Vor- und Nachteile: Wie eine Rakete mit einem Kernreaktor fliegt. Anwendung der Kernenergie: Probleme und Perspektiven

Die Nutzung der Kernenergie in moderne Welt stellt sich als so wichtig heraus, dass die Welt, wie wir sie kennen, wahrscheinlich aufhören würde zu existieren, wenn wir morgen aufwachen und die Energie der Kernreaktion verschwinden würde. Frieden ist die Basis industrielle Produktion und das Leben von Ländern wie Frankreich und Japan, Deutschland und Großbritannien, den USA und Russland. Und wenn die letzten beiden Länder noch in der Lage sind, Kernenergiequellen durch Wärmekraftwerke zu ersetzen, dann ist dies für Frankreich oder Japan einfach unmöglich.

Verwendungszweck Atomenergie macht viele Probleme. Im Grunde hängen all diese Probleme damit zusammen, dass der Mensch durch die Nutzung der Bindungsenergie des Atomkerns (die wir Kernenergie nennen) zum eigenen Vorteil erhebliches Übel in Form von hochradioaktivem Abfall erhält, der nicht einfach weggeworfen werden kann. Abfälle aus Kernenergiequellen müssen verarbeitet, transportiert, entsorgt und gelagert werden lange Zeit unter sicheren Bedingungen.

Vor- und Nachteile, Nutzen und Schaden der Nutzung der Kernenergie

Betrachten Sie die Vor- und Nachteile der Nutzung der Atomenergie, ihre Vorteile, Schäden und Bedeutung im Leben der Menschheit. Es liegt auf der Hand, dass Atomenergie heute nur noch industriell benötigt wird. Industrieländer. Das heißt, friedliche Kernenergie findet ihre Hauptanwendung hauptsächlich in solchen Einrichtungen wie Fabriken, Verarbeitungsanlagen usw. Es sind energieintensive Industrien, die weit entfernt von billigen Stromquellen sind (wie Wasserkraftwerke), die Kernkraftwerke nutzen, um ihre internen Prozesse sicherzustellen und weiterzuentwickeln.

Agrarregionen und Städte brauchen eigentlich keine Kernenergie. Es ist durchaus möglich, es durch thermische und andere Stationen zu ersetzen. Es stellt sich heraus, dass die Beherrschung, der Erwerb, die Entwicklung, die Produktion und die Nutzung der Kernenergie größtenteils darauf abzielen, unseren Bedarf an Industrieprodukten zu decken. Mal sehen, was das für Branchen sind: Automobilindustrie, Militärindustrie, Metallurgie, chemische Industrie, Öl- und Gaskomplex usw.

Der moderne Mensch will reiten neues Auto? Möchten Sie sich in trendige Synthetik kleiden, Synthetik essen und alles in Synthetik packen? Wollen Sie helle Ware verschiedene Formen und Größen? Willst du alle neuen Telefone, Fernseher, Computer? Möchten Sie viel kaufen und häufig die Ausrüstung um Sie herum wechseln? Lust auf leckere Chemienahrung aus bunten Packungen? Willst du in Frieden leben? Möchten Sie süße Reden vom Fernsehbildschirm hören? Willst du viele Panzer, Raketen und Kreuzer sowie Granaten und Kanonen haben?

Und er bekommt alles. Es spielt keine Rolle, dass die Diskrepanz zwischen Wort und Tat am Ende zum Krieg führt. Dabei spielt es keine Rolle, dass für die Entsorgung auch Energie benötigt wird. Bisher ist die Person ruhig. Er isst, trinkt, geht zur Arbeit, verkauft und kauft.

Und all das erfordert Energie. Und das erfordert viel Öl, Gas, Metall usw. Und all diese industriellen Prozesse benötigen Atomenergie. Daher wird sich die Kernenergie, egal was irgendjemand sagt, nur entwickeln, bis der erste industrielle thermonukleare Fusionsreaktor in Serie geht.

In den Vorteilen der Kernenergie können wir getrost alles aufschreiben, was wir gewohnt sind. Auf der Kehrseite die traurige Aussicht auf den bevorstehenden Tod durch den Zusammenbruch der Ressourcenerschöpfung, Atommüllprobleme, Bevölkerungswachstum und Degradation von Ackerland. Mit anderen Worten, die Kernenergie ermöglichte es dem Menschen, die Natur noch stärker zu beherrschen und sie so über alle Maßen zu zwingen, dass er in mehreren Jahrzehnten die Schwelle zur Reproduktion grundlegender Ressourcen überwand und zwischen 2000 und 2010 den Konsumkollaps einleitete. Dieser Prozess hängt objektiv nicht mehr von der Person ab.

Alle werden weniger essen, weniger leben und weniger genießen müssen Natur. Hier liegt ein weiteres Plus oder Minus der Atomenergie, das darin besteht, dass Länder, die das Atom beherrschen, in der Lage sein werden, die erschöpften Ressourcen derjenigen, die das Atom nicht beherrschen, effektiver umzuverteilen. Darüber hinaus wird nur die Entwicklung des thermonuklearen Fusionsprogramms es der Menschheit ermöglichen, einfach zu überleben. Lassen Sie uns nun an den Fingern erklären, um welche Art von "Bestie" es sich handelt - Atomenergie (Kernenergie) und womit sie gegessen wird.

Masse, Materie und atomare (nukleare) Energie

Oft hört man die Aussage „Masse und Energie sind gleich“ oder solche Urteile, dass der Ausdruck E = mc2 die Explosion einer Atombombe erklärt. Nun, da Sie ein erstes Verständnis der Kernenergie und ihrer Anwendungen haben, wäre es wirklich unklug, Sie mit Aussagen wie „Masse gleich Energie“ zu verwirren. Jedenfalls ist diese Art, die große Entdeckung zu interpretieren, nicht die beste. Offenbar ist das nur der Witz der jungen Reformer, der "Galiläer der neuen Zeit". Tatsächlich besagt die Vorhersage der Theorie, die durch viele Experimente bestätigt wurde, nur, dass Energie Masse hat.

