Artıları ve eksileri: nükleer reaktörlü bir roket nasıl uçar. Nükleer enerjinin uygulanması: sorunlar ve beklentiler

Nükleer enerjinin ülkemizdeki uygulamaları modern dünya Bu o kadar önemli ki, eğer yarın uyanırsak ve nükleer reaksiyondan gelen enerji kaybolmuş olsaydı, bildiğimiz dünya muhtemelen sona erecekti. Barış temeldir endüstriyel üretim Fransa ve Japonya, Almanya ve İngiltere, ABD ve Rusya gibi ülkelerin hayatları. Ve eğer son iki ülke hala nükleer enerji kaynaklarını termal istasyonlarla değiştirebiliyorsa, o zaman Fransa veya Japonya için bu kesinlikle imkansızdır.

Kullanım atomik Enerji birçok sorun yaratır. Temelde tüm bu sorunlar, atom çekirdeğinin bağlanma enerjisini (nükleer enerji dediğimiz) kendi yararına kullanan kişinin, kolayca atılamayacak yüksek radyoaktif atık şeklinde önemli bir kötülük almasıyla ilgilidir. Nükleer enerji kaynaklarından kaynaklanan atıklar işlenmeli, taşınmalı, gömülmeli ve depolanmalıdır uzun zaman güvenli bir ortamda.

Nükleer enerji kullanmanın artıları ve eksileri, yararları ve zararları

Atom-nükleer enerji kullanmanın artılarını ve eksilerini, bunların faydalarını, zararlarını ve İnsanlığın yaşamındaki önemini ele alalım. Günümüzde nükleer enerjiye yalnızca endüstriyel anlamda ihtiyaç duyulduğu açıktır. Gelişmiş ülkeler. Yani barışçıl nükleer enerji esas olarak fabrikalar, işleme tesisleri vb. tesislerde kullanılmaktadır. Ucuz elektrik kaynaklarından uzak (hidroelektrik santraller gibi), iç süreçlerini sağlamak ve geliştirmek için nükleer santralleri kullanan, enerji yoğun endüstrilerdir.

Tarım bölgeleri ve şehirlerin nükleer enerjiye fazla ihtiyacı yoktur. Termal ve diğer istasyonlarla değiştirilmesi oldukça mümkündür. Nükleer enerjiye hakim olunması, edinilmesi, geliştirilmesi, üretilmesi ve kullanılmasının büyük ölçüde endüstriyel ürünlere olan ihtiyacımızın karşılanmasına yönelik olduğu ortaya çıktı. Bakalım bunlar ne tür endüstriler: otomotiv endüstrisi, askeri üretim, metalurji, kimyasal endüstri, petrol ve gaz kompleksi vb.

Modern insan binmek istiyor Yeni araba? Modaya uygun sentetikler giymek, sentetikler yemek ve her şeyi sentetiklerle paketlemek mi istiyorsunuz? Parlak mallar istiyor değişik formlar ve boyutları? Tüm yeni telefonları, televizyonları, bilgisayarları mı istiyorsunuz? Çok fazla satın almak ve etrafınızdaki ekipmanı sık sık değiştirmek mi istiyorsunuz? Renkli paketlerden lezzetli kimyasal yiyecekler yemek ister misiniz? Huzur içinde yaşamak ister misiniz? TV ekranından tatlı konuşmalar duymak ister misiniz? Orada çok sayıda tankın yanı sıra füzeler ve kruvazörlerin yanı sıra mermiler ve silahlar da olmasını istiyor mu?

Ve hepsini alıyor. Sözle eylem arasındaki tutarsızlığın sonunda savaşa yol açması önemli değil. Geri dönüşümün de enerji gerektirmesi önemli değil. Adam şimdilik sakin. Yiyor, içiyor, işe gidiyor, satıyor, alıyor.

Ve tüm bunlar enerji gerektirir. Ve bu aynı zamanda çok fazla petrol, gaz, metal vb. gerektirir. Ve tüm bu endüstriyel süreçler nükleer enerji gerektiriyor. Dolayısıyla kim ne derse desin, ilk endüstriyel termonükleer füzyon reaktörü üretime girene kadar nükleer enerji gelişecektir.

Alışık olduğumuz her şeyi nükleer enerjinin avantajları olarak rahatlıkla sıralayabiliriz. Dezavantajı ise kaynakların tükenmesi, nükleer atık sorunları, nüfus artışı ve ekilebilir arazilerin bozulması nedeniyle yakın ölümün üzücü ihtimalidir. Başka bir deyişle, nükleer enerji, insanın doğayı daha da fazla kontrol altına almasına olanak tanıdı, ona ölçüsüz bir şekilde tecavüz etti ve birkaç on yıl içinde temel kaynakların yeniden üretim eşiğini aşarak 2000 ile 2000 yılları arasında tüketimin çöküşü sürecini başlattı. ve 2010. Bu süreç artık nesnel olarak kişiye bağlı değildir.

Herkes daha az yemek, daha az yaşamak ve daha az keyif almak zorunda kalacak çevreleyen doğa. Burada nükleer enerjinin başka bir artısı veya eksisi yatıyor; atom konusunda uzmanlaşan ülkeler, atom konusunda uzman olmayan ülkelerin kıt kaynaklarını daha etkili bir şekilde yeniden dağıtabilecekler. Dahası, yalnızca termonükleer füzyon programının geliştirilmesi insanlığın hayatta kalmasına izin verecektir. Şimdi bunun ne tür bir “canavar” olduğunu - atomik (nükleer) enerji ve neyle yenildiğini ayrıntılı olarak açıklayalım.

Kütle, madde ve atomik (nükleer) enerji

“Kütle ve enerji aynı şeydir” ifadesini ya da E=mc2 ifadesinin atom (nükleer) bombasının patlamasını açıkladığı yönünde yargıları sıklıkla duyarız. Artık nükleer enerji ve uygulamaları hakkında ilk kez bilgi sahibi olduğunuza göre, "kütle eşittir enerji" gibi ifadelerle kafanızı karıştırmak gerçekten akıllıca olmaz. Her durumda, büyük keşfi bu şekilde yorumlamak en iyisi değil. Görünüşe göre bu sadece genç reformistlerin, "yeni zamanın Celilelilerinin" esprisi. Aslında teorinin birçok deneyle doğrulanan öngörüsü sadece enerjinin kütlesi olduğunu söylüyor.

