Цепные ядерные реакции
Деление атомного ядра – это явление распада ядер на несколько более легких атомных ядер. На основе деления тяжелых элементов (урана и плутония) работают атомные электростанции.
Деление тяжелых ядер может происходить посредством цепной реакции, когда при распаде ядра выделяется частицы (нейтроны), способные вызвать реакцию деления других ядер. Цепные реакции возможны, если масса ядерного топлива превышает минимальную критическую массу.
Принцип работы атомной электростанции. Ядерный реактор. Получение ядерной энергии на АЭС.
Атомные электростанции представляют собой по сути дела тепловые электростанции, на которых для получения пара или горячего газа используется энергия, в ядерном реакторе в результате ядерной цепной реакции.
Принцип работы атомной электростанции.
Схема превращения внутриядерной энергии в электрическую на АЭС показана на рис. 1.
Рис. 1.
Интерактивная модель «Принцип действия ядерного реактора»
Принцип действия атомной бомбы
Экологические проблемы ядерной энергетики.
Положительный экологический фактор, связанный с работой АЭС, — небольшой выброс вредных веществ в атмосферу.
Отрицательных — несколько.
Первый и самый очевидный вид «порчи» окружающей среды атомными электростанциями — тепловое загрязнение.
Тепловые потери АЭС в 1,5 раза больше, чем ТЭС аналогичной мощности; поэтому КПД атомных электростанций невелик (20—25%), и их работа сопровождается «сбросом» огромного количества теплоты в воздух и воду.
Тепловое загрязнение изменяет климат региона, где расположена АЭС. Увеличивается влажность воздуха, особенно в осенне-зимний период, что неблагоприятно влияет на здоровье людей, на состояние посевов, лесов, зданий и сооружений, в том числе распределительных устройств и линий электропередач. Повышение температуры естественных водоемов, куда сбрасывают теплую воду из систем охлаждения станций, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода, что угнетает развитие рыбной молоди и приводит к гибели рыб. В нагретой теплой воде водоемов происходит бурное развитие сине-зеленых водорослей, наступает «цветение» воды; это явление, получившее название эвтрофизации, делает невозможным использование таких водоемов для питьевого водоснабжения.
Второй фактор — наличие радиоактивных отходов.
Экологические проблемы возникают на всех этапах топливного цикла. Рассмотрим этап А.
Урановая руда добывается на рудниках подземным или открытым способом. Как и любая другая отрасль горнодобывающего производства, она ухудшает окружающую среду, выводя из хозяйственного использования значительные территории, изменяя ландшафт и гидрологический режим, загрязняя воздух, почву, поверхностные и подземные воды. Разработка урановых месторождений усугубляет эти проблемы тем, что на поверхности оказываются природные радионуклиды с большим периодом полураспада, что повышает радиоактивность особенно в отвалах рудной породы. Отходы на стадии добычи и первичной переработки природного урана очень велики и составляют 99,8%.
Использование воды в процессах добычи урановой руды и ее первичной переработки создает проблему безопасного хранения и утилизации жидких отходов, содержащих токсичные радиоактивные вещества. Из резервуаров для хранения жидких отходов радиоактивные вещества могут попадать в грунтовые воды и расположенные рядом поверхностные водоемы.
Многие сторонники ядерной энергетики утверждают: сами АЭС при их нормальной работе полностью безопасны и не создают особых экологических проблем. Думается, что это не совсем так. Ведь даже при нормальном функционировании обычных АЭС определенное количество радионуклидов выделяется в воздух. Вот как это происходит. Радиоактивный изотоп йод-135 (один из главных продуктов распада в работающем ядерном реакторе) не накапливается в составе отработанного топлива, поскольку его период полураспада мал и составляет всего 6,7 ч; он в результате ряда радиоактивных распадов превращается в радиоактивный газ ксенон-135, активно поглощающий нейтроны и потому препятствующий цепной реакции. Для предотвращения «ксенонового отравления» реактора радиоактивный ксенон постоянно удаляют из реактора через высокую трубу.
Небольшое количество радионуклидов поступает в водоем вместе со сбрасываемой водой.
Хотя эти радиационные выбросы в воздух и воду при нормальной работе АЭС невелики, благодаря аккумулирующему эффекту они могут оказывать неблагоприятное воздействие на живые организмы, а также на людей, работающих на станции или живущих в зоне ее расположения.
Твердые и жидкие отходы, возникающие при регенерации ядерного топлива, обладают очень высокой радиоактивностью и требуют специальной переработки и специального захоронения в целях обеспечения безопасности.
Третий фактор - радиоактивные излучения (РИ): они — самая главная опасность атомной энергетики, существующая, как следует из вышесказанного, на всех этапах топливного цикла и работы АЭС. РИ оказывают пагубное воздействие на все живые организмы. Механизм биологического действия РИ сложен и до конца не изучен.
Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушаются способность клеток к делению и обмен веществ в них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек (в частности, кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы человека возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертельному исходу. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма.
Степень биологического воздействия радиации зависит от вида излучения, его интенсивности и продолжительности облучения организма.
Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения; в этом — их «коварство».
Четвертый фактор — аварийные ситуации на ядерных объектах, в том числе на АЭС.
Взрыв четвертого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) — одна из таких ситуаций. Он произошел 26 апреля 1986 г. в 01 ч 23 мин 40 с и вызвал прежде всего механическое разрушение верхней защитной плиты реактора (массой 2 тыс. т), топливных кассет и взрывной выброс значительного количества диспергированного ядерного топлива, содержащего более 100 различных радионуклидов.
Последствия Чернобыльской катастрофы проявляются до сих пор.
Задание. 1. Изучить теорию по предложенному материалу и по ссылке и выполнить оформить лабораторную работу в тетради.
Тема: Лабораторная работа №17 «Изучение треков заряженных частиц по готовым фотографиям»
Цель работы: Объяснить характер движения заряженных частиц.
Оборудование:
Фотографии треков заряженных частиц, полученных в камере Вильсона, пузырьковой камере и фотоэмульсии
Вспомним, как работают такие приборы. Камера Вильсона. В ней используется способность частиц больших энергий ионизировать атомы газа. Камера Вильсона представляет собой цилиндрический сосуд с поршнем. Верхняя часть цилиндра сделана из прозрачного материала, в камеру вводится небольшое количество воды или спирта, для чего снизу сосуд покрыт слоем влажного бархата или сукна. Внутри камеры образуется смесь пересыщенных паров и воздуха.
Ход работы
Первое задание: на двух из трех представленных фотографий изображены треки заряженных частиц, движущихся в магнитном поле. Укажите на каких. И не забываем обосновывать свой ответ.
Второе задание: Внимательно рассмотрите фотографию треков a-частиц, двигавшихся в камере Вильсона и ответьте на следующие вопросы:
В каком направлении двигались альфа-частицы?
Почему длина треков альфа-частиц примерно одинакова?
Как менялась толщина трека по мере движения частиц и что из этого следует?
Третье задание: По представленной фотографии определите и объясните:
Почему менялся радиус кривизны и толщина треков по мере движения a -частиц?
А также в какую сторону двигались a-частицы?
Четвёртое задание: Рассмотрим фотографию трека электрона в пузырьковой камере, находившейся в магнитном поле. Определите по этой фотографии:
Почему трек имеет форму спирали?
В каком направлении двигался электрон?
Что могло послужить причиной того, что трек электрона гораздо длиннее треков альфа-частиц?
Сообщество физика https://vk.com/public194235375