Ядерная энергия

Ядерная энергия — это энергия ядра или сердцевины атома. Ядерная энергия может быть использована для создания электричества, но сначала она должна быть высвобождена из атома.

Питаться от

Энциклопедический вводной словарь

Ядерная энергия — это энергия ядра или сердцевины атома. Атомы — это крошечные единицы, из которых состоит вся материя во Вселенной, а энергия — это то, что удерживает ядро ​​вместе. В плотном ядре атома содержится огромное количество энергии. На самом деле сила, удерживающая ядро ​​вместе, официально называется «сильным взаимодействием».

Ядерная энергия может быть использована для создания электричества, но сначала она должна быть высвобождена из атома. В процессе ядерного деления атомы расщепляются, чтобы высвободить эту энергию.

Ядерный реактор или электростанция представляет собой серию машин, которые могут управлять ядерным делением для производства электроэнергии. Топливо, которое используют ядерные реакторы для производства ядерного деления, представляет собой гранулы элемента урана. В ядерном реакторе атомы урана вынуждены распадаться. При расщеплении атомы выделяют мельчайшие частицы, называемые продуктами деления. Продукты деления вызывают расщепление других атомов урана, запуская цепную реакцию. Энергия, высвобождаемая в результате этой цепной реакции, создает тепло.

Тепло, создаваемое ядерным делением, нагревает хладагент реактора. В качестве хладагента обычно используется вода, но в некоторых ядерных реакторах используется жидкий металл или расплавленная соль. Хладагент, нагретый ядерным делением, производит пар. Пар вращает турбины или колеса, вращаемые текущим потоком. Турбины приводят в действие генераторы или двигатели, вырабатывающие электричество.

Стержни из материала, называемого ядерным ядом, могут регулировать количество производимого электричества.Ядерные яды — это материалы, такие как разновидность ксенона, которые поглощают некоторые продукты деления, образующиеся в результате ядерного деления. Чем больше стержней ядерного яда присутствует во время цепной реакции, тем медленнее и управляемее будет реакция. Удаление стержней позволит усилить цепную реакцию и создать больше электричества.

По состоянию на 2011 год около 15 процентов электроэнергии в мире вырабатывается атомными электростанциями. В Соединенных Штатах более 100 реакторов, хотя большую часть электроэнергии они производят из ископаемого топлива и гидроэлектроэнергии. Такие страны, как Литва, Франция и Словакия, производят почти всю свою электроэнергию на атомных электростанциях.

Ядерная пища: уран

Уран является топливом, наиболее широко используемым для производства ядерной энергии. Это потому, что атомы урана относительно легко распадаются. Уран также является очень распространенным элементом, который встречается в горных породах по всему миру. Однако особый тип урана, используемый для производства ядерной энергии, называемый U-235, встречается редко. U-235 составляет менее одного процента урана в мире.

Хотя часть урана, используемого Соединенными Штатами, добывается в этой стране, большая часть импортируется. США получают уран из Австралии, Канады, Казахстана, России и Узбекистана. После добычи урана его необходимо извлечь из других полезных ископаемых. Он также должен быть обработан, прежде чем его можно будет использовать.

Поскольку ядерное топливо может использоваться для создания ядерного оружия, а также ядерных реакторов, только страны, которые являются участниками Договора о нераспространении ядерного оружия (ДНЯО), могут импортировать уран или плутоний, другое ядерное топливо. Договор способствует мирному использованию ядерного топлива, а также ограничению распространения ядерного оружия.

Типичный ядерный реактор использует около 200 тонн урана каждый год. Сложные процессы позволяют повторно обогащать или перерабатывать некоторое количество урана и плутония. Это уменьшает объем добычи, извлечения и обработки, которые необходимо выполнить.

Ядерная энергия и люди

Атомная энергия производит электричество, которое можно использовать для питания домов, школ, предприятий и больниц. Первый ядерный реактор для производства электроэнергии был расположен недалеко от Арко, штат Айдахо. Экспериментальный реактор-размножитель начал работать в 1951 году. Первая атомная электростанция, предназначенная для обеспечения энергией населения, была построена в Обнинске, Россия, в 1954 году.

Строительство ядерных реакторов требует высокого уровня технологий, и только страны, подписавшие Договор о нераспространении ядерного оружия, могут получить необходимый уран или плутоний. По этим причинам большинство атомных электростанций расположены в развитых странах мира.

Атомные электростанции производят возобновляемую, чистую энергию. Они не загрязняют воздух и не выделяют парниковых газов. Они могут быть построены в городской или сельской местности и не меняют радикально окружающую среду вокруг себя.

Пар, приводящий в действие турбины и генераторы, в конечном итоге рециркулируется. Он охлаждается в отдельной конструкции, называемой градирней. Пар снова превращается в воду и может снова использоваться для производства электроэнергии. Избыточный пар просто рециркулируется в атмосферу, где он приносит мало вреда, как чистый водяной пар.

