Атомна енергетика України. Екологічні проблеми атомної енергетики

 
 

Велика перевага ядерного палива перед традиційним (газ, нафта, вугілля) полягає в тому, що енергетична ефективність ядерного палива вища в мільйони разів (у 2 млн разів вища за нафту, у 3 млн разів — за вугілля). До того ж запаси ядерного палива в десятки разів більші, ніж вуглеводневих видів палива, а його спалювання не потребує кисню. Однак використання ядерного палива пов'язане з певними труднощами.

Дізнаємося про ядерний цикл

Щоб отримати кілограм палива з низькою енергетичною ефективністю, наприклад кілограм дров, досить сходити до лісу. А от щоб отримати кілограм ядерного палива, слід створити цілу промисловість. Крім того, після згоряння кілограма дров попіл можна просто розкидати. А що робити з ТВЕЛами (рис. 27.1), які відпрацювали свій ресурс? Адже саме у ТВЕЛах відбувається ланцюгова ядерна реакція і тому вони містять величезну кількість радіоактивних осколків із довгим періодом пів-розпаду.

Послідовність операцій з видобування ядерного палива з руди, виготовлення ТВЕЛів, використання ТВЕЛів на атомних електростанціях і подальшого перероблення радіоактивних відходів називають ядерним циклом (рис. 27.2).



 

За запасами уранової руди Україна посідає 11 місце у світі. Цих запасів вистачить на кілька століть. Але щоб переробити руду на ядерне паливо, виготовити ТВЕЛи, необхідна спеціалізована промисловість (ланцюжок взаємопов’язаних виробництв), якої Україна в повному обсязі не має. Для українських атомних електростанцій ТВЕЛи виготовляють за кордоном.

Після того як у ТВЕЛі розпадається певна частина ядерного палива (фізики кажуть: «ТВЕЛ вигорів»), його замінюють новим. ТВЕЛи, які відпрацювали свій ресурс, дуже радіоактивні, тому їх у спеціальних контейнерах розташовують глибоко під землею, там вони мають зберігатися протягом сотень років.

На сьогодні в Україні тільки Запорізька атомна електростанція (рис. 27.3) має власне сховище для відпрацьованих ТВЕЛів. ТВЕЛи з інших атомних електростанцій вивозять до Росії, за що наша країна сплачує великі кошти. Існують наміри побудувати сховище для відпрацьованих ТВЕЛів у Чорнобильській 30-кі-лометровій зоні, адже ця територія ще довго не буде придатною для життя людей. Крім того, місця для сховища можна буде надавати й іншим країнам.

Поміркуйте над аргументами «за» будівництво такого сховища і «проти».

Дізнаємося про атомну енергетику України

Україна належить до тих країн світу, в яких завдяки наявності високих технологій, висококваліфікованих інженерів і вчених створена й успішно розвивається атомна енергетика. На сьогодні в країні працюють чотири атомні електростанції: Запорізька, Рівненська, Южно-Українська, Хмельницька (рис. 27.327.6). На цих АЕС діють 15 атомних енергоблоків, загальна потужність яких становить 13 580 МВт. На атомні електростанції припадає близько половини електроенергії, що виробляється в країні.

АЕС обслуговуються багатотисячними колективами висококваліфікованих фахівців. Фактично навколо кожної з українських АЕС виросло невелике місто.

Наявність в Україні джерел електроенергії, які працюють на ядерному паливі, безперечно пом’якшує дедалі більший дефіцит «звичних» енергоносіїв: газу, нафти, кам’яного вугілля.

Коли йдеться про АЕС, побоювання пересічного громадянина зазвичай пов’язані зі словом «радіація». Але, як показують дослідження, найбільший вплив радіації на людину відбувається за рахунок природних джерел радіації, під час медичних досліджень і лікування. Радіація, пов’язана з «нормальним» розвитком атомної енергетики, становить лише малу частину радіації, що спричинена

діяльністю людини. Проте, на жаль, історія людства налічує декілька випадків аномального розвитку подій на ядерних реакторах. Наслідки цих випадків були катастрофічними.

Згадуємо історію чорнобильської трагедії

26 квітня 1986 р. позначене чорними барвами в історії України. Саме того дня стався вибух на 4-му енергоблоці Чорнобильської атомної електростанції (рис. 27.7). Керівництво станції дало згоду на випробування роботи ядерного реактора в режимі змінної потужності, що не було передбачено конструкцією реактора. У результаті відбулося неконтрольоване виділення ядерної енергії всередині реактора і стався вибух.

