Что такое ядерная энергия? Наука ядерной энергетики

Если вы хотите узнать больше о работе МАГАТЭ, подпишитесь на наши еженедельные обновления, содержащие самые важные новости, мультимедийные материалы и многое другое.

Ядерное объяснение
15 ноября 2022 г.
Андреа Галиндо, Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Ядерная энергия представляет собой форму энергии, высвобождаемой из ядра, сердцевины атомов, состоящей из протонов и нейтронов. Этот источник энергии может быть получен двумя способами: делением — когда ядра атомов расщепляются на несколько частей — или слиянием — когда ядра сливаются друг с другом.

Ядерная энергия, используемая сегодня во всем мире для производства электроэнергии, осуществляется путем ядерного деления, в то время как технология производства электроэнергии путем синтеза находится на стадии НИОКР. В этой статье будет рассмотрено деление ядер. Чтобы узнать больше о ядерном синтезе, нажмите здесь.

Что такое ядерное деление?

Ядерное деление — это реакция, при которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра с выделением энергии.

Например, при попадании нейтрона ядро атома урана-235 распадается на два меньших ядра, например, ядро бария и ядро криптона и два или три нейтрона. Эти дополнительные нейтроны будут сталкиваться с другими окружающими атомами урана-235, которые также будут расщепляться и генерировать дополнительные нейтроны в эффекте умножения, таким образом вызывая цепную реакцию за доли секунды.

Каждый раз, когда происходит реакция, происходит выделение энергии в виде тепла и излучения. Тепло может быть преобразовано в электричество на атомной электростанции, аналогично тому, как тепло от ископаемого топлива, такого как уголь, газ и нефть, используется для выработки электроэнергии.

Статья в тему: Что такое ядерный вариант для скотуса

Ядерное деление (Графика: А. Варгас/МАГАТЭ)

Как работает атомная электростанция?

Внутри атомных электростанций ядерные реакторы и их оборудование содержат и контролируют цепные реакции, чаще всего подпитываемые ураном-235, для производства тепла путем деления. Тепло нагревает охлаждающий агент реактора, обычно воду, для производства пара. Затем пар направляется на вращающиеся турбины, приводящие в действие электрический генератор для выработки электроэнергии с низким содержанием углерода.

Более подробную информацию о различных типах ядерных энергетических реакторов можно найти на этой странице.

Реакторы с водой под давлением являются наиболее используемыми в мире. (Графика: А. Варгас/МАГАТЭ)

Добыча, обогащение и утилизация урана

Уран — это металл, который можно найти в горных породах по всему миру. У урана есть несколько встречающихся в природе изотопов, которые представляют собой формы элемента, различающиеся по массе и физическим свойствам, но с одинаковыми химическими свойствами. Уран имеет два первичных изотопа: уран-238 и уран-235. Уран-238 составляет большую часть урана в мире, но не может вызывать цепную реакцию деления, в то время как уран-235 можно использовать для производства энергии путем деления, но он составляет менее 1 процента мирового урана.

Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить количество урана-235 в данном образце с помощью процесса, называемого обогащением урана. После обогащения уран можно эффективно использовать в качестве ядерного топлива на электростанциях в течение трех-пяти лет, после чего он все еще остается радиоактивным и должен быть утилизирован в соответствии со строгими правилами защиты людей и окружающей среды. Отработавшее топливо, также называемое отработавшим топливом, также может быть переработано в другие виды топлива для использования в качестве нового топлива на специальных атомных электростанциях.

Статья в тему: Какое ядерное излучение является проникающим?

Что такое ядерный топливный цикл?

Ядерный топливный цикл — это промышленный процесс, включающий различные этапы производства электроэнергии из урана в ядерных энергетических реакторах. Цикл начинается с добычи урана и заканчивается захоронением ядерных отходов.

Ядерные отходы

В результате эксплуатации атомных электростанций образуются отходы с разным уровнем радиоактивности. С ними обращаются по-разному в зависимости от их уровня радиоактивности и назначения. См. анимацию ниже, чтобы узнать больше об этой теме.

Обращение с радиоактивными отходами

Радиоактивные отходы составляют небольшую часть всех отходов. Это побочный продукт миллионов медицинских процедур каждый год, промышленных и сельскохозяйственных применений, в которых используется радиация и ядерные реакторы, производящие около 11 % мировой электроэнергии. Этот анимационный фильм объясняет, как обращаются с радиоактивными отходами, чтобы защитить людей и окружающую среду от радиации сейчас и в будущем.

Атомные электростанции следующего поколения, также называемые инновационными усовершенствованными реакторами, будут производить намного меньше ядерных отходов, чем сегодняшние реакторы. Ожидается, что они могут быть построены к 2030 году.

Атомная энергетика и изменение климата

Атомная энергетика является низкоуглеродным источником энергии, поскольку в отличие от угольных, нефтяных или газовых электростанций атомные электростанции практически не производят CO.₂ во время их эксплуатации. Ядерные реакторы производят почти одну треть безуглеродной электроэнергии в мире и имеют решающее значение для достижения целей в области изменения климата.

Статья в тему: У стран есть ядерное оружие 2022

Какова роль МАГАТЭ?

МАГАТЭ устанавливает и продвигает международные стандарты и рекомендации по безопасному и надежному использованию ядерной энергии для защиты людей и окружающей среды.
МАГАТЭ поддерживает существующие и новые ядерные программы во всем мире, предоставляя техническую поддержку и управление знаниями. В рамках поэтапного подхода МАГАТЭ предоставляет технические знания и рекомендации странам, которые хотят разработать ядерно-энергетическую программу, а также тем, кто выводит свои из эксплуатации.
Благодаря своей деятельности по гарантиям и проверке МАГАТЭ следит за тем, чтобы ядерные материалы и технологии не переключались с мирного использования.
Миссии по обзору и консультационные услуги, возглавляемые МАГАТЭ, обеспечивают руководство деятельностью, необходимой в течение всего срока службы ядерной энергии: от добычи урана до строительства, технического обслуживания и вывода из эксплуатации атомных электростанций и обращения с ядерными отходами.
МАГАТЭ управляет запасом низкообогащенного урана (НОУ) в Казахстане, который может быть использован в качестве крайней меры странами, остро нуждающимися в НОУ в мирных целях.

Эта статья была впервые опубликована на сайте iaea.org 2 августа 2021 года.

Связанные ресурсы

Энергия
Ядерные энергетические реакторы
Энергетика, электроэнергия и атомная энергетика на период до 2050 г.
Прогнозы МАГАТЭ в отношении ядерной энергетики до 2050 года
Атомная энергетика: путь к безуглеродному будущему
Ядерное объяснение

голоса

Рейтинг статьи