Роль воды в жизни на земле. Реферат: Роль воды в природе и в жизни человека

Сегодня мы поговорим об атомной энергетике, ее производительности по сравнению с газом, нефтью, тепловыми электростанциями, ГЭС, а также о том, что атомная энергия — великий потенциал Земли, об ее опасности и пользе, ведь сегодня в мире, особенно после ряда мировых катастроф, связанных с атомными станциями и войной, ведутся споры о нужности атомных реакторов.

Итак, сначала, что такое атомная энергетика.

«Ядерная энергетика (Атомная энергетика) - это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах».

АЭС - атомные электростанции производят электрическую или тепловую энергию с помощью ядерного реактора. Официально доля производимого ныне электричества с помощью АЭС снизилась за последнее десятилетие с 17-18 процентов до чуть более чем 10, по другим источникам - будущее за атомной энергетикой, и ныне доля энергии АЭС возрастает, в потенциале строятся новые АЭС, в том числе в России. Пока АЭС в большей части не рассчитаны на удовлетворение тепловых запросов населения (лишь в нескольких странах), атомная энергия используется для атомных подводных лодок, ледоколах, у США в проекте создание ядерного двигателя для космического корабля, атомного танка. Страны, активно использующие атомную энергию для покрытия нужд населения - США, Франция, Япония, при этом атомные станции во Франции покрывают более 70 % потребности страны в электроэнергии.

Ядерная энергетика имеет плюсом то, что при малых потреблениях ресурсов АЭС выдают огромный потенциал энергии.

Как бы нам, простым смертным, не казалось, что ядерная энергетика это далеко и неправда, на самом деле — это сегодня один из самых насущных вопросов, обсуждаемых в мире на уровне глобальных технологий, поскольку сфера обеспечения планеты энергией встает все острее, и самым перспективным направлением является как раз ядерная энергетика, почему — объясним в статье.

Ядерный цикл — основа ядерной энергетики, его этапы включают добычу урановой руды, ее измельчение, преобразование отделенного диоксида урана, переработка урана в высоко концентрированный и особого вида для получения тепло выделительных элементов для введения в зону ядерного реактора, затем сбор отработанного топлива, охлаждение и захоронение в специальных «кладбищах ядерных отходов». Вообще - самое опасное в использовании ядерного топлива - это добыча урана и захоронение ядерного топлива, работа АЭС не оказывает особого вреда окружающей среде.

Работающий атомный реактор, вышедший из строя может остывать (внимание!!) 4,5 года!

Первые попытки осуществления цепной реакции ядерного распада были произведены в университете Чикаго, уран в качестве топлива и графит в качестве замедлителя - в конце 1942 года.

На планете минимум пятая часть всей энергии вырабатывается атомными станциями.

«Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на конец 2016 года насчитывалось 450 действующих ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в 31 стране мира (кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие).

Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны - США и Францию. США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства».

США, Франция - самые производительные страны по ядерной энергетике, АЭС Франции обеспечивают более двух трети тепловых запросов страны.

Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд кВт⋅ч, из них - 15,5 Игналинской АЭС). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт».

В России (4-я страна по количеству атомных блоков, после Японии, США и Франции) стоимость ядерной энергии одна из самых низких, всего 95 коп (данные 2015-го года) за киловатт/час, и относительная безопасность с экологической точки зрения: нет выбросов в атмосферу, только водяной пар. Да и в целом АЭС довольно безопасный источник энергии, НО! При безопасной работе! Как говорят специалисты - у любой технологии есть свои минусы… Конечно, это спорное утверждение, что тысячи жертв и миллионы пострадавших - это просто минусы технологий, однако если посчитать жертв современного прогресса в других областях - картина будет нелестная.

Давайте обсудим пользу и опасность атомной энергетики. Очень странно, по мнению многих, обсуждать пользу атомной энергии.. особенно после таких событий как взрыв на Чернобыльской АЭС, Фукусима, уничтожение Хиросимы и Нагасаки… Однако все, что опасно в больших дозах, либо при неправильном использовании, либо при сбое вызывает катастрофы — при правильном использовании, в мирно идущем ритме очень часто вполне безопасно. Если разобрать структуру и механизм ядерных бомб, причину, проблему взрыва на Чернобыльской АЭС, то можно понять, что это сравнимо с ядом, который в малых количествах может быть лекарством, а в больших и при соединении с другими ядами - смертелен.