Nun erläutern wir die moderne Sichtweise und geben einen kurzen Überblick über die Entwicklungsgeschichte.
Wenn die Energie eines materiellen Körpers zunimmt, nimmt seine Masse zu, und wir schreiben diese zusätzliche Masse der Energiezunahme zu. Wenn beispielsweise Strahlung absorbiert wird, wird der Absorber heißer und seine Masse nimmt zu. Der Anstieg ist jedoch so gering, dass er bei herkömmlichen Experimenten außerhalb der Messgenauigkeit bleibt. Im Gegenteil, wenn ein Stoff Strahlung aussendet, dann verliert er einen Tropfen seiner Masse, der von der Strahlung weggetragen wird. Es stellt sich eine umfassendere Frage: Ist nicht die gesamte Masse der Materie durch Energie konditioniert, d.h. ist nicht in jeder Materie ein enormer Energievorrat enthalten? Radioaktive Transformationen haben vor vielen Jahren darauf positiv geantwortet. Wenn ein radioaktives Atom zerfällt, wird eine riesige Menge Energie freigesetzt (hauptsächlich in Form von kinetische Energie), und ein kleiner Teil der Masse des Atoms verschwindet. Die Messungen sind darüber eindeutig. Energie trägt also Masse mit sich und reduziert dadurch die Masse der Materie.

Folglich ist ein Teil der Masse der Materie austauschbar mit der Masse der Strahlung, der kinetischen Energie usw. Deshalb sagen wir: "Energie und Materie sind teilweise zu gegenseitigen Umwandlungen befähigt." Darüber hinaus können wir jetzt Materieteilchen erzeugen, die Masse haben und sich vollständig in Strahlung umwandeln können, die ebenfalls Masse hat. Die Energie dieser Strahlung kann in andere Formen übergehen und ihre Masse auf sie übertragen. Umgekehrt kann Strahlung in Materieteilchen umgewandelt werden. Anstelle von „Energie hat Masse“ können wir also sagen „Materieteilchen und Strahlung sind ineinander umwandelbar und daher in der Lage, sich gegenseitig mit anderen Energieformen umzuwandeln“. Dies ist die Erschaffung und Zerstörung von Materie. Solche zerstörerischen Ereignisse können nicht im Bereich der gewöhnlichen Physik, Chemie und Technologie auftreten, sie müssen entweder in den mikroskopischen, aber aktiven Prozessen gesucht werden, die von der Kernphysik untersucht werden, oder in einem Hochtemperaturtiegel. Atombomben, auf der Sonne und den Sternen. Es wäre jedoch unvernünftig zu sagen, dass "Energie Masse ist". Wir sagen: "Energie hat wie Materie Masse."

Masse gewöhnlicher Materie

Wir sagen, dass die Masse gewöhnlicher Materie eine riesige Menge an innerer Energie enthält, die gleich dem Produkt aus Masse und (Lichtgeschwindigkeit)2 ist. Aber diese Energie ist in der Masse enthalten und kann nicht freigesetzt werden, ohne dass zumindest ein Teil davon verschwindet. Wie kam es zu einer so erstaunlichen Idee und warum wurde sie nicht früher entdeckt? Es wurde früher vorgeschlagen - Experiment und Theorie in verschiedenen Formen -, aber bis zum zwanzigsten Jahrhundert wurde die Energieänderung nicht beobachtet, weil sie in gewöhnlichen Experimenten einer unglaublich kleinen Massenänderung entspricht. Jetzt sind wir uns jedoch sicher, dass ein fliegendes Geschoss aufgrund seiner kinetischen Energie eine zusätzliche Masse hat. Selbst bei 5.000 m/s hätte ein Geschoss, das im Ruhezustand genau 1 g wiegt, eine Gesamtmasse von 1,00000000001 g, weißglühendes Platin mit einem Gewicht von 1 kg würde insgesamt 0,000000000004 kg hinzufügen, und praktisch keine Wägung könnte diese Änderungen registrieren. Erst wenn riesige Energiemengen aus dem Atomkern freigesetzt oder atomare „Projektile“ auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, macht sich eine Masse an Energie bemerkbar.

Andererseits markiert schon ein kaum wahrnehmbarer Massenunterschied die Möglichkeit, eine enorme Energiemenge freizusetzen. Somit haben Wasserstoff- und Heliumatome relative Massen von 1,008 und 4,004. Wenn sich vier Wasserstoffkerne zu einem Heliumkern verbinden könnten, würde sich die Masse von 4,032 auf 4,004 ändern. Der Unterschied ist gering, nur 0,028 oder 0,7 %. Aber es würde eine gigantische Freisetzung von Energie (hauptsächlich in Form von Strahlung) bedeuten. 4,032 kg Wasserstoff würden 0,028 kg Strahlung abgeben, was eine Energie von etwa 600000000000 Cal hätte.

Vergleichen Sie dies mit den 140.000 cal, die freigesetzt werden, wenn dieselbe Menge Wasserstoff bei einer chemischen Explosion mit Sauerstoff kombiniert wird.
Gewöhnliche kinetische Energie trägt erheblich zur Masse sehr schneller Protonen bei, die von Zyklotronen erzeugt werden, und dies führt zu Schwierigkeiten bei der Arbeit mit solchen Maschinen.

Warum glauben wir immer noch, dass E=mc2

Nun nehmen wir dies als direkte Folge der Relativitätstheorie wahr, aber die ersten Verdächtigungen kamen schon gegen Ende des 19. Jahrhunderts im Zusammenhang mit den Eigenschaften der Strahlung auf. Dann schien es wahrscheinlich, dass Strahlung Masse hatte. Und da die Strahlung, wie auf Flügeln, mit Energiegeschwindigkeit transportiert wird, genauer gesagt, sie selbst Energie ist, ist ein Beispiel einer Masse erschienen, die zu etwas „Immateriellem“ gehört. Die experimentellen Gesetze des Elektromagnetismus sagten voraus, dass elektromagnetische Wellen "Masse" haben müssen. Aber vor der Entstehung der Relativitätstheorie konnte nur ungezügelte Phantasie das Verhältnis m=E/c2 auf andere Energieformen ausdehnen.

