Новые источники энергии

Общее представление о потенциальных ресурсах ядерной энер-гетики и потенциальных возможностях превращения ядерной энергии в электрическую и тепло можно получить из рассмотрения кривой зависи-

мости удельной (в расчете на один нуклон) энергии W связи ядер от

массового числа A (см. рис. 1.1.2).

Кривая удельной энергии связи круто растет в области малых A, имеет пологий максимум у ядра железа Fe и затем с ростом A медленно падает. Таким образом, в роли ядерного "горючего" могут выступать лег-

кие и тяжелые ядра. Для легких ядер принципиально выгодны реакции

синтеза, приводящие к увеличению чисел нуклонов в ядре. Для тяжелых

ядер выгодны реакции деления или расщепления ядер, приводящие к

уменьшению числа нуклонов в ядре. Положительный энергетический баланс является необходимым, но не достаточным условием протекания ядерных реакций "высвобождающих" ядерную энергию. Необходимо еще преодолеть потенциальный барьер, обеспечивающий стабильность материи. На это требуется обычно меньше энергии по сравнению с выделяющейся энергией.

В настоящее время промышленно освоена реакция деления ядер ура-

на U²³⁵ и плутония Pu²³⁹ на примерно равные осколки с испусканием в среднем 2,5 нейтронов на один акт деления, который следует за поглощением медленного нейтрона. Интенсивное "размножение" нейтронов позволяет создать условия для протекания самоподдерживающейся цепной реакции, которая является источником тепла, в ядерном котле. Тепло отводится омывающим котел теплоносителем, который затем используется либо как рабочее тело, либо для нагрева рабочего тела. Изотопа U²³⁵ для работы современных АЭС, как мы видели в разделе 1.1.2, примерно столько же, сколько и нефти.

В природном уране содержится всего 0,711% делящегося изотопа U²³⁵, остальное – в основном уран U²³⁸, который через реакцию образования плутония также может быть использован как ядерное топливо. Реакторы, в которых «сгорает» U²³⁸ получили название реакторов на быстрых нейтронах или бридеров. В нашей стране успешно работает реактор БН –600 установленной электрической мощностью 600 Мвт. Оснащение энергетики бридерами в принципе способно снять проблему энергетического кризиса на ближайшие 3000 лет, т.к. запасов U²³⁵ на планете по теплотворной способности на два порядка больше чем нефти.

Другое направление – использование термоядерных реакторов, в которых производится преобразование ядер дейтерия в ядра гелия в результате реакции синтеза. В настоящее время экспериментально показано, что в результате этой реакции производится больше энергии, чем затрачивается на создание условий для ее осуществления. Принято решение построить опытно-промышленный реактор в Канаде. Если опытная эксплуатация реактора пройдет успешно и окажется экономически выгодной, можно будет считать, что проблема энергетического кризиса снята.

Раздел 1.2. Энергетический анализ технологий производства

Дата добавления: 2015-06-27