Итак, основные доводы тех, кто против атомной энергетики - что отходы после переработки ядерного топлива сложно утилизировать, они приносят много вреда природе, также вышедшие из строя и действующие АЭС могут служить оружием массового поражения в случае войны или в случае аварии.

«Вместе с тем, выступающая за продвижение ядерной энергетики Всемирная ядерная ассоциация опубликовала в 2011 году данные, согласно которым гигаватт*год электроэнергии, произведенной на угольных электростанциях, в среднем (учитывая всю производственную цепочку) обходится в 342 человеческих жертвы, на газовых - в 85, на гидростанциях - в 885, тогда как на атомных - всего в 8».

Радиоактивные отходы опасны своим вредным излучением и тем, что период полураспада у них очень долгий, соответственно, они долго излучают радиацию в огромных дозах. Для захоронений отходов используют специальные места, сегодня в России наиболее актуален вопрос, где делать «кладбище» радиоактивных отходов. Подобное захоронение планировалось сделать в Красноярском крае. Сегодня в России несколько захоронений подобного типа, на Урале например, там же и получают обогащенный уран (40 % мирового производства!!).

Хоронят в герметизированных бочках, каждый кг под строгой отчетностью.

Самые безопасные атомные станции строит именно Россия. После трагедии с Фукусимой мир учел ошибки АЭС, строительство сегодняшних АЭС в основном предусматривают более безопасную конструкцию, чем построенные ранее. Российские АЭС наиболее безопасные из всех мировых, как раз в «наших» АЭС учтены все ошибки, допущенные в случае с Фукусимой. В проекте даже АЭС, которая выдержит 9-бальное землетрясение, цунами.

В России сегодня около 10 АЭС и столько же строящихся.

Россия на 5-м месте по добычи урана, но по запасам на 2-м. Основное количество урана добывают в Краснокаменске, в глубоких шахтах. Опасен не столько сам уран, сколько радон - газ, образующийся при добыче урана. Очень много горняков, большую часть жизни занимавшихся добычей урана, умирают от рака, не доживая до пенсионного возраста (не верьте фильмам где говоря что все здоровые и живые, поскольку это исключение), люди в рядом находящихся деревнях также рано умирают или муаются от болезней.

Среди экологов, ученых ведутся ожесточенные споры о том, безопасна ли атомная энергия. Есть мнения абсолютно разные, такая радикальность вызвана в том числе и тем, что атомная энергия еще сравнительно молодая ниша мировых технологий, потому достаточных исследований, подтверждающих опасность или безопасность — нет. Но из того, что мы сегодня имеем, уже можно сделать вывод о сравнительной безопасности и пользе атомной энергетике.

Насчет экономичности - все сомнительно с точки зрения тех, кто против атомной энергетики.

Сегодня для поддержания работы АЭС требуется все больше затрат, в частности для нормальной безопасной деятельности, для добычи топлива и захоронения отходов. А сами АЭС, как мы уже выше писали, — могут быть потенциальным средством массового поражения населения, оружием.

Чернобыль, Фукусима, хоть и редкость, но имели место быть, а это значит, что есть шанс повторения.

Радиоактивные захоронения еще сохраняют радиацию много тысяч лет!!!

Вырабатываемые пары в результате работы АЭС создают мощный парниковый эффект, который при накапливании оказывает разрушительное влияние на природу.

ГЭС, например, ничуть не безопаснее, как утверждают специалисты, при прорыве плотины случаются не менее серьезные катастрофы, при использовании иных видов топлива также страдает природа, и в разы больше чем при ядерной энергетики.

Теперь о плюсах. Вывод о пользе атомной энергетики можно сделать, во-первых, из-за экономической выгодности, рентабельности (уже указанные выше «тарифы», где в России например самое дешевая энергия АЭС), во-вторых, из-за сравнительной безопасности для окружающей среды, ведь при правильной работе АЭС в атмосферу выделяется только пар, есть проблемы только с захоронением отходов.