Alle Sorten elektromagnetische Strahlung(Funkwellen, infrarotes, sichtbares und ultraviolettes Licht usw.) haben einige Gemeinsamkeiten: Sie breiten sich alle mit der gleichen Geschwindigkeit in der Leere aus und tragen alle Energie und Impuls. Licht und andere Strahlung stellen wir uns in Form von Wellen vor, die sich mit hoher, aber bestimmter Geschwindigkeit c=3*108 m/sec ausbreiten. Wenn Licht auf eine absorbierende Oberfläche trifft, wird Wärme erzeugt, was anzeigt, dass der Lichtfluss Energie transportiert. Diese Energie muss sich mit der Strömung mit gleicher Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen. Tatsächlich wird die Lichtgeschwindigkeit genau so gemessen: durch die Flugzeit einer großen Entfernung durch einen Teil der Lichtenergie.

Wenn Licht auf die Oberfläche einiger Metalle trifft, schlägt es Elektronen heraus, die herausfliegen, als ob sie von einer kompakten Kugel getroffen würden. ist offenbar in konzentrierten Portionen verteilt, die wir "Quanten" nennen. Das ist die Quantennatur der Strahlung, trotz der Tatsache, dass diese Anteile anscheinend von Wellen erzeugt werden. Jeder Lichtanteil mit der gleichen Wellenlänge hat die gleiche Energie, ein bestimmtes „Quantum“ an Energie. Solche Teile rasen mit Lichtgeschwindigkeit (tatsächlich sind sie Licht) und übertragen Energie und Impuls (Impuls). All dies ermöglicht es, der Strahlung eine bestimmte Masse zuzuordnen – jeder Portion wird eine bestimmte Masse zugeschrieben.

Wenn Licht von einem Spiegel reflektiert wird, wird keine Wärme freigesetzt, da der reflektierte Strahl die gesamte Energie abführt, sondern es wirkt ein Druck auf den Spiegel, ähnlich dem Druck elastischer Kugeln oder Moleküle. Trifft das Licht statt auf einen Spiegel auf eine schwarze absorbierende Fläche, wird der Druck halb so groß. Dies zeigt an, dass der Strahl den vom Spiegel gedrehten Impuls trägt. Licht verhält sich also so, als hätte es Masse. Aber gibt es eine andere Möglichkeit zu wissen, dass etwas Masse hat? Existiert Masse an sich, wie Länge, grüne Farbe oder Wasser? Oder ist es ein künstliches Konzept, das durch Verhaltensweisen wie Modesty definiert wird? Die Messe ist uns in der Tat in drei Erscheinungsformen bekannt:

• A. Eine vage Aussage, die die Menge an „Substanz“ charakterisiert (Masse ist aus dieser Sicht der Substanz innewohnend – eine Entität, die wir sehen, berühren, drücken können).
• B. Bestimmte Aussagen, die es mit anderen physikalischen Größen verknüpfen.
• B. Masse erhalten bleibt.

Es bleibt, Masse durch Impuls und Energie zu definieren. Dann muss jedes sich bewegende Ding mit Impuls und Energie "Masse" haben. Seine Masse sollte (Impuls)/(Geschwindigkeit) sein.

Relativitätstheorie

Der Wunsch, eine Reihe von experimentellen Paradoxien bezüglich des absoluten Raums und der absoluten Zeit miteinander zu verbinden, führte zur Relativitätstheorie. Die beiden Arten von Experimenten mit Licht ergaben widersprüchliche Ergebnisse, und Experimente mit Elektrizität verschärften diesen Konflikt weiter. Dann schlug Einstein vor, die einfachen geometrischen Regeln der Vektoraddition zu ändern. Diese Veränderung ist die Essenz von ihm spezielle Theorie Relativität."

Für niedrige Geschwindigkeiten (von der langsamsten Schnecke bis zur schnellsten Rakete) stimmt die neue Theorie mit der alten überein.
Bei hohen Geschwindigkeiten, vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit, wird unsere Längen- oder Zeitmessung durch die Bewegung des Körpers relativ zum Beobachter modifiziert, insbesondere wird die Masse des Körpers größer, je schneller er sich bewegt.

Dann verkündete die Relativitätstheorie, dass diese Massenzunahme ganz allgemeiner Natur sei. Bei normalen Geschwindigkeiten gibt es keine Änderungen und erst bei einer Geschwindigkeit von 100.000.000 km / h erhöht sich die Masse um 1%. Für Elektronen und Protonen, die von radioaktiven Atomen oder modernen Beschleunigern emittiert werden, erreicht sie jedoch 10, 100, 1000 % …. Experimente mit solchen hochenergetischen Teilchen liefern hervorragende Beweise für den Zusammenhang zwischen Masse und Geschwindigkeit.

Am anderen Ende befindet sich Strahlung, die keine Ruhemasse hat. Es ist keine Substanz und kann nicht still gehalten werden; es hat nur Masse und bewegt sich mit c, also ist seine Energie mc2. Wir sprechen von Quanten als Photonen, wenn wir das Verhalten von Licht als Teilchenstrom beachten wollen. Jedes Photon hat eine bestimmte Masse m, eine bestimmte Energie E=mс2 und eine bestimmte Menge an Bewegung (Impuls).

Nukleare Transformationen

Bei manchen Atomkernexperimenten addieren sich die Massen von Atomen nach heftigen Explosionen nicht zu derselben Gesamtmasse. Die freigesetzte Energie nimmt einen Teil der Masse mit sich; das fehlende Stück Atommaterial scheint verschwunden zu sein. Wenn wir der gemessenen Energie jedoch eine Masse E/c2 zuweisen, stellen wir fest, dass die Masse erhalten bleibt.

Materie Vernichtung

Wir sind daran gewöhnt, Masse als eine unvermeidliche Eigenschaft von Materie zu betrachten, daher sieht der Übergang von Masse von Materie zu Strahlung - von einer Lampe zu einem fliegenden Lichtstrahl fast wie die Zerstörung von Materie aus. Noch ein Schritt - und wir werden überrascht sein zu entdecken, was tatsächlich passiert: Positive und negative Elektronen, Materieteilchen, verwandeln sich, wenn sie miteinander kombiniert werden, vollständig in Strahlung. Die Masse ihrer Materie verwandelt sich in eine gleiche Strahlungsmasse. Es handelt sich hier um das Verschwinden von Materie im wahrsten Sinne des Wortes. Wie im Fokus, in einem Lichtblitz.