Şimdi modern bakış açısını açıklayacağız ve gelişim tarihine kısa bir genel bakış sunacağız.
Herhangi bir maddi cismin enerjisi arttığında kütlesi de artar ve biz bu ilave kütleyi enerjideki artışa bağlarız. Örneğin radyasyon emildiğinde soğurucu ısınır ve kütlesi artar. Ancak artış o kadar küçüktür ki sıradan deneylerdeki ölçüm doğruluğunun ötesinde kalır. Aksine, eğer bir madde radyasyon yayarsa, kütlesinin bir damlasını kaybeder ve bu da radyasyon tarafından taşınır. Daha geniş bir soru ortaya çıkıyor: Maddenin tüm kütlesi enerji tarafından belirlenmiyor mu, yani tüm maddede büyük bir enerji rezervi yok mu? Yıllar önce radyoaktif dönüşümler buna olumlu yanıt verdi. Radyoaktif bir atom bozunduğunda büyük miktarda enerji açığa çıkar (çoğunlukla formda). kinetik enerji) ve atomun kütlesinin küçük bir kısmı kaybolur. Ölçümler bunu açıkça gösteriyor. Böylece enerji kütleyi de beraberinde sürükleyerek maddenin kütlesini azaltır.

Sonuç olarak, madde kütlesinin bir kısmı radyasyon kütlesi, kinetik enerji vb. ile değiştirilebilir. Bu yüzden diyoruz ki: "Enerji ve madde kısmen karşılıklı dönüşüme muktedirdir." Üstelik artık kütlesi olan ve tamamıyla kütlesi olan radyasyona dönüşebilen madde parçacıkları yaratabiliyoruz. Bu radyasyonun enerjisi, kütlesini onlara aktararak başka formlara dönüşebilir. Tersine, radyasyon madde parçacıklarına dönüşebilir. Yani "enerjinin kütlesi vardır" yerine "madde ve radyasyonun parçacıkları birbirine dönüşebilir ve bu nedenle diğer enerji biçimleriyle birbirine dönüşebilir" diyebiliriz. Bu, maddenin yaratılışı ve yok edilmesidir. Bu tür yıkıcı olaylar sıradan fizik, kimya ve teknoloji alanında meydana gelemez; bunların ya nükleer fiziğin incelediği mikroskobik ama aktif süreçlerde ya da yüksek sıcaklıktaki bir potada aranması gerekir. atom bombaları, Güneş ve yıldızlarda. Ancak "enerji kütledir" demek mantıksız olur. “Enerjinin de madde gibi kütlesi vardır” diyoruz.

Sıradan maddenin kütlesi

Sıradan maddenin kütlesinin, kütlenin çarpımına (ışık hızı)2 eşit olan devasa bir iç enerji kaynağı içerdiğini söylüyoruz. Ancak bu enerji kütlenin içinde yer alır ve en azından bir kısmı kaybolmadan serbest bırakılamaz. Bu kadar muhteşem bir fikir nasıl ortaya çıktı ve neden daha önce keşfedilmedi? Daha önce de önerilmişti (farklı şekillerde deney ve teori) ancak yirminci yüzyıla kadar enerjideki değişim gözlemlenmedi çünkü sıradan deneylerde bu, kütledeki inanılmaz derecede küçük bir değişime karşılık geliyordu. Ancak artık uçan bir merminin kinetik enerjisinden dolayı ek bir kütleye sahip olduğundan eminiz. 5000 m/sn hızla bile, hareketsiz durumdayken tam olarak 1 g ağırlığındaki bir merminin toplam kütlesi 1.00000000001 g olacaktır. 1 kg ağırlığındaki beyaz-sıcak platinin ağırlığı yalnızca 0.000000000004 kg ekleyecektir ve neredeyse hiçbir tartım bunları kaydedemez. değişiklikler. Enerji kütlesi ancak atom çekirdeğinden çok büyük enerji rezervleri serbest bırakıldığında veya atomik "mermiler" ışık hızına yakın hızlara hızlandırıldığında fark edilebilir hale gelir.

Öte yandan, kütledeki küçük bir fark bile büyük miktarda enerjinin açığa çıkma ihtimaline işaret ediyor. Dolayısıyla hidrojen ve helyum atomlarının bağıl kütleleri 1,008 ve 4,004'tür. Eğer dört hidrojen çekirdeği birleşip bir helyum çekirdeği oluşturabilseydi, 4.032'lik kütle 4.004'e değişirdi. Fark küçüktür; yalnızca 0,028 veya %0,7. Ancak bu, devasa bir enerji salınımı anlamına gelir (çoğunlukla radyasyon biçiminde). 4,032 kg hidrojen, yaklaşık 600000000000 Cal enerjiye sahip olan 0,028 kg radyasyon üretecektir.

Bunu, kimyasal bir patlamada aynı miktarda hidrojen oksijenle birleştiğinde açığa çıkan 140.000 Cal ile karşılaştırın.
Sıradan kinetik enerji, siklotronlarda üretilen çok hızlı protonların kütlesine önemli bir katkı sağlar ve bu, bu tür makinelerle çalışırken zorluklar yaratır.

Neden hala E=mc2 olduğuna inanıyoruz?

Şimdi bunu görelilik teorisinin doğrudan bir sonucu olarak algılıyoruz, ancak radyasyonun özellikleriyle ilgili ilk şüpheler 19. yüzyılın sonlarına doğru ortaya çıktı. O zaman radyasyonun kütlesinin olması muhtemel görünüyordu. Ve radyasyon, sanki kanatlardaymış gibi, enerji hızında taşıdığından, daha doğrusu kendisi enerji olduğundan, "maddi olmayan" bir şeye ait bir kütle örneği ortaya çıktı. Elektromanyetizmanın deneysel yasaları, elektromanyetik dalgaların "kütleye" sahip olması gerektiğini öngörüyordu. Ancak görelilik teorisinin yaratılmasından önce, yalnızca dizginsiz hayal gücü m=E/c2 oranını diğer enerji biçimlerine genişletebilirdi.