1 гр урана даёт столько же энергии, сколько сжигание 1000 кг нефти или даже больше.

Чернобыль - это исключение и человеческий фактор, а вот миллион тонн угля - несколько человеческих жизней, при этом энергии от сгорания угля и нефти получается намного меньше, чем от ядерного топлива. Радиационный фон от сжигания угля, нефти соизмерим с той же Фукусимой, только когда катастрофа - это сразу и много, а постепенный вред не так заметен, однако более серьезен. А сколько природы губится вырубленными карьерами и когда добывается сырье, терриконами.

По сведению ряда экологов — отсутствие радиации иногда вреднее чем ее наличие и даже иногда избыток. Почему?

Радиоактивные частицы окружают нас кругом, от рождения до смерти. И радиация «в рамках» тренирует иммунитет клеток к защите от радиации, если человек будет полностью лишен контакта с радиоактивной средой - то может умереть от первого же контакта с ней впоследствии. И атомные станции, согласно доводам ученых, излучают лишь малую часть вредной радиации. Отсутствие радиации не менее опасно чем ее избыток - ка считают некоторые экологи.

Придерживающиеся же обратной точки зрения о том что атомная энергия это зло, говорят о небезопасности атомных реакторов и альтернативе иных видов энергии — солнце, ветре.

Дискуссии на тему добра и зла атомной энергии даже называются громко: «принесет ли мир мирный атом?». И эти дискуссии на сегодняшний день бесконечны. Но можно сказать главное - иного выхода кроме как развивать атомную энергетику во всем мире у людей нет, поскольку объем потребляемых ресурсов энергии и тепла все больше возрастает, и ни одна другая форма добычи и выработки энергии не способна покрыть запросы человечества лучше чем ядерная энергетика.

Нас становится неимоверно много, это уже не знают только живущие в далеких глубинках, планета исчерпала все возможные ресурсы для поддержания нормального уровня жизни человечества. Даже исходя из данных приведенных в статье - атомная энергетика самая перспективная отрасль, способная при меньшем вреде для окружающей среды и затратах дать намного больший объем энергии, ее производительность выше других известных источников энергии.

Классическими источниками энергии с самого начала индустриализации являлись природные ископаемые: нефть, газ и уголь, сжигаемые с целью получения энергии. С развитием промышленности и других отраслей, а также в связи с неминуемым человечество открывает все новые источники энергии, не так пагубно влияющие на окружающую среду, более энергетически выгодные и не требующие истощения исчерпаемых природных ресурсов. Ядерная энергетика (также называемая атомной) заслуживает особого внимания.

В чем же заключается ее преимущество? Ядерная энергетика базируется в основном на использовании урана в качестве источника энергии и, в меньшей степени, плутония. Запасы урана в земной коре и мировом океане, которые можно добыть с использованием современных технологий, оцениваются числом 10 8 тонн. Этого количества хватит еще на тысячи лет, что несравнимо с оставшимися запасами, например, той же нефти. Ядерная энергетика при грамотной эксплуатации и утилизации отходов практически безопасна для экологической ситуации - количество выбросов в окружающую среду различных вредных веществ ничтожно мало. Наконец, эффективна с экономической точки зрения. Все это говорит о том, что развитие ядерной энергетики имеет огромную значимость для энергетической промышленности в целом.

На сегодняшний день доля АЭС в мировом энергопроизводстве составляет примерно 16%. Ядерная энергетика на данный момент развивается с несколько замедленной скоростью. Основная причина этого - распространившееся среди общественности убеждение в ее опасности. Случившаяся несколько лет назад катастрофа в Японии и все еще незабытая способствуют созданию неприятного имиджа атомной энергетики. Дело в том, что причинами подобных катастроф всегда является и/или несоблюдение техники безопасности. Соответственно, при аккуратной эксплуатации и развитии обеспечения безопасности на вероятность подобных происшествий минимизируется.

