Български English [beta]
Здравей, гостенино. (вход, регистрация)
Екип Партньори Ресурси Статистики За контакт
Добави в любимиПредложи статияКонкурсиЗа рекламодатели
Начало
Форум
Към Кратки
Всички статии
 Литература
 Музика
 Филми и анимация
 На малкия екран
 Публицистика
 Популярни
 Кулинария
 Игри
 Спорт
 Творчество
 Други
Ключови думи
Поредици
Бюлетин

Търсене

Сивостен :: Енергетика на миналото и настоящето: Ядрена енергия (статия) - История, Физика, Енергетика, Ядрена енергетика
Енергетика на миналото и настоящето: Ядрена енергия

Автори: Иван Ж. Атанасов, Ангел Генчев, четвъртък, 19 март 2009.

Публикувано в Статии :: Популярни; Предложи Гледна точка

Намали размера на шрифтаУвеличи размера на шрифта

Ядрена енергия. Има няколко причини тя да бъде отричана като енергоизточник, част от които крайно субективни, други по-скоро обективни, а трети - дължащи се на един изключително простичък и логичен факт. От една страна, разрушенията, причинени от атомната бомбардировка на Хирошима и Нагасаки, значително по-малко мощни от една модерна електроцентрала на ядрено гориво, показаха на обществото, че това не е "играчка". Буквално. Макар и в момента да има по-унищожителни както конвенционални, така и - в още по-голяма степен - неконвенционални оръжия, те все пак са продукт на доста по-напреднала наука.

За отрицателното отношение допринесоха и множество литературни творци, между които може би в най-голяма степен научните фантасти, журналистиката, и дори самото образование, което човек вече придобива в училище. Но не в това е въпроса - всички знаем, че е опасно. Дори може би българи, литовци, са още по-запознати с другата страна на медала - че голяма част от тези страхове са неоснователни, или поне не в тази степен, в която се представят публично. Защо - ще запитате - заради цялата кампания, която се проведе и от страната "за" и от страната "против" за затварянето на местните АЕЦ.

Да, както споменахме управляемият термоядрен синтез е значително по-управляем. Рисковете при него са сведени практически до нулево ниво. Докато при ядрения разпад, за който става дума в случая, те са реални, обясними, контролът - колкото и да е съвършен - допуска не само вероятността, но и реалността на грешките. Разчита на правилното функциониране на сложно оборудване, макар и то да е конструирано така, че да има достатъчно вторични и третични защитни механизми, и да - това е по-опасният вариант, но имайки предвид все още непостигнатия задоволителен коефициент на полезно действие на синтезните реактори, се явява единствения достъпен към момента.

Всъщност, по-забележимият аргумент са трагедиите, включващи атомни електроцентрали. Начело с Чернобил. Факт е обаче, че те се дължат или на човешка грешка, или на небрежност, или на несъвършенство на оборудването, като специално това е валидно за най-ранните етапи на развитие на ядрената енергетика. Отчасти това се преекспонира - без да отричаме истинността му, опасността и разрушителната сила, без да отричаме, че някои технологии са морално остаряли - но все пак, не е толкова силен аргумент срещу този способ на доход на енергия. Защото дори повишеният радиационен фон в чернобилската област е по-малък екологичен проблем от изхвърляните от традиционните топлоцентрали газове в атмосферата.

Но третият фактор е напълно валиден и - за жалост - далеч от решим за човешката технология, въображение и иновации. Ядрената енергетика разчита на елементи с естествена радиоактивност, които не са неизчерпаеми. Факт е, че дори най-оптимистичните прогнози не дават повече от половин столетие на този тип енергетика. Друг е въпросът, че модерната ядрена енергетика използва далеч по-малко гориво от предшествениците си, но това не отменя неизбежността на този факт. Така че, атомната енергия, въпреки цялата си привлекателност - или пък обратно, непривлекатеност - със сигурност е временно решение, при това на фона на настоящите нужди от електроенергия, които от година на година растат.

Да, политическите и военни лидери на големите сили декларираха отказ от употребата ядрено оръжие. Действително, разполагаме с по-съвършени реактори, с по-добра защита и по-голяма ефективност, така че не бива да подценяваме факта, че с освобождаването на енергията от атомното ядро учените предоставиха на разположение на човечеството може би най-голямата съзидателна сила.

След Втората световна война, във Великобритания и Съединените щати, са построени експериментални ядрени реактори за производство на електроенергия. Естествено, приложението първоначално е военно, и ядрените подводници от клас "Наутилус", с които се оборудва флота на САЩ, са просто един пример за нейната адаптация. Но е факт, че е и огромно техническо достижение - обикновената подводница от онова време достига скорост осем възела, докато новата военна играчка надминава двадесет. Освен това, с едно зареждане, "Наутилус" преминава сто хиляди километра. Нито една друга подводница не би могла да прекоси под вода Арктическия океан.