Tüm çeşitler Elektromanyetik radyasyon(radyo dalgaları, kızılötesi, görünür ve ultraviyole ışık, vb.) bazı özelliklerle karakterize edilir. ortak özellikler: Hepsi boşlukta aynı hızla yayılırlar ve hepsi enerji ve momentum taşırlar. Işık ve diğer radyasyonun yüksek fakat belirli bir hızla (c = 3*108 m/sn) yayılan dalgalar biçiminde olduğunu hayal ediyoruz. Işık emici bir yüzeye çarptığında ısı üretilir, bu da ışık akışının enerji taşıdığını gösterir. Bu enerjinin ışıkla aynı hızda akışla birlikte yayılması gerekir. Aslında ışığın hızı tam olarak şu şekilde ölçülür: Işık enerjisinin bir kısmının uzun bir mesafe kat etmesi zaman alır.

Işık bazı metallerin yüzeyine çarptığında, sanki kompakt bir top çarpmış gibi uçup giden elektronları yok eder. Görünüşe göre "kuanta" dediğimiz konsantre kısımlara dağılmış durumda. Bu kısımların açıkça dalgalar tarafından yaratılmış olmasına rağmen, bu, radyasyonun kuantum doğasıdır. Aynı dalga boyuna sahip her ışık parçası aynı enerjiye, belirli bir “kuantum” enerjiye sahiptir. Bu tür kısımlar ışık hızında hareket eder (aslında hafiftir), enerji ve momentum (momentum) aktarır. Bütün bunlar radyasyona belirli bir kütle atfetmeyi mümkün kılar - her bölüme belirli bir kütle atanır.

Işık bir aynadan yansıdığında herhangi bir ısı açığa çıkmaz çünkü yansıyan ışın tüm enerjiyi taşır, ancak ayna elastik topların veya moleküllerin basıncına benzer bir basınca maruz kalır. Işık ayna yerine siyah emici bir yüzeye çarparsa basınç yarı yarıya olur. Bu, ışının ayna tarafından döndürülen hareket miktarını taşıdığını gösterir. Bu nedenle ışık sanki kütlesi varmış gibi davranır. Peki bir şeyin kütlesi olduğunu bilmenin başka bir yolu var mı? Kütle, örneğin uzunluk gibi, kendi başına mevcut mudur? yeşil renk veya su? Yoksa Tevazu gibi davranışlarla tanımlanan yapay bir kavram mı? Aslında kütle bizim tarafımızdan üç tezahürle bilinir:

• A. "Madde" miktarını karakterize eden belirsiz bir ifade (Bu bakış açısına göre kütle, maddenin doğasında vardır - görebildiğimiz, dokunabildiğimiz, itebildiğimiz bir varlık).
• B. Onu diğer fiziksel niceliklere bağlayan bazı ifadeler.
• B. Kütle korunur.

Geriye kütleyi momentum ve enerji açısından belirlemek kalıyor. O halde momentumu ve enerjisi olan her hareket eden şeyin "kütlesi" olmalıdır. Kütlesi (momentum)/(hız) olmalıdır.

Görecelilik teorisi

Mutlak uzay ve zamanla ilgili bir dizi deneysel paradoksu birbirine bağlama arzusu, görelilik teorisinin ortaya çıkmasına neden oldu. Işıkla yapılan iki tür deney çelişkili sonuçlar verdi ve elektrikle yapılan deneyler bu çelişkiyi daha da şiddetlendirdi. Daha sonra Einstein, vektörlerin eklenmesine ilişkin basit geometrik kuralların değiştirilmesini önerdi. Bu değişim işin özüdür." özel teori görelilik."

Düşük hızlar için (en yavaş salyangozdan en hızlı roketlere kadar) yeni teori eski teoriyle aynı fikirde.
Işık hızıyla karşılaştırılabilir yüksek hızlarda, uzunluk veya zaman ölçümümüz, cismin gözlemciye göre hareketine göre değişir; özellikle, cismin kütlesi, hareket ettikçe daha hızlı olur.

Daha sonra görelilik teorisi kütledeki bu artışın tamamen genel olduğunu ilan etti. Normal hızlarda herhangi bir değişiklik olmaz, ancak 100.000.000 km/saat hızda kütle %1 oranında artar. Ancak radyoaktif atomlardan veya modern hızlandırıcılardan yayılan elektronlar ve protonlar için bu oran %10, 100, 1000'e ulaşır. Bu tür yüksek enerjili parçacıklarla yapılan deneyler, kütle ve hız arasındaki ilişkinin mükemmel bir şekilde doğrulanmasını sağlar.

Diğer kenarda ise durgun kütlesi olmayan radyasyon vardır. O bir madde değildir ve hareketsiz halde tutulamaz; sadece kütlesi vardır ve c hızıyla hareket eder, dolayısıyla enerjisi mc2'ye eşittir. Işığın bir parçacık akışı olarak davranışını not etmek istediğimizde kuantumlardan fotonlar olarak bahsederiz. Her fotonun belirli bir m kütlesi, belirli bir enerjisi E=mс2 ve momentumu (momentum) vardır.

Nükleer dönüşümler

Çekirdeklerle yapılan bazı deneylerde şiddetli patlamalardan sonra atomların kütlelerinin toplamı aynı toplam kütleye eşit olmuyor. Açığa çıkan enerji, kütlenin bir kısmını da beraberinde taşır; eksik atomik malzeme parçası ortadan kaybolmuş gibi görünüyor. Ancak ölçülen enerjiye E/c2 kütlesini atarsak kütlenin korunduğunu görürüz.

Maddenin yok edilmesi

Kütlenin maddenin kaçınılmaz bir özelliği olduğunu düşünmeye alışkınız; dolayısıyla kütlenin maddeden radyasyona, bir lambadan kaçan bir ışık ışınına geçişi neredeyse maddenin yok olmasına benziyor. Bir adım daha attığınızda gerçekte ne olduğunu keşfederseniz şaşırırız: pozitif ve negatif elektronlar, madde parçacıkları bir araya gelerek tamamen radyasyona dönüşürler. Maddelerinin kütlesi eşit miktarda radyasyona dönüşür. Bu, kelimenin tam anlamıyla maddenin yok olması durumudur. Sanki odaktaymış gibi, bir ışık parlamasında.

