Явление радиоактивности и атомное ядро

     Именно  об этих опытах большого коллектива советских  ученых и рассказал в 1956 г. в Харуэлле Игорь Васильевич Курчатов.

Но неимоверные  трудности стоят на пути осуществления  контролируемой термоядерной реакции. Именно контролируемой, потому что  неконтролируемая, взрывная термоядерная реакция происходит при взрыве водородной бомбы.

     Проблема  использования термоядерной энергии  по праву считается проблемой  №1 современной науки. Ее решение  позволит навсегда избавить человечество от угрозы энергетического голода. Ведь моря и океаны содержат огромные запасы тех самых легких ядер, которые  необходимы для термоядерной реакции. Каким же громадным и «неисчерпаемым» источником энергии располагает человек! Заставить служить эту энергию людям — что может быть благороднее и почетнее!

     Дефект  массы

     Дефе́кт ма́ссы — разность между массой покоя атомного ядра данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом данного изотопа. В современной науке для обозначения  этой разницы пользуются термином избыток  массы (англ. mass excess). Как правило, избыток массы выражается в кэВ.

Согласно соотношению  Эйнштейна дефект массы и энергия  связи нуклонов в ядре эквивалентны:

где Δm — дефект массы и с — скорость света в вакууме.

Дефект массы  характеризует устойчивость ядра. Дефект массы, отнесённый к одному нуклону, называется упаковочным множителем.[6]

     Атомная энергетика сегодня  и завтра

     Итак, анализ стратегии энергетического  производства показывает, что основным реальным кандидатом для базовой  энергетики завтрашнего дня являются атомные электростанции. Сегодня  АЭС дают в мировую энергосистему  почти 16 % всей энергии, но это лишь средняя  оценка. В некоторых странах атомная  энергетика является основой базовой  энергетики, производя более половины энергии.

     В противоречии со сложившимся общественным мнением, экспертами всего мира ядерные  электростанции признаны наиболее безопасными  и экологически чистыми по сравнению  с прочими традиционными способами  производства энергии. Кроме того, уже  разработано и устанавливается  новое поколение ядерных реакторов, приоритетным для которого является полная безопасность эксплуатации.

     Одним из серьезных вопросов, вызывающих беспокойство общественности, является наработка и необходимость хранения долгоживущих ядерных отходов. Оценки экспертов показывают, что при  производстве к середине века на АЭС  около 50% энергии, ежегодно будет производиться  и около 50000 т высоко радиоактивных  отходов. Давайте, однако, сравним с  сегодняшними тепловыми электростанциями, которые выбрасывают в атмосферу  более 50000 т углерода в минуту!

     Да, радиоактивные отходы сохраняют  активность в течение долгих лет, но эти отходы занимают относительно малые объемы и могут быть надежно  локализованы, а наиболее опасные  из них нетрудно еще раз переработать, как говорят, “сжечь” в ядерных  реакторах. После однократного использования  на АЭС ядерного топлива в нем  остается около 20 % первоначального  количества U235. Так что повторное  использование невыгоревшего ядерного топлива и искусственных делящихся  материалов путем переработки уже  облученного топлива и его  регенерации позволяет наиболее эффективно использовать имеющиеся урановые ресурсы. В этом случае объем образующихся радиоактивных отходов минимален.

     Вообще, для ядерных источников характерна компактная форма отходов и отсутствие выбросов продуктов сгорания. Как  показывают оценки, суммарная масса  ядерных отходов в миллионы раз  меньше массы отходов при сжигании органики (пропорционально калорийности топлива). И это несомненное преимущество ядерной энергии.