Дълбочината на океана при Северния полюс е четири километра, нещо, което научихме покрай изследване, проведено с атомна подводница точно от този клас. Така че, военно или не, новото техническо приложение на ядрената енергия донесе на научния свят откритие, невъзможно до този момент.

Но, евтина и чиста енергия се оказва, че е полезна не само във военната индустрия, разцепването на атома е не само интересно за науката, а намира своето приложение и в най-тривиални битови условия. Първият ядрен реактор, построен за производство на електроенергия за нуждите на масите, или както в момента се нарича - за мирни цели - се дължи на Съветския съюз. През 1954 г., Съветите пускат в експлоатация реактор с мощност пет мегавата (осемдесет пъти по-маломощен от първи до четвърти реактор на АЕЦ "Козлодуй") свързан с гражданската електропреносна мрежа. Две години по-късно, във Великобритания, влиза в експлоатация АЕЦ "Калдър Хол", с капацитет над петдесет мегавата.

Любопитно е, че в исторически план всъщност Съединените американски щати изостават и от двете страни, макар че първото реално приложение, както споменахме, е именно тяхно. Но въпреки това, не закъсняват особено, и на 26 май 1958 г., Уестингхаус завършва съответния първи американски ядрен реактор, разположен в Шипингпорт, Пенсилвания. Неговият капацитет е 60 MW, и естествено това отприщва строежа на подобни в световен мащаб.

И така, до края на следващото десетилетие, почти половината от енергийните нужди на САЩ се задоволяват от ядрената енергетика, а десетки други държави вече разполагат с аналогични централи. По това време до подобна мисъл се стига и в България, и през 1966 се подписва съответната спогодба с СССР, довела до изграждането и въвеждане в експлоатация на първи блок на АЕЦ "Козлодуй" през 1974 г.

На 3 април 1965 г., бива изстрелян първият спътник, захранван от ядрена енергия - всъщност само осем години след първия такъв въобще и четири години след Юрий Гагарин. Въпреки че ядрената енергия започва да намира все по-мащабно приложение, обаче, проблемът с радиоактивното замърсяване остава сериозен, а този с общественото недоволство тепърва набира инерция.

Налага се все пак читателят да бъде и отчасти запознат с понятието "атом" и неговото съдържимо. Атомът е частица, съставен на свой ред от протони, неутрони и електрони. От гледна точка на модерната физика, естествено, моделът е по-широк, но за нуждите на ядрената енергетика това не е от особено значение. Първите са положително заредени, последните - отрицателно, а тези, които останаха, както личи от името им, не носят електрически заряд. По-важно е обаче, че от гледна точка на атома, количеството на протоните и неутроните влияе на атомната маса.

Какво би станало, ако в един атом внесем неутрон? Това не би променило електрическия му заряд, но ще повлияе на масата, дестабилизирайки хармоничната система, която той представлява. Съвсем естествено това не е лесна задача. Множество експерименти, особено тези на Енрико Ферми, показват, че ако се използват забавени неутрони, заданието се улеснява. Всъщност, самото забавяне на неутрална електрически частица е сравнително интересен на теория процес, тъй като не биха могли да се използват електромагнитите взаимодействия, както е при заредените.

За целта, големият италиански учен прибягва до далеч по-елементарни физически взаимодействия, просто пропускайки снопа през по-плътна среда - вода или парафин. Което се оказва ефективно. Интересното е, че когато неутрона забавя движението си, неговата дължина на вълната нараства. Малко неясно, но образно казано ефектът е следният - все едно че неутронът става по-голям, или по-точно заема по-голям обем. При което шансовете за уцелване естествено се увеличават.

Т.е. дадено ядро може по-лесно да "захване" неутрон. Какво става обаче след това? Зарядът не се променя, но се променя енергията, тъй като движещият се неутрон внася чисто кинетична такава, и се налага този излишък да бъде освободен. Това става във вид на гама-лъчи, но въпреки това новото ядро остава нестабилно, тъй като масата му е променена. За да постигне по-голяма стабилност, атомът излъчва и електрон (отрицателно зареден, а процесът се нарича бета-лъчение), и неутронът на свой ред се превръща в протон.

Сега, сметката започна да изглежда малко сложна, но горе долу в знаци изглежда така: с излъчването на електрон (-), на практика, неутрон (0) се превръща в протон (+), тъй като положителният заряд се определя от ядрото. Спрямо броят на протоните обаче се определя химическия елемент. И по този начин, да речем, алуминият (Al, с пореден номер 13, т.е. 13 протона) се превръща в силиций (Si, с пореден номер 14).

В този момент, периодичната таблица се намира в един странен, междинен момент. Уранът е под номер 92, но номер 93 не е известен. По закон би трябвало да лежи под рения и по химически свойства да прилича на него. Именно заради търсенето на този 93-ти елемент, учените от онова време започват да експериментират с уран - макар че едва ли някой е предполагал, че ще се достигне до цяла група сходни елементи, познати понастоящем като актиниди.