Ölçümler (enerji, yok olma sırasındaki radyasyon)/c2'nin her iki elektronun pozitif ve negatif toplam kütlesine eşit olduğunu göstermektedir. Bir antiproton bir protonla birleşerek yok olur ve genellikle yüksek kinetik enerjiye sahip daha hafif parçacıklar açığa çıkar.

Maddenin yaratılışı

Artık yüksek enerjili radyasyonu (ultra kısa dalga X-ışınları) yönetmeyi öğrendiğimize göre, radyasyondan madde parçacıkları hazırlayabiliriz. Bir hedef bu tür ışınlarla bombardıman edilirse bazen pozitif ve negatif elektronlar gibi bir çift parçacık üretirler. Ve eğer hem radyasyon hem de kinetik enerji için m=E/c2 formülünü tekrar kullanırsak, o zaman kütle korunacaktır.

Basitçe karmaşık hakkında – Nükleer (Atomik) enerji

• Resim, resim, fotoğraf galerisi.
• Nükleer enerji, atom enerjisi - temeller, fırsatlar, beklentiler, gelişme.
• İlginç gerçekler, faydalı bilgiler.
• Yeşil haber – Nükleer enerji, atom enerjisi.
• Malzemelere ve kaynaklara bağlantılar – Nükleer (Atomik) enerji.

İÇİNDE bölümlerden biri LiveJournal'da bir elektronik mühendisi sürekli olarak nükleer ve termonükleer makineler - reaktörler, tesisler, araştırma laboratuvarları, hızlandırıcılar ve ayrıca bunlar hakkında yazıyor. Yıllık başkanlık konuşmasında ifade edilen yeni Rus füzesi, blog yazarının yoğun ilgisini uyandırdı. Ve bu konu hakkında bulduğu şey bu.

Evet, tarihsel olarak ramjet nükleer hava motorlu seyir füzelerinde gelişmeler olmuştur: ABD'de TORY-II reaktörlü SLAM füzesi, Birleşik Krallık'ta Avro Z-59 konsepti, SSCB'deki gelişmeler.

Yaklaşık 20 ton ağırlığındaki Avro Z-59 roket konseptinin modern bir temsili.

Ancak tüm bu çalışmalar 60'lı yıllarda farklı derinliklerde Ar-Ge olarak yürütüldü (aşağıda tartışılacağı gibi en ileriyi ABD yaptı) ve hizmete giren modeller şeklinde sürdürülmedi. Bunu, diğer birçok Atom Çağı gelişmeleriyle (uçaklar, trenler, nükleer santralli füzeler) aynı nedenden dolayı alamadık. Tüm bu araç seçenekleri, nükleer yakıttaki aşırı enerji yoğunluğunun sağladığı bazı avantajlara sahipken, çok ciddi dezavantajlara da sahiptir: yüksek maliyet, operasyonun karmaşıklığı, sürekli güvenlik gereklilikleri ve son olarak hakkında genellikle çok az şey bilinen tatmin edici olmayan geliştirme sonuçları. Ar-Ge sonuçlarının yayınlanması, tüm tarafların başarılarını göstermesi ve başarısızlıklarını gizlemesi açısından daha karlı olur).

Özellikle, seyir füzeleri için, birçok füze fırlatıcısını fırlatma alanına "sürükleyecek" bir taşıyıcı (denizaltı veya uçak) oluşturmak, küçük bir filoyla dalga geçmekten çok daha kolaydır (ve büyük bir filo geliştirmek inanılmaz derecede zordur) ) kişinin kendi topraklarından fırlatılan seyir füzeleri. Evrensel, ucuz, seri üretilen bir ürün sonuçta belirsiz avantajlara sahip küçük ölçekli, pahalı bir ürüne galip geldi. Nükleer seyir füzeleri yer testlerinin ötesine geçemedi.

Kırgız Cumhuriyeti'nin 60'lı yıllarındaki nükleer santrallerle ilgili bu kavramsal çıkmaz, bana göre şu anda da geçerliliğini koruyor, dolayısıyla gösterilen sorunun asıl sorusu “neden?”. Ancak bunu daha da ön plana çıkaran şey, bu tür silahların geliştirilmesi, test edilmesi ve işletilmesi sırasında ortaya çıkan ve ileride tartışacağımız sorunlardır.

O halde reaktörle başlayalım. SLAM ve Z-59 konseptleri etkileyici boyut ve ağırlığa sahip üç makineli alçaktan uçan roketlerdi (fırlatma iticileri atıldıktan sonra 20+ ton). Son derece pahalı alçaktan uçan süpersonik, gemide pratik olarak sınırsız bir enerji kaynağının varlığından maksimum düzeyde faydalanmayı mümkün kıldı; ayrıca nükleer hava jet motorunun önemli bir özelliği de geliştirilmiş çalışma verimliliği (termodinamik döngü) artan hızla, yani. aynı fikir, ancak 1000 km/s hızlarda çok daha ağır ve daha büyük bir motora sahip olacaktı. Son olarak, 1965'te yüz metre yükseklikte 3M, hava savunmasına karşı savunmasızlık anlamına geliyordu.Daha önce, konseptin avantajlarının güçlü olduğu, nükleer enerjiye sahip füze rampaları konseptinin yüksek hızda "bağlandığı" ortaya çıktı ve hidrokarbon yakıtlı rakipler zayıflıyordu Gösterilen roket bence transonik veya ses altı görünüyor (tabii ki videodakinin o olduğuna inanıyorsanız). Ancak aynı zamanda reaktörün boyutu da önceki yıllara kıyasla önemli ölçüde azaldı. TORY-II Grafitten yapılmış radyal nötron reflektörü de dahil olmak üzere 2 metreye kadar olan SLAM roketinden

Montaj sırasında ilk TORY-II-A test reaktörünün çekirdeği.

0,4-0,6 metre çapında bir reaktör kurmak mümkün mü?