К другим проблемам атомной энергетики также относятся вопросы об утилизации и судьбе нефункционирующих АЭС. Что касается отходов, то их количество значительно меньше числа таковых в остальных отраслях энергетической промышленности. Также проводятся различные исследования, целью которых является обнаружение оптимального способа утилизации отходов.

Перспективы ядерной энергетики в современной промышленности тем не менее, скорее, отрицательные. Несмотря на ее теоретическое преимущество, в реальности выяснилось, что полностью заменить классические отрасли атомная энергетика не может. Кроме того, свою роль играют общественное недоверие к ней и проблемы с обеспечением безопасности на АЭС. Хотя, безусловно, в ближайшее время ядерная энергетика не исчезнет как таковая, на нее вряд ли будут возлагаться большие надежды, и она просто будет дополнять классическую энергетическую промышленность.

Вклад ядерной техники и технологий в обеспечение безопасности государства принято разделять на сферы гражданского (мирного) и военного применения. Такое разделение в известном смысле условно, поскольку конверсия ядерных технологий имела место на всех этапах их развития.

Основные направления мирного использования ядерной энергии:

электроэнергетика;
теплоснабжение населенных пунктов (коммунальное) и промышленных объектов (промышленное), опреснение морской воды;
энергетические установки транспортного назначения, используемые в качестве энергоисточников на судах морского флота - ледоколах, лихтеровозах и др.;
освоение месторождений арктического континентального шельфа;
энергетические установки для энергоснабжения искусственных космических систем и объектов; ракетные двигатели;
исследовательские реакторные установки различного назначения;
получение изотопной продукции, необходимой для использования в медицине, технике, сельском хозяйстве;
промышленное применение подземных ядерных взрывов.
Основные направления военного использования ядерной энергии:
наработка оружейных ядерных материалов;
ядерное оружие;
энергетические установки, используемые для накачки энергией лазерного оружия;
энергетические установки для подводных лодок и надводных кораблей военно-морского флота и космических аппаратов.

Электроэнергетика. На большинстве действующих энергоблоков используются реакторы с водой под давлением (PWR, ВВЭР) или кипящие (BWR, РБМК), позволяющие достигнуть КПД электрогенерирования 31...33%. Быстрые и высокотемпературные (газоохлаждаемые) реакторы обеспечивают КПД электрогенерирования 41 ...43 %. Переход к газотурбинному преобразованию энергии при температуре за газоохлаждаемым реактором около 900 °С позволяет повысить КПД электрогенерирования до 48...49 %.

В 2002 г. общее мировое производство электроэнергии всех работающих атомных энергоблоков (441 блок суммарной установленной электрической мощностью 359 ГВт) равнялось 2574 ТВт-ч (примерно 16% производимой электроэнергии и 6 % мирового топливно-энергетического баланса).

Теплоснабжение с использованием атомных энергоисточников в настоящее время (при его ограниченных объемах) является достаточно подготовленным в техническом отношении, и его практическая реализация рассматривается как имеющая особое значение при замещении органического топлива ядер-ным. Применение ядерной энергетики в целях теплоснабжения населенных пунктов и промышленности началось практически одновременно с производством электричества ядерны-ми энергетическими реакторами.

Существуют три способа централизованного теплоснабжения от атомного источника:

атомная тепловая электростанция (АТЭЦ) для комбинированной выработки электроэнергии и теплоты в одном агрегате;
атомные котельные, служащие только для производства пара низкого давления и горячей воды (способ реализован в достаточно малых масштабах);
использование теплофикационных возможностей конденсационных АЭС для получения теплоты.

Отпуск теплоты для отопления производят все АЭС России и стран СНГ, а также многие зарубежные (Болгария, Венгрия, Германия, Канада, США, Швейцария и др.). В соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 г.» производство тепловой энергии в России с использованием атомных источников увеличится с 6 млн Гкал в 1990 г. до 15 млн Гкал в 2020 г. Рост производства тепловой энергии предполагается за счет создания технических возможностей передачи тепловой энергии от АТЭЦ и действующих АЭС. При этом факторами, влияющими на экономическую эффективность теплоснабжения с использованием атомного энергоисточника, являются тип реакторной установки и капиталовложения в нее, концентрация тепловых нагрузок пользователей, протяженность магистральных тепловых сетей, а также сравнительные цены на ядерное и органическое топливо.