Messungen zeigen, dass (Energie, Strahlung während der Vernichtung) / c2 gleich der Gesamtmasse beider Elektronen ist - positiv und negativ. Ein Antiproton vernichtet, wenn es mit einem Proton kombiniert wird, normalerweise unter Freisetzung leichterer Teilchen mit hoher kinetischer Energie.

Erschaffung von Materie

Nachdem wir nun gelernt haben, mit hochenergetischer Strahlung (superkurzwelliger Röntgenstrahlung) umzugehen, können wir Materieteilchen aus Strahlung präparieren. Wenn ein Ziel mit solchen Strahlen beschossen wird, erzeugen sie manchmal ein Teilchenpaar, beispielsweise positive und negative Elektronen. Und wenn wir wieder die Formel m=E/c2 sowohl für Strahlung als auch für kinetische Energie verwenden, dann bleibt die Masse erhalten.

Nur über den Komplex - Nukleare (Atom-) Energie

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BEIM einer der Abschnitte Auf LiveJournal schreibt ein Elektronikingenieur ständig über nukleare und thermonukleare Maschinen - Reaktoren, Anlagen, Forschungslabors, Beschleuniger sowie über. Die neue russische Rakete, das Zeugnis während der jährlichen Botschaft des Präsidenten, weckte das rege Interesse des Bloggers. Und hier ist, was er zu diesem Thema gefunden hat.

Ja, historisch gesehen gab es Entwicklungen von Marschflugkörpern mit einem nuklearen Staustrahltriebwerk: Dies ist die SLAM-Rakete in den USA mit dem TORY-II-Reaktor, das Avro Z-59-Konzept in Großbritannien und Entwicklungen in der UdSSR.

Eine moderne Darstellung des Avro Z-59-Raketenkonzepts mit einem Gewicht von etwa 20 Tonnen.

All diese Arbeiten wurden jedoch in den 60er Jahren als Forschung und Entwicklung unterschiedlicher Tiefe fortgesetzt (die Vereinigten Staaten gingen am weitesten, wie unten erörtert) und wurden nicht in Form von Mustern im Betrieb fortgesetzt. Sie haben es aus dem gleichen Grund nicht verstanden wie viele andere Entwicklungen im Atomzeitalter - Flugzeuge, Züge, Raketen mit Kernkraftwerken. Alle diese Fahrzeugoptionen, mit einigen Vorteilen, die die hektische Energiedichte in Kernbrennstoff bietet, haben sehr schwerwiegende Nachteile - hohe Kosten, Komplexität des Betriebs, Anforderungen an ständigen Schutz und schließlich unbefriedigende Entwicklungsergebnisse, über die normalerweise wenig bekannt ist (Veröffentlichung F&E-Ergebnisse sind für alle Parteien profitabler, um Errungenschaften aufzudecken und Fehler zu verbergen).

Insbesondere ist es für Marschflugkörper viel einfacher, einen Träger (U-Boot oder Flugzeug) zu schaffen, der viele Raketen zum Startplatz "schleppt", als mit einer kleinen Flotte herumzuspielen (und es ist unglaublich schwierig, eine große zu beherrschen Flotte) von Marschflugkörpern, die vom eigenen Hoheitsgebiet abgefeuert werden. Ein universelles, billiges Massenprodukt gewann am Ende ein kleines, teures und mit zweideutigen Pluspunkten. Nukleare Marschflugkörper gingen nicht über Bodentests hinaus.

Diese konzeptionelle Sackgasse der 60er Jahre der KR mit Kernkraftwerken ist meiner Meinung nach immer noch aktuell, daher ist die Hauptfrage zu dem gezeigten "warum??". Aber es wird noch konvexer durch die Probleme, die bei der Entwicklung, Erprobung und dem Betrieb solcher Waffen auftreten, über die wir weiter sprechen werden.

Beginnen wir also mit dem Reaktor. Die SLAM- und Z-59-Konzepte waren dreimotorige Tiefflugraketen von beeindruckender Größe und Masse (über 20 Tonnen nach dem Abwurf der Startraketen). Der furchtbar kostspielige Tiefflug-Überschall ermöglichte es, das Vorhandensein einer praktisch unbegrenzten Energiequelle an Bord optimal zu nutzen, außerdem ist dies ein wichtiges Merkmal eines nuklearen Luftstrahltriebwerks Verbesserungen der Arbeitseffizienz (thermodynamischer Kreisprozess) mit zunehmender Geschwindigkeit, d.h. die gleiche Idee, aber bei Geschwindigkeiten von 1000 km / h hätte ein viel schwererer und insgesamterer Motor. Schließlich bedeutete 3M in einer Höhe von hundert Metern im Jahr 1965 Unverwundbarkeit für die Luftverteidigung.Es stellt sich heraus, dass früher das Konzept eines Raketenwerfers mit einem Kernkraftwerk mit hoher Geschwindigkeit „gebunden“ war, wo die Vorteile des Konzepts lagen stark, und Konkurrenten mit Kohlenwasserstoff-Treibstoff wurden schwächer Die gezeigte Rakete sieht meiner Meinung nach transsonisch oder leicht überschallig aus (es sei denn, Sie glauben natürlich, dass sie es auf dem Video ist). Gleichzeitig nahm aber die Größe des Reaktors im Vergleich dazu deutlich ab TORY II von der SLAM-Rakete, wo es bis zu 2 Meter war, einschließlich eines radialen Neutronenreflektors aus Graphit

Der Kern des ersten TORY-II-A-Testreaktors während der Montage.

Ist es überhaupt möglich, einen Reaktor mit einem Durchmesser von 0,4 bis 0,6 Metern zu verlegen?

Beginnen wir mit einem grundlegend minimalen Reaktor - einem Rohling von Pu239. Gutes Beispiel Umsetzung eines solchen Konzepts ist der Kilopower-Weltraumreaktor, in dem allerdings U235 zum Einsatz kommt. Der Durchmesser des Reaktorkerns beträgt nur 11 Zentimeter! Wenn wir zu Plutonium 239 wechseln, verringert sich die Größe des AZ um das 1,5- bis 2-fache.Jetzt werden wir von der Mindestgröße aus auf ein echtes nukleares Luftstrahltriebwerk zulaufen und uns an die Schwierigkeiten erinnern.