Temelde minimal bir reaktör olan Pu239 domuzuyla başlayalım. İyi örnek Böyle bir konseptin uygulanması, U235'i kullanan Kilopower uzay reaktörüdür. Reaktör çekirdeğinin çapı sadece 11 santimetredir! Plütonyum 239'a geçersek çekirdeğin boyutu 1,5-2 kat daha düşecek, artık minimum boyuttan, zorlukları hatırlayarak gerçek bir nükleer hava jet motoruna doğru adım atmaya başlayacağız.

Reaktörün boyutuna eklenecek ilk şey reflektörün boyutudur; özellikle Kilopower BeO'da boyutu üç katına çıkar. İkincisi, U veya Pu boşluklarını kullanamayız - bunlar sadece bir dakika içinde hava akışında yanacaklardır. Örneğin 1000 C'ye kadar anında oksidasyona dirençli inkaloydan veya olası bir seramik kaplamaya sahip diğer nikel alaşımlarından bir kabuğa ihtiyaç vardır. Çekirdeğe büyük miktarda kabuk malzemesinin eklenmesi, gerekli miktarı hemen birkaç kat artırır nükleer yakıt- sonuçta, çekirdekteki nötronların "verimsiz" emilimi artık keskin bir şekilde arttı!

TORY-II nükleer santralli tüm ramjetin boyutu

Üstelik U veya Pu'nun metal formu artık uygun değil; bu malzemelerin kendisi refrakter değil (plütonyum genellikle 634 C'de erir) ve ayrıca metal kabukların malzemesiyle etkileşime girerler. Yakıtı UO2 veya PuO2'nin klasik formuna dönüştürüyoruz - çekirdekteki malzemenin bu kez oksijenle başka bir seyreltmesini elde ediyoruz.

Son olarak reaktörün amacını hatırlayalım. İçine ısı vereceğimiz çok fazla hava pompalamamız gerekiyor. Alanın yaklaşık 2/3'ü “hava tüpleri” tarafından kaplanacaktır.

Sonuç olarak, çekirdeğin minimum çapı 40-50 cm'ye (uranyum için) ve 10 santimetre berilyum reflektörlü reaktörün çapı 60-70 cm'ye çıkar. nükleer jet motorunun tasarımıyla onaylandı MİT Jüpiter'in atmosferindeki uçuşlar için tasarlandı. Tamamen kağıttan yapılmış bu proje (örneğin, çekirdek sıcaklığının 3000 K olduğu varsayılır ve duvarlar en fazla 1200 K'ye dayanabilen berilyumdan yapılmıştır), soğutma olmasına rağmen nötronikten hesaplanan 55,4 cm'lik bir çekirdek çapına sahiptir. hidrojen ile soğutma sıvısının pompalandığı kanalların boyutunun biraz azaltılması mümkün olur.

Bana göre, havadaki bir nükleer jet motoru, yaklaşık bir metre çapındaki bir rokete itilebilir, ancak bu, belirtilen 0,6-0,74 m'den radikal olarak daha büyük değildir, ancak yine de endişe vericidir. Nükleer enerji santrali, saniyede ~10^16 bozunmayla desteklenen ~birkaç megavatlık bir güce sahip olacak. Bu, reaktörün kendisinin yüzeyde onbinlerce röntgenden ve tüm roket boyunca bine kadar röntgenden oluşan bir radyasyon alanı yaratacağı anlamına gelir. Birkaç yüz kg'lık sektör koruması kurmak bile bu seviyeleri önemli ölçüde azaltmayacaktır çünkü Nötron ve gama ışınları havadan yansıyacak ve "korumayı atlayacak."

Birkaç saat içinde böyle bir reaktör, birkaç (birkaç on) petabeksel aktiviteye sahip ~10^21-10^22 atom fisyon ürünü c üretecek ve bu, kapatıldıktan sonra bile reaktörün yakınında birkaç bin röntgenden oluşan bir arka plan oluşturacaktır.

Roket tasarımı yaklaşık 10^14 Bq'ye kadar etkinleştirilecek, ancak izotoplar öncelikle beta yayıcılar olacak ve yalnızca Bremsstrahlung X-ışınları nedeniyle tehlikeli olacak. Yapının arka planı, roket gövdesinden 10 metre uzakta onlarca röntgene ulaşabiliyor.

Tüm bu "eğlence", böyle bir roketin geliştirilmesinin ve test edilmesinin mümkün olanın eşiğinde bir görev olduğu fikrini veriyor. Hepsini oldukça kapsamlı bir şekilde (radyasyon, sıcaklık, titreşim - ve tüm bunlar istatistik için) test etmek için bir dizi radyasyona dayanıklı navigasyon ve kontrol ekipmanı oluşturmak gerekir. Çalışan bir reaktörle yapılan uçuş testleri radyasyon felaketi Yüzlerce terrabecquerel'den petabecquerel birimlerine kadar değişen emisyonlarla. Felaket durumları olmasa bile, tek tek yakıt elemanlarının basıncının düşmesi ve radyonüklitlerin salınması çok muhtemeldir.

Tabii ki, Rusya'da hala var Novozemelsky test sitesi üzerinde bu tür testlerin yapılabileceği, ancak bu, anlaşmanın ruhuna aykırı olacaktır.üç ortamda nükleer silah testlerinin yasaklanması (Yasak, atmosferin ve okyanusun radyonüklidler tarafından sistematik olarak kirlenmesini önlemek amacıyla getirilmiştir).

Son olarak, Rusya Federasyonu'nda kimin böyle bir reaktör geliştirebileceğini merak ediyorum. Geleneksel olarak Kurchatov Enstitüsü (genel tasarım ve hesaplamalar), Obninsk IPPE (deneysel testler ve yakıt) ve Podolsk'taki Luch Araştırma Enstitüsü (yakıt ve malzeme teknolojisi) başlangıçta yüksek sıcaklık reaktörleriyle ilgileniyordu. Daha sonra NIKIET ekibi bu tür makinelerin tasarımına dahil oldu (örneğin, IGR ve IVG reaktörleri nükleer reaktör çekirdeğinin prototipleridir) roket motoru RD-0410).