     В процессе работы реакторов изменяется баланс радиоактивных веществ в  природе. Одновременно протекают два  противоположных процесса: уничтожение  радиоактивных ядер, имеющих естественную радиоактивность, и образование  новых радиоактивных ядер. С одной  стороны, уничтожается уран или другой исходный ядерный элемент, являющиеся родоначальниками цепочки радиоактивных  ядер, а с другой стороны, образуются новые радиоактивные ядра: продукты деления и продукты взаимодействия нейтронов с веществом, главным  образом, трансурановые изотопы. Результаты исследований баланса радиоактивности  приводят к принципиальному выводу: при работе реактора происходит снижение числа суммарных радиоактивных  распадов в ядерном топливе, то есть, возникающая радиоактивность не превышает по количеству распадов активность исходных естественных элементов.

     Образующиеся  продукты деления являются короткоживущими  изотопами, по сравнению с ураном и его дочерними продуктами. Их радиоактивные распады происходят в относительно короткий интервал времени. По этой причине радиоактивность (скорость распадов) облученного топлива превышает  радиоактивность исходного ядерного сырья на протяжении нескольких тысяч  лет. Именно этот вывод лежит в  основе решения проблемы безопасности ядерных реакторов и послереакторного топливного цикла: образующаяся радиоактивность  должна быть гарантировано локализована в указанном выше временном интервале. Несомненно, такая локализация ядерных отходов и во времени, и в пространстве находится в пределах возможностей человечества.

     По  мнению российских специалистов никаких  проблем с хранением и переработкой ядерных отходов не возникнет, даже если взяться перерабатывать ввозимые ядерные отходы. Наоборот, это позволит более полно использовать мощности страны по переработке отработанного  ядерного топлива. Известно, что на сегодняшний день мощности нашей  страны по их переработке использованы лишь на треть: в 2000 г. переработка собственных  ядерных отходов составила всего 150 т, тогда как Россия может ежегодно перерабатывать около 400 т отработанного  ядерного топлива.

     Поскольку ядерное топливо не сгорает до конца, возможно его вторичное использование. Одновременно с его подготовкой  к повторному использованию из него извлекают различные элементы, необходимые  в медицине (рентгеноскопия) и промышленности (сварка). На сегодняшний день по технологиям  переработки ядерного топлива с  Россией способна конкурировать  лишь Франция, на территорию которой  уже ввозятся ядерные отходы. Япония только начинает развивать такие  технологии, а вот Англия уже строит свой первый завод по переработке  ядерного топлива. Что касается США, то они перерабатывают ядерное топливо  только для военных целей.

     Таким образом, атомная энергетика при  нормальной эксплуатации и условии  гарантированно безопасного компактного  хранения и переработки радиоактивных  отходов имеет несомненные экологические  преимущества перед конкурентами. Ее влияние на окружающую среду ограничено практически только тепловым воздействием, которое весьма мало. Добавим также  и то, что дерное топливо, в сравнении  с прочими видами топлива, имеет  в миллионы раз большую концентрацию энергии и практически неисчерпаемые  ресурсы. Резервы урана в атомной  промышленности могут обеспечить четырехкратное увеличение мощности АЭС.

     Эти особенности атомного энергопроизводства открывают принципиально новые  возможности и перспективы. Из ограниченных природных запасов топливного сырья  в течение тысячелетий удастся  получать необходимое количество энергии  для удовлетворения энергопотребности  человечества при любом прогнозируемом развитии цивилизации. Получится некий  замкнутый цикл, при котором воздействие  атомной энергетики на окружающую среду  будет существенно меньше, чем  при использовании традиционных технологий энергопроизводства. 
 

Список  литературы:

1) Физическая  энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга — Робертсона - Стримеры. — С. 210. — 704 с. —  40 000 экз

2) Айзенбуд Л., Вигнер Е. Структура ядра. М., 1959

3) Престон М.  Физика ядра. М., 1964

4) Кук Ш. Структура  атомных ядер. М., 1967

5) Краткая энциклопедия "Атомная энергия", Государственное научное издательство "Большая советская энциклопедия", 1956 г

6) Сивухин Д. В. Общий курс физики, т.5, ч. 2

7) http://www.ecoatominf.ru/publishs/energy/energy06.htm