где требуется электроэнергия. Таким образом, во многие прибрежные районы топливо завозится морем.

(слайд 2 )

1.2. Сложности  на пути развития электроэнергетики  Крайнего Севера

Очевидно, что зависимость района от периодических поставок не может позволить регионам развиваться в полную силу. В рамках этого проекта далее рассматривается несколько способов получения энергии непосредственно в нуждающихся областях (или как минимум в наиболее приближенных к ним подходящих местах), что позволит открыть новые перспективы развития объектов расположенных на Крайнем Севере.

В настоящий момент вопрос товаро- и энергоснабжения решается с помощью подвоза по Северному Морскому Пути топлива и продовольствия. Для этих целей используется надводный атомный ледокольный флот, требующий, однако, на данный момент определенной модернизации. С учетом предполагаемого ввода в 2005 году атомного ледокола «50 лет Победы» он будет состоять из пяти судов, три из которых уже к 2006 году исчерпают назначенный ресурс. В дополнение к этим перевозкам рассматриваются подводные перевозки грузов, которые, тем не менее, в настоящий момент находятся лишь на начальных стадиях разработки.

Известно, что в сложных климатических условиях с круглогодично холодным климатом живет более 10 млн. человек. И можно приблизительно оценить потребную мощность энергообеспечения. По мнению академика Моисеева для создания на Севере среднеевропейского уровня жизни и технологии требуется 18 т. условного топлива в год на человека; а среднероссийского – около 6. Понятно, что столько топлива на Север завезти невозможно. Потому еще в марте 1995 года ряд министерств, государственных организаций совместно с научным советом «нетрадиционная энергетика» попытались разработать предложения в Федеральную программу развития энергообеспечения северных территорий на пять лет за счет возобновляемых и местных видов топлива. По результатам расчетов, выполненных при подготовке этой программы, определенно, что завоз топлива приводит к повышению стоимости вырабатываемой электроэнергии в среднем до 15-30 центов за кВт-ч.

По этой статистике наибольшую мощность дают солнечные коллекторы, которые тем не менее не подходят для постоянного использования, как основного источника. В условиях, когда половину году составляет полярная ночь, они будут требовать затрат на обслуживание, не давая при этом никакого вклада в энергетику. Потому мы не будем подробно останавливаться на фотоэлектрических и солнечных станциях. Которые не смотря на прочие достоинства не всегда актуальны в рассматриваемых условиях, а потому не смогут обеспечить районы бесперебойным электроснабжением.

Наиболее серьезно из станций использующих «нетрадиционные» источники в конструкторских бюро рассматриваются приливные станции (высота приливов в некоторых местах побережья Северного Ледовитого океана достигает нескольких метров) и геотермальные для западных районов (преимущественно Камчатки).

Но согласно всем этим, довольно оптимистичным подсчетам, с учетом солнечных коллекторов и фотоэлектрических станций, возобновляемые источники энергии могут составить в энергообеспечении Севера лишь небольшую долю.

(слайд 4)

Выше было показано, что подвоз к удаленным ТЭС топлива весьма дорог и сложен. Может возникнуть вопрос, возможна ли организация местных тепловых станций на местном же топливе: известно что северный шельф богат горючими углеводородами. На самом деле да, возможна. Такие проекты существуют, однако далеки от завершения. В настоящий момент сложно говорить о преимуществах таких проектов, или недостатках. В рамках этого обзора стоит сказать о главных проблемах, стоящих перед разработчиками. В первую очередь это обеспечение постоянного подводного автоматического обслуживания станции вне зависимости от сезонной смены толщины льда. Не второстепенным по важности и сложности является процесс перекачивания сырья и обеспечение надежности этой системы. В истории человечества уже было достаточно примеров не позволяющих недооценить опасность утечек нефти.

В приведенной таблице видно, что станции с альтернативным источником энергии способны обеспечивать лишь необходимый минимум для поддержания жизни и производства. В таких условиях логично прибегнуть к использованию атомной энергетики. Уже известно, что она может удовлетворить самых разнообразных потребителей при этом поможет существенно снизить объемы северного завоза топлива, обеспечивая потребности населения в тепле и электроэнергии.

Атомные энергетические установки являются наиболее перспективными для удаленных регионов со значительными промышленными и бытовыми потребителями энергии. Это безопасные, надежные и экологически чистые источники энергии, одним из важных преимуществ которых перед традиционными станет замещение труднодоступного органического топлива в топливном балансе региона. Их размещение в удаленных районах приведет к исключению сложной схемы доставки органического топлива и затрат на его приобретение и транспортировку, что станет одним из важных способов решения социально-экономических проблем. Разработчики проектов утверждают, что предлагаемые решения экологически чисты и не несут в себе фатальной опасности.

2. Возможные  проекты станций. Аспекты их деятельности.

В настоящее время наиболее реалистичны следующие проекты АЭС:

2.1. АЭС с реактором  естественной безопасности БРЕСТ.

(слайд 5)

Данная разработка предлагает создание АЭС с пристанционным топливным циклом и комплексом по переработке радиоактивных отходов. Создание реактора основывается на философии естественной безопасности. Т.е. безопасность обеспечивается не увеличением инженерных барьеров и систем, а использованием фундаментальных физических и химических свойств и закономерностей, присущих топливу, теплоносителю и другим компонентам реактора. Использование свинца в качестве теплоносителя исключает аварии, связанные с кипением, проявлением пустотного эффекта реактивности (связанного с возможной неоднородностью жидких теплоносителей, не исключающих пузырей с паром), потерей охлаждения активной зоны, пожарами и взрывами. Такая АЭС обеспечивает:

- «сжигание» радиоактивных отходов  и их захоронение без нарушения  природного радиационного баланса;

- создание на плутонии, накапливаемом  в топливе АЭС первого этапа  энергетики большого масштаба, не  имеющей ограничений по ресурсам  дешевого топлива;

- исключение из ядерной энергетики  из ядерной энергетики технологий  обогащения урана и извлечения  плутония, наиболее опасных для  распространения ядерного оружия.

АЭС типа БРЕСТ спроектированы на мощность 300 МВт и 1200 МВт. Они предусматривают значительный объем капитального строительства и их создание в необжитых районах не всегда целесообразно и достаточно проблематично,

2.2. Блочно-транспортабельная атомная станция «Унитерм».

(слайд 6)

Данная установка обеспечивает производство электрической и тепловой энергии (до 6 МВт и 17 Гкал/час соответственно) при очень невысокой ее себестоимости. Транспортабельная станция предельно проста в эксплуатации, не требует обслуживания при работе и способна работать без перегрузки топлива до 20 лет.