Bugün NIKIET'in reaktör tasarımı üzerinde çalışmalar yürüten bir tasarımcı ekibi var ( yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı RUGK , hızlı reaktörler MBIR, ) ve IPPE ve Luch sırasıyla ilgili hesaplamalar ve teknolojilerle ilgilenmeye devam ediyor. Son yıllarda Kurchatov Enstitüsü nükleer reaktör teorisine daha fazla yöneldi.

Özetlemek gerekirse, yaratılış olduğunu söylemek isterim. seyir füzesi Nükleer santrallerde hava jet motorları kullanmak genel olarak uygulanabilir bir görevdir ancak aynı zamanda son derece pahalı ve karmaşıktır ve önemli ölçüde insan ve insan hareketini gerektirir. finansal kaynaklar Bana öyle geliyor ki, duyurulan diğer tüm projelerden (Sarmat, Dagger, Status-6, Avangard) daha büyük ölçüde. Bu seferberliğin en ufak bir iz bırakmaması çok tuhaf. Ve en önemlisi, bu tür silahları elde etmenin faydalarının ne olduğu (mevcut taşıyıcıların geçmişine karşı) ve bunların radyasyon güvenliği sorunları, yüksek maliyet, stratejik silah azaltma anlaşmalarıyla uyumsuzluk gibi sayısız dezavantajdan nasıl daha ağır basabileceği tamamen belirsizdir. .

Not: Ancak “kaynaklar” şimdiden durumu yumuşatmaya başladı: “Askeri-endüstriyel komplekse yakın bir kaynak şunları söyledi” Vedomosti "Roket testleri sırasında radyasyon güvenliğinin sağlandığı belirtildi. Kaynak, gemideki nükleer tesisin bir elektrik maketi ile temsil edildiğini söylüyor.

Nükleer enerji, fosil yakıtların kullanımından kaynaklanan enerji sorunları karşısında insanlığın enerji açlığını gidermenin en umut verici yollarından biridir.

Nükleer santrallerin artıları 1. Az yakıt tüketir 2. Termik santrallerden ve hidroelektrik santrallerden (akaryakıt, turba ve diğer yakıtlarla çalışan) daha çevre dostudur: çünkü nükleer santraller uranyum ve kısmen gazla çalışır. 3. Her yere inşa edilebilir. 4. Ek bir enerji kaynağına bağlı değildir:

Nükleer yakıtın taşınmasının maliyeti, geleneksel yakıtın aksine ihmal edilebilir düzeydedir. Rusya'da bu özellikle Avrupa kısmında önemlidir, çünkü Sibirya'dan kömür teslimatı çok pahalıdır. Nükleer yakıtın taşınması için araba

Nükleer santralin büyük bir avantajı göreceli çevre temizliğidir. Termik santrallerde 1000 MW kurulu güç başına yıllık toplam zararlı madde emisyonu yaklaşık 13.000 ila 165.000 ton/yıl arasında değişmektedir.

1000 MW kapasiteli bir termik santral, yakıtı oksitlemek için yılda 8 milyon ton oksijen tüketirken, nükleer santraller ise hiç oksijen tüketmemektedir.

Dünyanın en güçlü nükleer santralleri: Fukushima, Brus, Graveline, Zaporozhskaya, Pickering, Palo Verde, Leningradskaya, Trikasten

Nükleer santrallerin dezavantajları 1. Çevrenin termal kirliliği; Modern nükleer santrallerde verim yaklaşık %30-35, termik santrallerde ise %35-40 civarındadır. Bu, termal enerjinin çoğunun (%60-70) dışarıya salındığı anlamına gelir. çevre. 2. Radyoaktivite sızıntısı (radyoaktif emisyon ve deşarjlar) 3. Radyoaktif atıkların taşınması; 4. Nükleer reaktör kazaları;

Ek olarak, bir kömür istasyonu daha büyük miktarda spesifik (üretilen elektrik birimi başına) radyoaktif madde salınımına neden olur. Kömür her zaman doğal radyoaktif maddeler içerir; kömür yakıldığında neredeyse tamamen çevreye karışır. dış ortam. Aynı zamanda termik santrallerden kaynaklanan emisyonların spesifik aktivitesi nükleer santrallerden birkaç kat daha yüksektir.

Radyoaktif atıkların hacmi çok küçüktür, çok kompakttır ve dışarı sızmayacağını garanti eden koşullarda depolanabilir.

Nükleer santral kurmanın maliyeti termik santrallerin inşasıyla hemen hemen aynı seviyede veya biraz daha yüksek. Bilibino NGS bölgedeki tek nükleer santraldir sürekli donmuş toprak nükleer enerji santrali.

Nükleer santraller konvansiyonel termik santrallere göre daha ekonomiktir ve en önemlisi doğru çalıştırıldığında temiz enerji kaynaklarıdır.

Barışçıl atom yaşamalı! Çernobil ve diğer kazalardan ağır dersler alan nükleer enerji, maksimum güvenlik ve güvenilirlik sağlayarak gelişmeye devam ediyor! Atom istasyonları Elektriği en çevreci şekilde üretiyoruz. İnsanlar nükleer santralleri sorumlu ve yetkin bir şekilde işletirlerse gelecek nükleer enerjide olacaktır. İnsanlar barışçıl atomdan korkmamalı çünkü kazalar insan hatasından kaynaklanıyor.

Nükleer enerjinin gelişmesini destekleyen temel argümanlar enerjinin karşılaştırmalı ucuzluğu ve çok sayıda atık. Üretilen birim enerji başına nükleer santrallerden kaynaklanan atıklar, üretilen birim enerji başına binlerce kat daha azdır. kömür termik santralleri(1 bardak uranyum-235, 10 bin ton kömürle aynı enerjiyi sağlıyor). Nükleer santrallerin avantajı, karbon bazlı enerji kaynaklarının yakılması sırasında elektrik üretimine eşlik eden atmosfere karbondioksit emisyonunun olmamasıdır.

Bugün, nükleer santrallerin normal işletimi sırasında, enerji üretirken ortaya çıkan çevresel riskin, kömür endüstrisiyle kıyaslanamayacak kadar düşük olduğu zaten oldukça açık.

