Атомная энергетика

Принцип построения атомной энергетики

План

1. Основы ядерной физики

1.1. Строение атомов и ядер

1.2. Ядерные реакции

1.3. Деление ядер

1.4. Ядерный реактор

2. Проблемы развития энергетики

3. Классификация ядерных реакторов

3.1. Реакторы с водой под давлением

3.2. Кипящие реакторы

3.3. Уран-графитовые реакторы

1. Основы ядерной физики

1.1. Строение атомов и ядер

Все в мире состоит из молекул, представляющих собой сложные комплексы взаимодействующих атомов. Молекулы — наименьшие частицы вещества, сохраняющие его свойства. Молекулы состоят из атомов различных химических элементов. Химические элементы состоят из атомов одного типа. Атом, мельчайшая частица химического элемента, состоит из «тяжелого» ядра и вращающихся вокруг него электронов.

Ядра атомов состоят из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Эти частицы, называемые нуклонами, удерживаются в ядрах короткодействующими силами притяжения, возникающими за счет обменов частицами меньшей массы — мезонами.

Ядро элемента X обозначают как или X-A, например уран U-235 - , где Z — заряд ядра, равный числу протонов, определяющий атомный номер ядра, A — массовое число ядра, равное суммарному числу протонов и нейтронов.

Ядра элементов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами (например, уран имеет два изотопа U-235 и U-238); ядра при N=const, z=var — изобарами.

1.2. Ядерные реакции

Ядра водорода, протоны, а также нейтроны, электроны (бета-частицы) и одиночные ядра гелия (называемые альфа-частицами), могут существовать автономно вне ядерных структур. Такие ядра (иначе элементарные частицы), двигаясь в пространстве и приближаясь к другим ядрам на расстояния, сравнимые с поперечными размерами ядер, могут взаимодействовать с ядрами, или участвовать в реакции. Приэтом частицы могут захватываться ядрами, либо же менять направление движения после столкновения, отдавая ядру часть кинетической энергии. Такие акты взаимодействия называются ядерными реакциями. Акты вхаимодействия без проникновения частиц внуть ядра называются упругим рассеянием.

После захвата частицы составное ядро возбкждается (находится в возбужденном состоянии). «Освободиться» от возбуждения ядро может либо испустив какую-либо другую частицу и гамма-квант, либо разделившись на две неравные части. Соответственно по конечным результатам различают реакции захвата, неупругого рассеяния, деления, ядерного превращения с испусканием протона или альфа-частицы.

Дополнительная энергия, освобождаемая при ядерных превращениях, часто имеет вид потоков гамма-квантов.

Вероятность реакции характеризуется величиной «поперечного сечения» реакции данного типа.

1.3. Деление ядер

Деление тяжелых ядер происходит при захвате ими нейтронов. При этом испускаются новые частицы и освобождается энергия связи ядра, передаваемая осколкам деления. Это явление было открыто в конце 30-ых годов немецкими учеными Ганом и Штрасманом, что заложило основу практического использования ядерной энергии.