Das Allererste, was zur Größe des Reaktors hinzugefügt wird, ist die Größe des Reflektors – insbesondere verdreifacht BeO in Kilopower die Größe. Zweitens können wir keinen U- oder Pu-Rohling verwenden - sie brennen einfach in nur einer Minute in einem Luftstrom aus. Es wird eine Ummantelung benötigt, wie z. B. Incaloy, die einer sofortigen Oxidation bis zu 1000 C widersteht, oder andere Nickellegierungen mit einer möglichen Keramikbeschichtung. Das gleichzeitige Einbringen einer großen Menge Schalenmaterial in den Kern erhöht die erforderliche Menge um ein Vielfaches. Kernbrennstoff- immerhin hat sich die "unproduktive" Absorption von Neutronen im Kern inzwischen dramatisch erhöht!

Die Größe des gesamten Staustrahls mit Kernkraftwerk TORY-II

Darüber hinaus ist die metallische Form von U oder Pu nicht mehr geeignet - diese Materialien selbst sind nicht feuerfest (Plutonium schmilzt im Allgemeinen bei 634 ° C) und sie interagieren auch mit dem Material von Metallschalen. Wir wandeln den Brennstoff in die klassische Form von UO2 oder PuO2 um - wir erhalten eine weitere Verdünnung des Materials im Kern, jetzt mit Sauerstoff.

Schließlich erinnern wir uns an den Zweck des Reaktors. Wir müssen viel Luft durchpumpen, an die wir Wärme abgeben. Etwa 2/3 des Platzes werden von "Luftschläuchen" eingenommen.

Dadurch wächst der Mindestdurchmesser des Kerns auf 40-50 cm (für Uran) und der Durchmesser des Reaktors mit einem 10-cm-Berylliumreflektor auf 60-70 cm. MITEE für Flüge in Jupiters Atmosphäre ausgelegt. Dieses vollständig aus Papier bestehende Projekt (die Temperatur des Kerns wird beispielsweise mit 3000 K angegeben, und die Wände bestehen aus Beryllium, das einer Kraft von 1200 K standhalten kann) hat trotz Neutronik einen Durchmesser des Kerns von 55,4 cm Die Tatsache, dass die Kühlung mit Wasserstoff es ermöglicht, die Kanäle, durch die das Kühlmittel gepumpt wird, leicht zu verkleinern.

Meiner Meinung nach kann ein Luft-Atomstrahltriebwerk in eine Rakete mit einem Durchmesser von etwa einem Meter geschoben werden, was jedoch immer noch nicht kardinal größer als die stimmhaften 0,6-0,74 m ist, aber immer noch alarmierend Kernkraftwerk wird eine Leistung von ~ mehreren Megawatt haben, angetrieben von ~10^16 Zerfällen pro Sekunde. Das bedeutet, dass der Reaktor selbst ein Strahlungsfeld von mehreren zehntausend Röntgen in der Nähe der Oberfläche und bis zu tausend Röntgen entlang der gesamten Rakete erzeugen wird. Auch die Installation von mehreren hundert kg Sektorschutz wird diese Werte nicht wesentlich reduzieren, da. Neutronen und Gammaquanten werden von der Luft reflektiert und "umgehen den Schutz".

In wenigen Stunden wird ein solcher Reaktor ~10^21-10^22 Atome Spaltprodukte c mit einer Aktivität von mehreren (mehreren zehn) Petabecquerel produzieren, was selbst nach dem Abschalten einen Hintergrund von mehreren tausend Röntgen in der Nähe von erzeugen wird Reaktor.

Das Raketendesign wird auf etwa 10^14 Bq aktiviert, obwohl die Isotope hauptsächlich Betastrahler sein werden und nur durch Bremsstrahlung gefährlich sind. Der Hintergrund der Struktur selbst kann in einer Entfernung von 10 Metern vom Raketenkörper Dutzende von Röntgenstrahlen erreichen.

All diese "Fröhlichkeit" lässt vermuten, dass die Entwicklung und Erprobung einer solchen Rakete eine Aufgabe am Rande des Möglichen ist. Es ist notwendig, eine ganze Reihe von strahlungsbeständigen Navigations- und Kontrollgeräten zu erstellen, um alles auf ziemlich komplexe Weise zu testen (Strahlung, Temperatur, Vibrationen - und das alles für Statistiken). Flugtests mit einem funktionierenden Reaktor können jederzeit durchgeführt werden Strahlenkatastrophe mit Emissionen, die von Hunderten von Terrabecquerel bis zu Einheiten von Petabecquerel reichen. Auch ohne Katastrophensituationen sind die Druckentlastung einzelner Brennstäbe und die Freisetzung von Radionukliden sehr wahrscheinlich.

Natürlich gibt es in Russland noch Novaya Zemlya-Polygon an denen solche Tests durchgeführt werden können, dies würde jedoch dem Geist des Vertrages widersprechen Atomtestverbot in drei Umgebungen (Das Verbot wurde eingeführt, um eine systematische Belastung der Atmosphäre und des Ozeans mit Radionukliden zu verhindern).

Schließlich ist interessant, wer in der Russischen Föderation einen solchen Reaktor entwickeln könnte. An Hochtemperaturreaktoren waren traditionell zunächst das Kurtschatow-Institut (allgemeine Auslegung und Berechnungen), das FEI Obninsk (Experimentelle Prüfung und Brennstoff) und das Forschungsinstitut Luch in Podolsk (Brennstoff- und Werkstofftechnik) beteiligt. Später beteiligte sich das NIKIET-Team an der Konstruktion solcher Maschinen (z. B. der IGR- und IVG-Reaktoren - Prototypen des Kerns eines Nuklearreaktors). Raketenantrieb RD-0410).

Heute hat NIKIET ein Team von Designern, die an der Konstruktion von Reaktoren arbeiten ( Hochtemperatur gasgekühlter RUGK , schnelle Reaktoren MBIR, ), während sich IPPE und Luch weiterhin mit verwandten Berechnungen bzw. Technologien befassen. Das Kurtschatow-Institut hat sich in den letzten Jahrzehnten mehr auf die Theorie der Kernreaktoren verlagert.