Kaba tahminlere göre, mevcut nükleer santrallerin kapatılması yılda ilave 630 milyon ton kömür yakılmasını gerektirecek ve bu da çevreye 2 milyar ton karbondioksit ve 4 milyon ton zehirli ve radyoaktif külün salınmasına yol açacak. atmosfer. Nükleer santrallerin termik santrallerle değiştirilmesi ölümlerin 50 kat artmasına neden olacak atmosferik kirlilik. Bu ilave karbondioksitin atmosferden uzaklaştırılması için, Federal Almanya Cumhuriyeti topraklarının 4-8 katı kadar daha büyük bir alana orman dikilmesi gerekecektir.

Nükleer enerjinin ciddi rakipleri var. L. Brown son çalışmalarda bunun rekabetçi olmadığını düşünüyor (Brown, 2001). Nükleer enerjinin geliştirilmesine karşı olan argümanlar, nükleer yakıt döngüsünün tam güvenliğini sağlamanın zorluğu ve nükleer santrallerde kaza riskidir. Nükleer enerjinin gelişim tarihi, Kyshtym ve Çernobil'de meydana gelen ciddi kazaların gölgesinde kaldı. Ancak modern nükleer santrallerde kaza olasılığı son derece düşüktür. Yani Büyük Britanya'da bu oran 1:1.000.000'dan fazla değildir. Japonya'da, okyanus kıyısındaki sismik açıdan tehlikeli bölgelerde yeni nükleer santraller (dünyanın en büyüğü Fukushima dahil) inşa ediliyor.

Nükleer enerjiye yönelik beklentiler.

Karbon bazlı enerji kaynaklarının tükenmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı enerji olanaklarının sınırlı olması ve enerjiye olan talebin artması, dünyanın çoğu ülkesini nükleer enerjinin geliştirilmesine itmekte, gelişmekte olan ülkelerde nükleer santrallerin inşası başlamaktadır. Güney Amerika, Asya ve Afrika. Daha önce askıya alınan nükleer enerji santrallerinin inşaatı, Çernobil felaketinden etkilenen Ukrayna, Belarus ve Rusya Federasyonu gibi ülkelerde bile yeniden başlatılıyor. Ermenistan'daki nükleer santrallerin işletimi yeniden başlatılıyor.

Nükleer enerjinin teknolojik düzeyi ve çevre güvenliği artıyor. Modern reaktörlere göre birim elektrik başına 4-10 kat daha az uranyum kullanabilen yeni, daha ekonomik reaktörlerin devreye alınmasına yönelik projeler zaten geliştirildi. Toryum ve plütonyumun “yakıt” olarak kullanılması konusu tartışılıyor. Japon bilim adamları, plütonyumun kalıntı bırakmadan yakılabileceğine ve plütonyum kullanan nükleer santrallerin radyoaktif atık (RAW) üretmemeleri nedeniyle en çevre dostu olabileceğine inanıyor. Bu nedenle Japonya, nükleer savaş başlıklarının sökülmesi sırasında açığa çıkan plütonyumu aktif olarak satın alıyor. Ancak nükleer santralleri plütonyum yakıtına dönüştürmek için nükleer reaktörlerin pahalı modernizasyonu gerekiyor.

Nükleer yakıt döngüsü değişiyor, yani. nükleer yakıt için hammaddelerin çıkarılması, reaktörlerde yanmaya hazırlanması, enerji elde etme süreci ve radyoaktif atıkların işlenmesi, depolanması ve bertarafına eşlik eden tüm işlemlerin toplamı. Bazı Avrupa ülkelerinde ve Rusya Federasyonu'nda, önemli bir kısmı işlendikten sonra yakıldığı için daha az radyoaktif atık üretilen kapalı döngüye geçiş yapılıyor. Bu sadece çevrenin radyoaktif kirlenme riskini azaltmakla kalmaz (bkz. 10.4.4), aynı zamanda kaynakları tükenmekte olan uranyum tüketimini de yüzlerce kez azaltır. Açık çevrimde radyoaktif atıklar işlenmez ancak bertaraf edilir. Daha ekonomiktir, ancak çevresel olarak gerekçesizdir. ABD nükleer santralleri şu anda bu şemaya göre çalışıyor.

Genel olarak radyoaktif atıkların işlenmesi ve güvenli bir şekilde bertaraf edilmesi sorunları teknik olarak çözülebilir. Nükleer enerjinin gelişmesini destekliyoruz son yıllar Uzmanlarının formüle ettiği Roma Kulübü de konuşuyor sonraki pozisyon: “Petrol çok pahalı, kömür doğa için çok tehlikeli, yenilenebilir enerji kaynaklarının katkısı çok az, tek şans nükleer seçeneğe bağlı kalmak.”

Nükleer enerji (Atom enerjisi), nükleer enerjiyi dönüştürerek elektrik ve termal enerji üretimiyle ilgilenen bir enerji dalıdır.

Nükleer enerjinin temeli nükleer santrallerdir (NGS). Bir nükleer santralde enerji kaynağı, kontrollü bir zincirleme reaksiyonun meydana geldiği bir nükleer reaktördür.

Tehlike, atıkların bertaraf edilmesi sorunları, çevresel ve insan yapımı felaketlere yol açan kazaların yanı sıra bu nesnelere (diğerleriyle birlikte: hidroelektrik santraller, kimyasal tesisler vb.) geleneksel silahlarla veya zarar verme olasılığıyla ilişkilidir. bir terör saldırısı sonucunda kitle imha silahı olarak. Nükleer enerji işletmelerinin “ikili kullanımı”, nükleer yakıtın elektrik üretiminden olası sızıntısı (hem yetkili hem de cezai) ve üretim için kullanımı nükleer silahlar sürekli bir kamuoyu endişesi, siyasi entrika ve askeri harekat nedenleri olarak hizmet vermektedir.