Вибух призвів до пожежі на 4-му енергоблоці й до катастрофічного викиду радіоактивних речовин. Корпус реактора почав працювати як величезна піч, виносячи радіоактивний дим в атмосферу. Вітер розніс цей дим на багато сотень і тисяч кілометрів (підвищення рівня радіації було зафіксовано навіть у Швеції). У ліквідації аварії на ЧАЕС брали участь фахівці всіх республік Радянського Союзу.

Особливу роль у зменшенні масштабів трагедії відіграли пожежники. Ціною свого життя вони запобігли поширенню пожежі на інші реактори Чорнобильської АЕС.


Із катастрофою таких масштабів людство раніше не стикалося, тому пожежу не вдалося зупинити швидко. У результаті цілі регіони Росії, України, Білорусі виявилися радіаційно забрудненими, а з 30-кілометрової зони навколо станції було евакуйоване все населення.

Пізніше над зруйнованим реактором був побудований так званий саркофаг — бетонна конструкція, яка захищає від подальшого поширення радіаційного забруднення (рис. 27.8).

Сьогодні всі енергоблоки Чорнобильської АЕС виведено з експлуатації; разом із міжнародними організаціями Україна побудувала ще один саркофаг, досконаліший. Після трагедії минуло понад 30 років, проте наслідки радіаційного забруднення, особливо в зоні Чорнобильської АЕС, відчутні й досі.

Подібна за масштабами катастрофа відбулася в Японії у 2011 р. — на атомній електростанції «Фукусіма-1». Унаслідок землетрусу та цунамі припинили дію насоси, що перекачують теплоносій. Відбулися перегрів і пошкодження атомного реактора, і радіаційна речовина забруднила довкілля.

Тож зараз людство опинилося перед дилемою: поступове вичерпання традиційних енергоносіїв нібито підштовхує до розвитку атомної енергетики, разом із тим від жахливих аварій не застраховані навіть такі технологічно розвинені країни, як Японія. Уряд Німеччини зробив свій вибір і заборонив розвиток атомної енергетики.

А яка ваша думка щодо цього питання? Поміркуйте над аргументами «за» і «проти».

Підбиваємо підсумки

Послідовність операцій видобування ядерного палива з руди, виготовлення ТВЕЛів, використання ТВЕЛів на атомних електростанціях і подальшого перероблення радіоактивних відходів називають ядерним циклом.

Зараз в Україні працюють чотири атомні електростанції загальною потужністю 13 580 МВт. На АЕС припадає майже половина електроенергії, що виробляється в країні. Якщо атомна електростанція працює «нормально» (відпрацьовані ТВЕЛи надійно зберігаються у сховищах, не відбувається збоїв у роботі реактора, виконано всі заходи, передбачені нормативними документами), то вона майже не чинить радіаційного впливу на довкілля.

26 квітня 1986 р. сталася Чорнобильська катастрофа — вибух на 4-му енергоблоці Чорнобильської АЕС. Вибух спричинив найбільше у світі радіаційне зараження місцевості, зокрема великих територій у Росії, Україні та Білорусі. Наслідки цього зараження відчутні дотепер. Подібна за масштабами катастрофа відбулася на атомній електростанції «Фукусіма-1» в Японії у 2011 р.

Контрольні запитання

1. Перелічіть переваги й недоліки використання ядерного палива. 2. Якою є послідовність операцій ядерного циклу? 3. Назвіть атомні електростанції України. Якою є їхня загальна потужність? 4. Що ви знаєте про Чорнобильську трагедію?

вправа № 27

1. На Хмельницькій АЕС встановлено реактори типу ВВЕР-440 (електрична потужність — 440 МВт), теплова потужність яких дорівнює 1375 МВт. Визначте ККД реакторів цього типу.

2. На двох блоках Рівненської АЕС встановлено реактори типу ВВЕР-440 (електрична потужність — 440 МВт), а ще на двох блоках — реактори типу ВВЕР-1000 (електрична потужність — 1000 МВт). Скільки енергії (у кВт · год) може виробити Рівненська АЕС за добу, працюючи на повну потужність?

3. Скільки енергії за добу виробляє Запорізька АЕС, якщо один із її блоків перебуває на плановому ремонті, а решта працюють на повну потужність? Теплова потужність кожного реактора на АЕС дорівнює 3000 МВт, ККД — 33,3 %.

4. Скільки кілограмів Урану-235 щодоби спалюють реактори Південноукраїнської АЕС, якщо теплова потужність кожного реактора дорівнює 3000 МВт? Під час поділу одного ядра Урану-235 виділяється 3,2 · 1011 Дж енергії, яка повністю передається теплоносію (воді).

5. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся про перспективи розвитку атомної енергетики України.

підбиваємо підсумки розділу IV

«Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи атомної енергетики»

1. Вивчаючи розділ IV, ви згадали будову атома й атомного ядра, довідалися про ядерні сили.

2. Ви дізнались, як було відкрито явище радіоактивності, з’ясували природу радіоактивного випромінювання.

3. Ви ознайомилися з фізичними величинами, які характеризують радіоактивне випромінювання, радіонукліди та радіоактивні зразки.

4. Ви з’ясували, що внаслідок поглинання нейтрона важким ядром може відбутися самовільний поділ ядра, який супроводжується виділенням енергії, та дізналися, що реакція синтезу легких ядер теж супроводжується виділенням енергії.


завдання для самоперевірки до розділу IV

«Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи атомної енергетики»

Завдання 1-8, 10 містять тільки одну правильну відповідь.

1. (1 бал) У ядрі атома Берилію 4 протони і 5 нейтронів. Скільки електронів в атомі Берилію?

а) 1 електрон; в)5 електронів;

б) 4 електрони; г)9 електронів.

2. (1 бал) У ядрі хімічного елемента 33 протони та 43 нейтрони. Який це елемент?

а) Технецій; б) Арсен; в) Уран; г) Аурум.

3. (1 бал) На підставі дослідів із а-частинками Е. Резерфорд:

а) запропонував нейтронно-протонну модель атомного ядра;

б) пояснив явище радіоактивності;

в) пояснив механізм ланцюгової ядерної реакції;

г) запропонував ядерну модель будови атома.

4. (1 бал) При а-розпаді ядра атома деякого елемента утворюється ядро атома елемента, який у Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва розташований від вихідного елемента:

а) на дві клітинки ліворуч; в) на одну клітинку праворуч;

б) на дві клітинки праворуч; г) на одну клітинку ліворуч.

5. (2 бали) Заряд ядра атома деякого хімічного елемента становить 3,2 · 10-19 Кл. Який це елемент?

а) Калій; б) Гелій; в) Літій; г) Германій.

6. (2 бали) Пучок радіоактивного випромінювання розділяється, проходячи між зарядженими пластинами (див. рисунок). Яким є знак заряду кожної пластини?

а) пластина 1 «+», пластина 2 «-»;

б) пластина 1 «-», пластина 2 «+»;

в) пластина 1 «+», пластина 2 «+»;

г) пластина 1 «-», пластина 2 «-».

7. (2 бали) Визначте активність радіоактивного зразка, якщо щогодини в ньому розпадається 7,2 · 1010 ядер. Активність зразка вважайте незмінною. а) 7,2 · 1010 Бк; б) 1,2 · 109 Бк; в) 3,6 · 108 Бк;

8. (2 бали) Термоядерна реакція синтезу відбувається за умови:

а) поглинання ядром нейтрона; в) низького тиску;

б) високої температури; г) наявності важких ядер.

9. (З бали) Установіть відповідність між кількістю складників нукліда та

власне нуклідом.

1 70 електронів

2 57 протонів

3 57 нейтронів

4 70 нуклонів

10. (З бали) Яка з наведених нижче ядерних реакцій є реакцією р-розпаду?

11. (З бали) Радон 2|^п послідовно зазнав двох а- і двох р-розпадів. Ядро якого елемента є продуктом цих розпадів?

12. (З бали) У зразку міститься 1,6 · 1010 ядер ізотопу Бісмуту 283Ві, період піврозпаду якого 20 хв. Скільки ядер Бісмуту залишиться у зразку через годину?

13. (З бали) На даний момент часу в радіоактивному зразку міститься 2 · 10 10 моль радію. Скільки ядер Радію розпадеться наступної секунди? Стала радіоактивного розпаду Радію 1 = 1,37 · 10 11 с-1.

14. (4 бали) Середня доза випромінювання, поглинута працівником, що обслуговує рентгенівську установку, дорівнює 7 мкГр за 1 год. Чи безпечно працювати з цією установкою протягом 200 днів на рік по 6 год щоденно, якщо гранично допустима доза опромінення дорівнює 50 мГр на рік? Відомо, що природний радіаційний фон становить 2 мГр на рік.

15. (4 бали) Унаслідок трьох а- і двох р-розпадів деякого материнського ядра утворилося ядро Полонію ^Ро. Визначте материнське ядро.

16. (4 бали) Визначте, яку масу Урану-235 витрачає за добу атомна електростанція потужністю 2 ГВт, якщо її ККД становить 25 %, а під час кожного поділу ядра ^и виділяється 3,2 · 1011 Дж енергії.

Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і визначте суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.

Тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою ви знайдете на електронному освітньому ресурсі «Інтерактивне навчання».

Від експериментів Резерфорда до лікування хвороб

Більшість жителів нашої країни, пам’ятаючи про аварію на Чорнобильській АЕС, із великою підозрою ставляться до слова «радіація». Завершивши вивчення розділу IV, ви довідалися, що радіаційне випромінювання — це, звичайно, небезпечно. Але якщо дотримуватися правил безпеки, контролювати рівень радіаційного фону, вчасно вживати необхідних заходів, то небезпеку можна зменшити.

А чи може бути радіація корисною для організму? Виявляється, у випадку деяких захворювань для збереження життя пацієнта медики змушені фактично завдавати йому шкоди. Так, найпоширенішою формою радіаційної терапії є опромінення пацієнта у-променями, проникна здатність яких є досить великою (рис. 1, 2). Однак під час опромінення хворого внутрішнього органа опромінюються й здорові частини тіла.

Природним було прагнення фізиків вирішити цю проблему. Перше рішення — застосування іншого типу випромінювання. Виявилося, що прискорені до великих швидкостей протони мають певні переваги перед у-випромінюванням. Відомо, що протони максимально ушкоджують місця поблизу своєї зупинки, а на інших ділянках траєкторії рівень ушкоджень є значно нижчим (рис. 3). Змінюючи енергію протонів, можна змінювати місця їхньої зупинки так, щоб ці місця припадали на хворі клітини. Тоді, як видно з рис. 3, рівень ушкодження здорових тканин буде істотно нижчим,

ніж хворих. Причому доза опромінення ділянки «до горба» у десятки разів нижча, а «після горба» взагалі дорівнює нулю. На жаль, висока вартість використання прискорювача протонів не дозволяє зробити цей метод масовим.

Ще один спосіб опромінення хворих тканин — бор-нейтрон-захоп-лювальна терапія (БНЗТ) — був запропонований порівняно недавно. Велика перевага БНЗТ — в її точності. Цю терапію можна порівняти з «агентом 007», що безпомилково і точно виконує своє завдання.

Ідея БНЗТ полягає ось у чому. Ключовим у терапії є ядро атома Бору. Саме воно, як геніальний воротар, уміє «ловити» нейтрони набагато краще, ніж будь-які інші ядра. Тому під час опромінення тканин нейтронами ядро Бору зуміє «впіймати» нейтрон, навіть якщо їх буде пролітати дуже мало. Ядра ж інших елементів практично не помітять цього опромінення, тобто шкідливу дозу опромінення нейтронами буде зведено до мінімуму.

Після того як ядро Бору «впіймає» нейтрон, воно зазнає радіоактивного перетворення й розпадається на ядро Літію та а-частинку (рис. 4), які мають кінетичну енергію, що може зруйнувати лише одну клітину. Отже, якщо доправити ядро Бору безпосередньо у хвору клітину, то тільки її і буде зруйновано (рис. 5). Доставку ядер Бору здійснюють спеціальні типи лікарських препаратів.

Орієнтовні теми проектів

1. Ознайомлення з роботою побутового дозиметра.

2. Складання радіаційної карти регіону.

3. Радіологічний аналіз місцевих харчових продуктів.

4. Екологічні проблеми атомної енергетики.

5. Розщеплення атома: скринька Пандори чи вогонь Прометея?

6. Майбутнє Сонця та інших зір.

Теми рефератів і повідомлень

1. Великий адронний колайдер — шлях до вивчення будови Всесвіту.

2. Історія атома: від Демокріта до Резерфорда.

3. Цеглинки матерії, або Що таке кварки.

4. Науковий подвиг П’єра і Марії Кюрі (історія відкриття радію).

5. Як Резерфорд установив природу а-частинок.

6. Історія створення ядерного реактора.

7. Перші атомні електростанції.

8. Організація безпеки атомних реакторів.

9. Чорнобиль і Фукусіма — дві величезні ядерні катастрофи: що в них спільного, в чому різниця.

10. Термоядерний реактор — реактор майбутнього.

11. Драма ідей: історія атомної бомби.

12. Історія отримання штучних радіоактивних ізотопів.

13. Де і як застосовують штучні радіоактивні ізотопи.

14. Ядерно-фізичні методи вивчення віку археологічних знахідок.

15. Що таке радонові ванни.

16. Природна радіоактивність — безпечна чи небезпечна.

17. Хронологія атомної ери.

18. Атомні електростанції України.

19. Атомна енергетика світу.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.