Оказва се, че внасянето на неутрон в урановото ядро води до разцепването му. Този процес получава наименованието ядрен разпад, при който имаме излъчване на два неутрона. Но това води до внасянето им в други уранови ядра - в крайна сметка, никога нямаме само един изолиран атом. Следствието се нарича верижна реакция - новите ядра, които се разпадат, излъчват нови неутрони, които се прихващат от други ядра, и така нататък, като процесът е кумулативен. Освен това, се излъчват кванти енергия в инфрачервения спектър, сиреч - топлина.

А топлината - чудесно знаем - лесно се превръща в електрическа енергия. И именно така, макар и схематично, се достига до конструкцията на ядрения реактор. Всъщност, не точно, тъй като ако верижната реакция продължава прекалено дълго, получаваме атомна бомба. Нужно е тя да бъде ограничена. Как бихме могли да го направим? Да внесем точното количество гориво и да се молим да не гръмне - е, и това е вариант, но едва ли безопасен.

Поради тази причина се използват така наречените забавители. Те представляват някакъв внесен елемент, който "обира" неутроните. Колкото повече неутрони обере - толкова по-бавно се натрупва енергия, и бихме могли, чрез прецизна регулация, да нагласим цялата галимация така, че отделената енергия да е точно толкова, колкото ни е необходима за превръщането на водата в пара, разширяването на газовия компонент, и т.н. - в зависимост кой метод използваме за производство. Обикновено за тази цел се използват графитни пръчки, неизменната вода или пък тежка вода, като в случая разликата не е толкова голяма за принципната конструкция. Съответно, ако ви интересува, типовете реактори носят наименования в зависимост от забавителя и принципа на набавяне на енергия. Както и по поколение - I-IV - в зависимост от нивото на използваната технология, като първи са началните опити, във второ влизат в момента използваните, трето е тяхната следваща еволюционна стъпка, а четвърто - експерименталните разработки.

Всъщност, категоризацията по поколения не е ултимативна, а субективна - поколения се припознават, а не се подразбират по използваната технология. Разлика се намира само в иновациите, като второ ниво е на практика актуално във всеки технически смисъл, и това е причината да има такава мъглявост и размиване, а две организации да категоризират един и същи реактор различно.

Да се върнем на историята. През седемдесетте години става очевиден и проблемът с недостатъчното количество уран в световен мащаб. Така че, и трите споменати в увода фактора вече са налице. Науката осъзнава, че може да не се ползва уран-235 като основно гориво, а само като инициатор на реакцията. На негово място би могъл дойде плутоният. Предпоставки дава експерименталната разработка на Уолтър Цин от 1951 г. - ЕРР-1, експериментален размножителен реактор, следващ изказаните по-горе принципи. При него се внася обогатен горивен материал, не се използва забавител при първоначалната реакция, и бързите неутрони текат към кожуха от естествен уран - който се превръща именно в плутоний. Ако се губят достатъчно малко неутрони, то при всяко деление на атом уран-235 ще се получава повече от един плутониев. ЕРР-1 излиза от употреба през 1964 г., но принципа остава.

Очевидно, чрез размножаване запасите от уран могат да се използват доста по-продължително време. В употреба влизат и други елементи, като тория, и като цяло тези две горива биха могли да дадат над двадесет пъти повече енергия, отколкото биха могли изчислените запаси от въглища и нефт, при това - взети заедно.

И все пак, въпреки всички опити да бъде удължен живота на ядрената енергетика, тя неминуемо доближава своя залез. Естествено, първият въпрос, който изниква, е "След това накъде?". Един от възможните отговори ви дадохме в материала за управляемия термоядрен синтез. Други са възобновяемите източници - вятър, вода, слънчева енергия, макар и тяхното КПД засега да е ниско, а дялът им в световен мащаб - относително нищожен. Колкото до параноята, свързана с приложението на ядрена енергия за мирни цели, тя има и своите предимства, тласкайки еволюцията на мерките за сигурност, но същевременно и сериозни недостатъци, с движението за пълен отказ от енергоизточник едновременно чист и достатъчно ефективен. А към момента и трудно заменим.






Допадна ли ви този материал? (13) (1) 7160 прочит(а)

 Добави коментар 
Ако сте регистрирани във форума можете да коментирате и тук

Име:
Текст:
Код:        

 Покажи/скрий коментарите (4) 



AdSense
Нови Кратки @ Сивостен


Реклама


Подобни статии

Случаен избор


Сивостен, v.5.3.0b
© Сивостен, 2003-2011, Всички права запазени
Препечатването на материали е нежелателно. Ако имате интерес към някои от материалите,
собственост на сп. "Сивостен" и неговите автори, моля, свържете се с редакционната колегия.