Однако побочным продуктом ядерной энергетики является радиоактивный материал. Радиоактивный материал представляет собой набор нестабильных атомных ядер. Эти ядра теряют свою энергию и могут воздействовать на многие материалы вокруг них, включая организмы и окружающую среду. Радиоактивный материал может быть чрезвычайно токсичным, вызывая ожоги и увеличивая риск развития рака, заболеваний крови и разрушения костей.

Радиоактивные отходы – это то, что осталось от работы ядерного реактора. Радиоактивные отходы — это в основном защитная одежда, которую носят рабочие, инструменты и любые другие материалы, которые контактировали с радиоактивной пылью. Радиоактивные отходы долговечны. Такие материалы, как одежда и инструменты, могут оставаться радиоактивными в течение тысяч лет.Правительство регулирует, как эти материалы утилизируются, чтобы они не загрязняли что-либо еще.

Отработанное топливо и стержни ядерного яда чрезвычайно радиоактивны. Использованные урановые таблетки должны храниться в специальных контейнерах, напоминающих большие плавательные бассейны. Вода охлаждает топливо и изолирует внешнюю часть от контакта с радиоактивностью. Некоторые атомные электростанции хранят отработавшее топливо в сухих резервуарах над землей.

Места для хранения радиоактивных отходов вызвали в США большие споры. Например, в течение многих лет правительство планировало построить огромное хранилище ядерных отходов недалеко от Юкка-Маунтин, штат Невада. Экологические группы и местные жители протестовали против этого плана. Они были обеспокоены утечкой радиоактивных отходов в систему водоснабжения и окружающую среду горы Юкка, примерно в 130 километрах (80 миль) от большого городского района Лас-Вегаса, штат Невада. Хотя правительство начало исследовать это место в 1978 году, в 2009 году оно прекратило планирование объекта для хранения ядерных отходов в Юкка-Маунтин.

Чернобыль

Критики ядерной энергетики опасаются, что хранилища для радиоактивных отходов протекут, треснут или разрушатся. Затем радиоактивный материал может загрязнить почву и грунтовые воды вблизи объекта. Это может привести к серьезным проблемам со здоровьем людей и организмов в этом районе. Все общины должны быть эвакуированы.

Именно это произошло в Чернобыле, Украина, в 1986 году. Паровой взрыв на одной из электростанций четырех ядерных реакторов вызвал пожар, называемый шлейфом. Этот шлейф был очень радиоактивным, создавая облако радиоактивных частиц, которые падали на землю, называемые радиоактивными осадками. Осадки распространились на Чернобыльскую АЭС, а также на прилегающую территорию. Осадки переносились ветром, и частицы попали в круговорот воды в виде дождя. Радиоактивность, связанная с Чернобылем, выпала в виде дождя над Шотландией и Ирландией. Большая часть радиоактивных осадков выпала на Беларусь.

Воздействие Чернобыльской катастрофы на окружающую среду было незамедлительным. На километры вокруг объекта сосновый лес высох и погиб. Красный цвет мертвых сосен принес этой местности прозвище Рыжий лес. Рыба из близлежащей реки Припять была настолько радиоактивна, что люди больше не могли ее есть. Крупный рогатый скот и лошади в этом районе погибли.

После катастрофы было переселено более 100 000 человек, но количество человеческих жертв Чернобыля определить трудно. Последствия радиационного отравления проявляются только через много лет. Рак и другие заболевания бывает очень трудно проследить до единственного источника.

Будущее ядерной энергетики

Ядерные реакторы используют деление или расщепление атомов для производства энергии. Ядерная энергия также может быть получена путем синтеза или соединения (слияния) атомов вместе. Солнце, например, постоянно подвергается ядерному синтезу, когда атомы водорода сливаются, образуя гелий. Поскольку вся жизнь на нашей планете зависит от солнца, можно сказать, что ядерный синтез делает возможной жизнь на Земле.

Атомные электростанции не имеют возможности безопасно и надежно производить энергию путем ядерного синтеза. Неясно, будет ли этот процесс когда-либо использоваться для производства электроэнергии. Однако инженеры-ядерщики исследуют ядерный синтез, потому что этот процесс, вероятно, будет безопасным и экономически эффективным.

Ядерная тектоника
Распад урана глубоко внутри Земли отвечает за большую часть геотермальной энергии планеты, вызывая тектонику плит и дрейф континентов.

Три Майл Айленд
Самая страшная ядерная авария в Соединенных Штатах произошла на объекте Три-Майл-Айленд недалеко от Гаррисберга, штат Пенсильвания, в 1979 году. Система охлаждения в одном из двух реакторов вышла из строя, что привело к выбросу радиоактивных осадков. Погибших или пострадавших напрямую с происшествием нет.