Nükleer enerji en çevre dostu enerji türüdür. Bu, örneğin hidroelektrik santraller veya termik santraller ile karşılaştırıldığında nükleer santrallerle tanışırken en belirgindir.Nükleer santrallerin temel avantajı, kullanılan yakıtın küçük hacmi nedeniyle yakıt kaynaklarından pratik olarak bağımsız olmalarıdır. termik santraller, kükürt dioksit, nitrojen oksitler, karbon oksitler, hidrokarbonlar, aldehitler ve uçucu kül içeren zararlı maddelerin toplam yıllık emisyonları.Nükleer santrallerde bu tür emisyonlar tamamen yoktur.Bir nükleer santral inşa etmenin maliyetleri yaklaşık olarak termik santrallerin inşası ile aynı seviyede veya biraz daha yüksek Bir nükleer santralin normal çalışması sırasında, radyoaktif elementlerin çevreye emisyonları son derece önemsizdir. Ortalama olarak aynı güçteki termik santrallerden 2-4 kat daha azdırlar.Nükleer santrallerin temel dezavantajı kazaların ağır sonuçlarıdır.

Kaza tarihi Çernobil nükleer santrali, Çernobil kazası - 26 Nisan 1986'da Çernobil'in dördüncü güç ünitesinin imhası nükleer enerji santrali, Ukrayna SSR (şu anda Ukrayna) topraklarında bulunuyor. Yıkım patlayıcıydı, reaktör tamamen yok oldu ve çevreye büyük miktarda radyoaktif madde salındı.Kazadan sonraki ilk 3 ayda 31 kişi öldü; Önümüzdeki 15 yıl içinde tespit edilen radyasyonun uzun vadeli etkileri 60 ila 80 kişinin ölümüne neden oldu. 134 kişi değişen şiddette radyasyon hastalığına yakalandı, 30 kilometrelik bölgeden 115 binden fazla kişi tahliye edildi. Sonuçların ortadan kaldırılması için önemli kaynaklar seferber edildi; kazanın sonuçlarının ortadan kaldırılmasına 600 binden fazla kişi katıldı.

Kaza sonucunda yaklaşık 5 milyon hektar alan tarımsal kullanımdan çekildi, nükleer santral çevresinde 30 kilometrelik bir yasak bölge oluşturuldu, yüzlerce küçük yerleşim yeri yıkılıp gömüldü (ağır ekipmanlarla birlikte gömüldü). yavaş yavaş dünya yüzeyine yerleşen aerosoller şeklinde yayıldı.

RAW-radyoaktif atık - katı, nükleer enerjinin sıvı veya gaz halindeki ürünleri ve radyoaktif izotoplar içeren diğer endüstriler En tehlikeli ve bertaraf edilmesi zor olan, radyoaktif atıklardır - radyoaktivitenin insanlar tarafından kullanılması sırasında üretilen ve daha fazla kullanım alanı bulamayan tüm radyoaktif ve kirlenmiş malzemeler. Atık, nükleer santrallerin kullanılmış yakıt elemanlarını (yakıt çubukları), nükleer santralin sökülmesi ve onarımı sırasındaki yapıları, radyoaktivite içeren tıbbi cihaz parçalarını, nükleer santral çalışanlarının iş kıyafetlerini ve depolanması veya gömülmesi gereken diğer radyoaktif atıkları içerir. çevreye salınma olasılıkları ortadan kaldırılacak şekilde.

Radyoaktif atıkların kayalara atılması.

Bugün, radyoaktif atıkların nihai olarak bertaraf edilmesi sorununun en etkili ve güvenli çözümünün, bunların derin jeolojik formasyonlarda en az 300-500 m derinlikteki depolarda, ilgili mevzuata uygun olarak bertaraf edilmesi olduğu evrensel olarak (UAEA dahil) kabul edilmektedir. çok bariyerli koruma ilkesi ve sıvı radyoaktif atıkların iyileştirilmiş bir duruma zorunlu olarak aktarılması.Yeraltında gerçekleştirilme deneyimi nükleer testler belirli jeolojik yapı seçimi ile radyonüklitlerin yeraltından çevreye sızmasının olmadığını kanıtladı.

Yüzeye yakın gömme.

UAEK bu seçeneği radyoaktif atıkların mühendislik bariyerleriyle veya bariyerler olmadan bertaraf edilmesi olarak tanımlıyor:

1. Zemin seviyesinde yüzeye yakın mezarlar. Bu mezarlar, koruyucu kaplamanın yaklaşık birkaç metre kalınlığında olduğu yüzeyde veya yüzeyin altında yer alıyor. Atık konteynerleri, oluşturulan depolama odalarına yerleştirilmekte ve odalar dolduğunda doldurulmaktadır (geri doldurulmaktadır). Sonunda bunlar kapatılacak ve geçirimsiz bir bariyer ve üst toprakla kaplanacak.

2.2. Yer seviyesinin altındaki mağaralarda yüzeye yakın mezarlar. Kazıların yüzeyden yapıldığı zemin seviyesindeki yüzeye yakın gömmenin aksine, sığ gömme, yeraltı kazısı gerektirir, ancak imha, dünya yüzeyinin birkaç on metre altında bulunur ve hafif eğimli bir maden açıklığından erişilebilir.

Direkt enjeksiyon

Bu yaklaşım, sıvı radyoaktif atıkların doğrudan rezervuara enjekte edilmesiyle ilgilidir. kaynak Uygun atık tutma özellikleri (yani enjeksiyondan sonra daha fazla hareketin en aza indirilmesi) nedeniyle seçilen derin yer altı.

Denizde çıkarma.

Denizde bertaraf, gemilerde taşınan ve aşağıdaki şekilde tasarlanmış paketler halinde denize boşaltılan radyoaktif atıklarla ilgilidir:

Radyoaktif maddenin doğrudan salınması ve denize yayılmasıyla sonuçlanacak derinlikte patlama veya

Deniz tabanına dalmak ve ona sağlam bir şekilde ulaşmak.

Bir süre sonra konteynerlerin fiziksel muhafazası artık etkili olmayacak ve radyoaktif maddeler dağılıp denize karışacak. Daha fazla seyreltme, akıntıların etkisiyle radyoaktif maddelerin deşarj alanından uzaklaşmasına neden olacaktır.Düşük ve orta seviyeli atıkların denizde bertaraf edilmesi yöntemi bir süredir uygulanmaktadır.

İlgili bilgi.