Zusammenfassend möchte ich sagen, dass die Schöpfung Marschflugkörper mit Luftstrahltriebwerken mit Kernkraftwerken ist eine allgemein durchführbare Aufgabe, aber gleichzeitig äußerst teuer und komplex, was eine erhebliche Mobilisierung von Personal und erfordert finanzielle Resourcen, wie mir scheint, in größerem Umfang als alle anderen stimmhaften Projekte ("Sarmat", "Dagger", "Status-6", "Vanguard"). Es ist sehr seltsam, dass diese Mobilisierung nicht die geringste Spur hinterlassen hat. Und was am wichtigsten ist, es ist überhaupt nicht klar, welchen Vorteil der Erwerb solcher Waffentypen (vor dem Hintergrund bestehender Träger) hat und wie sie die zahlreichen Nachteile aufwiegen können - Fragen der Strahlensicherheit, hohe Kosten, Inkompatibilität mit strategischen Waffen Reduktionsverträge.

P.S. Die "Quellen" beginnen jedoch bereits, die Situation aufzuweichen: "Eine Quelle in der Nähe des militärisch-industriellen Komplexes sagte" Wedomosti “, dass die Strahlensicherheit bei Raketentests gewährleistet war. Die nukleare Anlage an Bord wurde durch ein elektrisches Layout dargestellt, sagt die Quelle.

Die Kernenergie ist einer der vielversprechendsten Wege, um den Energiehunger der Menschheit angesichts der mit der Nutzung fossiler Brennstoffe verbundenen Energieprobleme zu stillen.

Vorteile von Kernkraftwerken 1. Verbraucht wenig Brennstoff 2. Umweltfreundlicher als TKW und Wasserkraftwerke (die mit Heizöl, Torf und anderen Brennstoffen betrieben werden.): da KKW mit Uran und teilweise mit Gas betrieben werden. 3. Sie können überall bauen. 4. Ist nicht auf eine zusätzliche Energiequelle angewiesen:

Die Kosten für den Transport von Kernbrennstoff sind im Gegensatz zum herkömmlichen Transport vernachlässigbar. In Russland ist dies vor allem im europäischen Teil wichtig, da die Lieferung von Kohle aus Sibirien zu teuer ist. Wagen für den Transport von Kernbrennstoff

Ein großer Vorteil eines Kernkraftwerks ist seine relative Umweltsauberkeit. Bei TKW beträgt der jährliche Gesamtausstoß an Schadstoffen pro 1.000 MW installierter Leistung etwa 13.000 bis 165.000 Tonnen pro Jahr.

Ein thermisches Kraftwerk mit einer Kapazität von 1000 MW verbraucht 8 Millionen Tonnen Sauerstoff pro Jahr für die Brennstoffoxidation, während Kernkraftwerke überhaupt keinen Sauerstoff verbrauchen.

Die leistungsstärksten Kernkraftwerke der Welt Fukushima Bar Graveline Zaporizhzhya Pickering Palo Verde Leningradskaya Trikasten

Nachteile des KKW 1. Thermische Belastung der Umwelt; Der Wirkungsgrad liegt bei modernen Kernkraftwerken bei ca. 30-35 %, bei thermischen Kraftwerken bei 35-40 %. Das bedeutet, dass die meiste thermische Energie (60-70%) in freigesetzt wird Umgebung. 2. Austritt von Radioaktivität (radioaktive Freisetzungen und Ableitungen) 3. Transport radioaktiver Abfälle; 4. Unfälle von Kernreaktoren;

Außerdem entsteht durch ein Kohlekraftwerk eine größere spezifische (pro erzeugte Stromeinheit) Freisetzung radioaktiver Stoffe. Kohle enthält immer natürliche radioaktive Stoffe, beim Verbrennen von Kohle fallen sie fast vollständig an Außenumgebung. Gleichzeitig ist die spezifische Aktivität der Emissionen aus thermischen Kraftwerken um ein Vielfaches höher als bei Kernkraftwerken.

Das Volumen radioaktiver Abfälle ist sehr gering, sie sind sehr kompakt und können unter Bedingungen gelagert werden, die sicherstellen, dass sie nicht nach außen gelangen.

Die Kosten für den Bau eines Kernkraftwerks sind etwa gleich hoch wie für den Bau eines Wärmekraftwerks oder etwas höher. Das KKW Bilibino ist das einzige in der Zone Dauerfrost Kernkraftwerk.

Kernkraftwerke sind sparsamer als konventionelle Wärmekraftwerke und vor allem bei richtiger Betriebsweise eine saubere Energiequelle.

Das friedliche Atom muss leben! Die Kernkraft, die die harten Lehren von Tschernobyl und anderen Unfällen erfahren hat, entwickelt sich weiter und gewährleistet maximale Sicherheit und Zuverlässigkeit! Atomstationen Strom auf die umweltfreundlichste Weise erzeugen. Wenn die Menschen verantwortungsvoll und kompetent mit dem Betrieb von Kernkraftwerken umgehen, dann gehört die Zukunft der Kernenergie. Die Menschen sollten sich nicht vor dem friedlichen Atom fürchten, denn Unfälle passieren durch menschliches Verschulden.

Die Hauptargumente für die Entwicklung der Kernenergie sind die vergleichsweise billige Energie und große Menge Abfall. Bezogen auf eine erzeugte Energieeinheit ist der Abfall aus Kernkraftwerken tausendmal geringer als Kohlekraftwerke(1 Glas Uran-235 gibt so viel Energie wie 10.000 Tonnen Kohle). Der Vorteil von Kernkraftwerken ist das Fehlen von Kohlendioxidemissionen in die Atmosphäre, die mit der Stromerzeugung durch Verbrennung kohlenstoffhaltiger Energieträger einhergehen.

Heute ist es ganz offensichtlich, dass beim normalen Betrieb von Kernkraftwerken das Umweltrisiko bei der Energiegewinnung ungleich geringer ist als in der Kohleindustrie.

