Ядерная энергия

Солнечная энергия.

Рассмотренные выше геофизические источники энергии могут обеспечить в последующие десятилетия лишь незначительную часть потребностей в энергии и оказаться неприемлемыми для освоения в крупных масштабах. Органическое топливо, рассмотренное ранее, является невозобновляемым ресурсом, и его использование связано с нанесением значительного ущерба окружающей среде.

Необходимо располагать неисчерпаемым дешевым и возобновля­емым источником энергии, не загрязняющим окружающую среду. Таким источником является Солнце. Поток солнечного излучения со­ставляет около 3,8∙10²⁶ Вт и представлен всем спектром электромаг­нитных волн. Однако основная его масса приходится на ультрафио­летовую, видимую и инфракрасную части спектра. Энергетическая освещенность земной атмосферы составляет примерно 1,4 кВт/м², а поверхности Земли — около 1 Вт/м². Пока не существует экономич­ного способа преобразования этой энергии в электрическую. Прохо­дят испытания нескольких установок для отработки такой техноло­гии преобразования.

Наиболее подходящим направлением преобразования солнечной энергии в полезную работу является ее использование для замещения органического топлива при получении теплоты в парогенераторе. Од­нако, как и при применении органического топлива, КПД преобра­зования ограничивается диапазоном температуры рабочего тела, в данном случае — пара. Поскольку создание и эксплуатация очень крупных коллекторных систем для концентрации солнечных лучей является делом сложным, в настоящее время в таких системах удает­ся получить пар, как правило, с относительно небольшой температу­рой. Как следствие, КПД преобразования солнечной энергии в элек­троэнергию в таких установках может составлять около 10%. Чтобы получить 1 ГВт электрической мощности, потребовалось бы 10 ГВт мощности солнечного излучения.

В создании системы таких масштабов и связанного с ней другого оборудования имеются определенные технические трудности. Кроме того, непомерно высока ее стоимость по сравнению с ТЭС на органи­ческом топливе и даже АЭС. Подсчитано, что стоимость электроэнер­гии, производимой опытной солнечной установкой башенного типа в Барстоу, почти в 10 раз превышает стоимость электроэнергии, про­изводимой ТЭС на органическом топливе.

Если предположить, что начнется более широкое использование угля, то органических топлив, возможно, хватит на четыре-пять де­сятилетий для обеспечения потребностей человечества в энергии. После этого периода основным энергоресурсом может стать или не стать солнечная энергия. Практически уже сейчас ощущается необ­ходимость иметь источник энергии на этот переходный период, при­чем этот источник должен быть практически неисчерпаемым, деше­вым, возобновляемым и не загрязняющим окружающую среду. И хотя ядерная энергия не отвечает полностью всем перечисленным требованиям, она продолжает развиваться. Вероятно, что именно она будет этим «переходным» источником энергии по той простой причи­не, что никакой другой вид энергии, который был бы столь же дос­тупным, пока не найден.

Освобождение и использование ядерной (у нас в стране сложилось название «атомной») энергии является одним из крупнейших дости­жений науки в XX в.

Это великое открытие, к сожалению, было прежде всего исполь­зовано в военных целях (вспомним о взрывах американских атомных бомб6 и 9 августа 1945 г. над японскими городами Хиросимой и На­гасаки) и только позднее в мирных.

Современная атомная энергетика зиждется на экспериментально установленном факте деления тяжелых ядер элементов (урана, плу­тония, тория) в результате попадания в ядро нейтрона, благодаря чему развивается цепная реакция с выделением огромного количества энер­гии (тепла).

Интересно отметить, что один из трех названных элементов — плутоний — практически на Земле не встречается. Это не помешало, однако, добытому в ядерных реакторах плутонию, ²³⁹Р и, стать наря­ду с ураном важнейшим ядерным топливом.

Важно заметить, что масса тяжелого ядра (урана, плутония или тория) до ядерной реакции несколько больше суммы масс продук­тов, получаемых в результате, т. е. мы имеем здесь дело с так называ­емым дефектом массы — явлением, связанным с огромным энерго­выделением.

Ядерные реакции с огромным энерговыделением могут происхо­дить и в результате синтеза ядер элементов, обладающих малым атом­ным весом, например изотопов водорода — дейтерия и трития. Но это уже термоядерная реакция,

Существенно отметить, что число нейтронов, являющихся истин­ными инициаторами реакции деления тяжелых ядер, в результате ре­акции увеличивается, во всяком случае, оно больше единицы. Это и создает возможность цепной реакции.

В настоящее время в качестве ядерного топлива в реакции деления ядер используются обогащенный природный уран и искусствен­но полученный плутоний. Что касается тория, то он пока не получил применения в ядерной энергетике, хотя его запасы, по-видимому, больше, чем урана, и многие специалисты рассматривают торий как перспективное ядерное топливо.

Дата добавления: 2014-12-25