Nach ungefähren Berechnungen würde die Stilllegung bereits bestehender Kernkraftwerke eine zusätzliche Verbrennung von 630 Millionen Tonnen Kohle jährlich erfordern, was zur Freisetzung von 2 Milliarden Tonnen Kohlendioxid und 4 Millionen Tonnen giftiger und radioaktiver Asche in die Kernkraftwerke führen würde Atmosphäre. Der Ersatz von Kernkraftwerken durch Wärmekraftwerke würde zu einer 50-fachen Zunahme der Todesfälle führen Atmosphärische Verschmutzung. Um dieses zusätzliche Kohlendioxid der Atmosphäre zu entziehen, müsste auf einer Fläche, die 4-8 Mal so groß ist wie die Fläche Deutschlands, ein Wald angelegt werden.

Die Kernenergie hat ernsthafte Gegner. L. Brown (Brown, 2001) hält es für nicht wettbewerbsfähig. Gegen den Ausbau der Kernenergie sprechen die Schwierigkeit, die vollständige Sicherheit des Kernbrennstoffkreislaufs zu gewährleisten, sowie die Gefahr von Unfällen in Kernkraftwerken. Die Geschichte der Entwicklung der Kernenergie ist überschattet von schweren Unfällen in Kyshtym und Tschernobyl. Die Wahrscheinlichkeit von Unfällen in modernen Kernkraftwerken ist jedoch äußerst gering. In Großbritannien ist es also nicht mehr als 1:1000000. Japan baut neue Kernkraftwerke (darunter das weltgrößte Fukushima) in seismisch gefährdeten Gebieten am Meer.

Perspektiven für die Kernenergie.

Die Erschöpfung kohlenstoffhaltiger Energieträger, die begrenzten Energiemöglichkeiten auf Basis erneuerbarer Energiequellen und der wachsende Energiebedarf drängen die meisten Länder der Welt zur Entwicklung der Kernenergie, wobei der Bau von Kernkraftwerken in Entwicklungsländern beginnt Südamerika, Asien und Afrika. Auch in den von der Tschernobyl-Katastrophe betroffenen Ländern – der Ukraine, Weißrussland und der Russischen Föderation – wird der zuvor ausgesetzte Bau von Kernkraftwerken wieder aufgenommen. Der Betrieb der Kernkraftwerke in Armenien wird wieder aufgenommen.

Das technologische Niveau der Kernenergie und ihre Umweltsicherheit werden angehoben. Es wurden bereits Projekte für die Einführung neuer, wirtschaftlicherer Reaktoren entwickelt, die 4-10 mal weniger Uran pro Stromeinheit verbrauchen als moderne Reaktoren. Die Frage der Verwendung von Thorium und Plutonium als "Brennstoff" wird diskutiert. Japanische Wissenschaftler glauben, dass Plutonium ohne Rückstände verbrannt werden kann und Kernkraftwerke mit Plutonium am umweltfreundlichsten sein können, da sie keine radioaktiven Abfälle (RW) produzieren. Aus diesem Grund kauft Japan aktiv Plutonium auf, das beim Abbau von Atomsprengköpfen freigesetzt wird. Die Umstellung von Kernkraftwerken auf Plutoniumbrennstoff erfordert jedoch eine teure Modernisierung von Kernreaktoren.

Der Kernbrennstoffkreislauf verändert sich; eine Reihe aller Vorgänge, die die Gewinnung von Rohstoffen für Kernbrennstoffe, ihre Vorbereitung zum Verbrennen in Reaktoren, den Prozess der Energiegewinnung und Verarbeitung, Lagerung und Entsorgung radioaktiver Abfälle begleiten. In einigen europäischen Ländern und in der Russischen Föderation ist ein Übergang zu einem geschlossenen Kreislauf im Gange, in dem weniger radioaktive Abfälle anfallen, da ein erheblicher Teil davon nach der Verarbeitung nachverbrannt wird. Dadurch kann nicht nur das Risiko einer radioaktiven Kontamination der Umwelt (siehe 10.4.4) verringert werden, sondern auch der Verbrauch von Uran, dessen Ressourcen erschöpft sind, um das Hundertfache reduziert werden. Bei einem offenen Kreislauf werden radioaktive Abfälle nicht verarbeitet, sondern entsorgt. Es ist wirtschaftlicher, aber nicht ökologisch gerechtfertigt. US-Atomkraftwerke werden immer noch unter diesem Schema betrieben.

Grundsätzlich sind die Fragen der Aufbereitung und sicheren Entsorgung radioaktiver Abfälle technisch lösbar. Für den Ausbau der Kernenergie in letzten Jahren Auch der Club of Rome meldet sich zu Wort, dessen Experten formulierten nächste Bestimmung: „Erdöl ist zu teuer, Kohle ist zu gefährlich für die Natur, der Beitrag der erneuerbaren Energien ist zu gering, die einzige Chance ist, an der nuklearen Option festzuhalten.“

Kernenergie (Kernenergie) ist ein Zweig der Energiewirtschaft, der sich mit der Erzeugung elektrischer und thermischer Energie durch Umwandlung von Kernenergie beschäftigt.

Kernkraftwerke (KKW) bilden die Grundlage der Kernenergie. Die Energiequelle in Kernkraftwerken ist ein Kernreaktor, in dem eine kontrollierte Kettenreaktion abläuft.

Die Gefahr ist verbunden mit Entsorgungsproblemen, Unfällen, die zu Umwelt- und von Menschen verursachten Katastrophen führen, sowie der Möglichkeit, Schäden an diesen Einrichtungen (neben anderen: Wasserkraftwerken, Chemieanlagen usw.) durch konventionelle Waffen oder ähnliches einzusetzen infolge eines Terroranschlags als Massenvernichtungswaffe. "Dual use" von Kernenergieunternehmen, möglicher (sowohl genehmigter als auch krimineller) Austritt von Kernbrennstoff aus dem Bereich der Stromerzeugung und dessen Nutzung für die Produktion Atomwaffen dient als ständige Quelle öffentlicher Besorgnis, politischer Intrigen und Gründe für militärische Aktionen.

Kernenergie ist die umweltfreundlichste Energieform. Am deutlichsten wird dies beim Kennenlernen eines Kernkraftwerks im Vergleich zum Beispiel mit einem Wasserkraftwerk oder einem Wärmekraftwerk Der Hauptvorteil eines Kernkraftwerks ist seine praktische Unabhängigkeit von Brennstoffquellen aufgrund der geringen Menge an verwendeter Brennstoff Bei einem Wärmekraftwerk die gesamten jährlichen Emissionen von Schadstoffen, zu denen Schwefeldioxid, Stickoxide, Kohlenoxide, Kohlenwasserstoffe, Aldehyde und Flugasche gehören Diese Emissionen entfallen bei Kernkraftwerken vollständig Die Kosten für den Bau a eines Kernkraftwerks liegen ungefähr auf dem gleichen Niveau wie der Bau eines Wärmekraftwerks oder etwas darüber.Während des normalen Betriebs eines Kernkraftwerks sind die Freisetzungen radioaktiver Elemente in die Umwelt äußerst unbedeutend . Im Durchschnitt sind sie 2-4 mal geringer als bei Wärmekraftwerken gleicher Leistung Der Hauptnachteil von Kernkraftwerken sind die schwerwiegenden Folgen von Unfällen.

Unfall an Kernkraftwerk Tschernobyl, Unfall von Tschernobyl - die Zerstörung am 26. April 1986 des vierten Triebwerks von Tschernobyl Kernkraftwerk befindet sich auf dem Territorium der Ukrainischen SSR (jetzt - Ukraine). Die Zerstörung war explosionsartig, der Reaktor wurde vollständig zerstört und eine große Menge radioaktiver Stoffe wurde in die Umwelt freigesetzt.In den ersten 3 Monaten nach dem Unfall starben 31 Menschen; Die langfristigen Auswirkungen der Exposition, die in den nächsten 15 Jahren identifiziert wurden, verursachten den Tod von 60 bis 80 Menschen. 134 Menschen litten an Strahlenkrankheit unterschiedlicher Schwere, mehr als 115.000 Menschen aus der 30-Kilometer-Zone wurden evakuiert. Es wurden erhebliche Ressourcen mobilisiert, um die Folgen zu beseitigen, mehr als 600.000 Menschen beteiligten sich an der Beseitigung der Folgen des Unfalls.

Infolge des Unfalls wurden etwa 5 Millionen Hektar Land dem landwirtschaftlichen Verkehr entzogen, eine 30 Kilometer lange Sperrzone um das Kernkraftwerk herum errichtet, Hunderte kleiner Siedlungen zerstört und begraben (mit schwerem Gerät begraben) Radioaktive Substanzen sich in Form von Aerosolen aus, die sich nach und nach auf der Erdoberfläche absetzen.

radioaktiver Müll Abfall - fest, flüssige oder gasförmige Produkte der Kernenergie und anderer Industrien, die radioaktive Isotope enthalten. Die gefährlichsten und am schwierigsten zu entsorgenden Fraktionen sind radioaktive Abfälle – alle radioaktiven und kontaminierten Materialien, die bei der Nutzung von Radioaktivität durch den Menschen entstehen und keine weitere Verwendung finden. Zu radioaktiven Abfällen gehören radioaktive Abfälle abgebrannte Kernkraftwerks-Brennelemente (TV-Elemente), KKW-Bauwerke bei deren Abbau und Reparatur, Teile von medizinischen Geräten mit Radioaktivität, Arbeitskleidung von KKW-Mitarbeitern usw. RW sollten so gelagert oder entsorgt werden, dass die Möglichkeit ihrer Eine Freisetzung in die Umwelt ist ausgeschlossen.

Endlagerung radioaktiver Abfälle in Gesteinen.

Bis heute ist allgemein anerkannt (einschließlich der IAEO), dass die effektivste und sicherste Lösung des Problems der Endlagerung radioaktiver Abfälle deren Endlagerung in Endlagern in einer Tiefe von mindestens 300–500 m in konformen tiefen geologischen Formationen ist mit dem Prinzip des Multibarrierenschutzes und der verpflichtenden Überführung flüssiger radioaktiver Abfälle in einen ausgehärteten Zustand. Erfahrung in der Durchführung unter Tage nuklearer Test bewiesen, dass es bei einer bestimmten Auswahl geologischer Strukturen zu keinem Austritt von Radionukliden aus dem unterirdischen Raum in die Umwelt kommt.

Oberflächenbestattung.

Die IAEA definiert diese Option als Endlagerung radioaktiver Abfälle, mit oder ohne technische Barrieren, in:

1. Oberflächennahe Erdbestattungen. Diese Bestattungen befinden sich an oder unter der Oberfläche, wo die Schutzschicht etwa mehrere Meter dick ist. Abfallbehälter werden in eingebaute Lagerkammern gestellt und wenn die Kammern voll sind, werden sie verpackt (gefüllt). Schließlich werden sie geschlossen und mit einer undurchdringlichen Trennwand und Mutterboden bedeckt.

2.2. Oberflächenbestattungen in unterirdischen Höhlen. Im Gegensatz zur oberflächennahen Endlagerung auf Bodenniveau, bei der der Aushub von der Oberfläche aus durchgeführt wird, erfordern flache Bestattungen einen unterirdischen Aushub, aber die Deponie befindet sich mehrere zehn Meter unter der Erdoberfläche und ist durch einen leicht geneigten Abbau zugänglich.

Direkte Injektion

Dieser Ansatz betrifft die Injektion flüssiger radioaktiver Abfälle direkt in die Lagerstätte Felsen tief unter der Erde, das aufgrund seiner geeigneten Abfalleinschließungseigenschaften ausgewählt wird (d. h. jede weitere Bewegung nach dem Pumpen wird minimiert).

Entfernung auf See.

Die Entsorgung auf See bezieht sich auf radioaktive Abfälle, die von Schiffen transportiert und in Verpackungen ins Meer geworfen werden, die wie folgt ausgelegt sind:

In der Tiefe zu explodieren, was zur direkten Freisetzung und Ausbreitung radioaktiver Stoffe im Meer führt, oder

Auf den Grund des Meeres tauchen und ihn unversehrt erreichen.

Nach einiger Zeit funktioniert die physische Eindämmung der Container nicht mehr, und die radioaktiven Substanzen verteilen sich und verdünnen sich im Meer. Eine weitere Verdünnung wird dazu führen, dass die radioaktiven Materialien unter dem Einfluss von Strömungen von der Freisetzungsstelle wegwandern.Das Verfahren zur Entsorgung von schwach- und mittelaktiven Abfällen ins Meer wird seit einiger Zeit praktiziert.

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