Использование тепловой энергии АЭС в промышленном масштабе в странах бывшего СССР было начато в конце 50-х гг. на Сибирской АЭС, где теплота использовалась для обогрева промышленных помещений и жилых домов. Высокая надежность и безопасность систем теплоснабжения была продемонстрирована на Билибинской АТЭЦ, работающей на Чукотке с 1974 г. Последний, четвертый, энергоблок был пущен в 1976 г. БиАТЭЦ - единственная в мире атомная станция, спроектированная для производства электроэнергии и теплоты для производственных и бытовых нужд Крайнего Севера в условиях вечной мерзлоты.

В России и за рубежом разработаны проекты реакторов средней и малой мощности, предназначенные только для теплофикационных целей - АСТ-500 (Россия), NHR-200 (Китай), SES-10 (Канада), Geyser (Швейцария и др.), а также для двухцелевого использования, т.е. для выработки теплоты и электричества -ВК-300, РУТА, АТЭЦ-200, АБВ, Саха-32 и КЛТ-40 (Россия), SMART (Республика Корея), CAREM-25 (Аргентина), MRX (Япония), ISIS (Италия).

Степень проработанности проектов варьируется от эскизного до рабочего. Для некоторых проектов построены и работают демонстрационные установки (SDR для SES-10, NHR-5 для NHR-200).

Теплота высокого температурного потенциала (до 1000 °С и выше), необходимая для химической промышленности, производства водорода, черной металлургии и других энергоемких технологий, может быть получена в охлаждаемых гелием реакторах. Реализация разработанных проектов таких реакторов и обеспечиваемых ими энерготехнологических комплексов технически реальна, но при современной стоимости органического топлива предпочтение отдается традиционным технологиям, использующим это топливо.

Опреснение. Одной из значительных и перспективных областей применения реакторов малой и средней мощности может стать опреснение морской воды и других сильно минерализованных и засоленных вод (шахтных и т.п.). Крупномасштабное производство пресной воды на основе применения ядерной энергии впервые было освоено в СССР. В 1973 г. в Казахстане был введен в эксплуатацию крупный промышленный водоопреснительный комплекс с быстрым реактором БН-350 с жидкометаллическим (натриевым) теплоносителем.

Многолетний опыт эксплуатации этого комплекса, многочисленные отечественные и зарубежные проектные проработки опреснительных установок с различными типами реакторов, детальное изучение проблемы в рамках исследовательских программ Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) позволяют считать ядерные реакторы экономически перспективными источниками энергоснабжения опреснительных установок, обеспечивающими возможность производства пресной воды на обширных территориях с децентрализованным энергоснабжением, что характерно для многих вододефицитных районов мира.

Транспортные энергетические установки. Судовые и корабельные ядерные установки были спроектированы и построены в России, США, ФРГ, Японии, Великобритании, Франции, Китае. Первое в мире атомное гражданское судно - атомный ледокол "Ленин" -было построено в 1959 г., а далее введена в эксплуатацию серия атомных ледоколов ("Арктика", "Сибирь", "Россия", "Советский Союз", "Таймыр", "Вайгач", "Ямал") и контейнеровоз-лихтеровоз "Севморпуть". Опыт гражданского атомного судостроения в других странах (США - "Саванна", 1962 г.; ФРГ - "Отто Ганн", 1968 г.; Япония - "Муцу", 1974 г.) был несравненно меньшим.

Суммарная безаварийная работа ЯЭУ на российских ледоколах и лихтеровозе превысила 160 реакторо-лет; наработка оборудования на первых ЯЭУ составила более 100... 120 тыс.ч с сохранением работоспособности. За 35 лет эксплуатации атомных ледоколов и 9 лет эксплуатации "Севморпути" на них не было ядерно- или радиационно опасного инцидента, который привел бы к срыву рейса, облучению персонала или отрицательному воздействию на окружающую среду. Не отмечалось случаев профессионального заболевания, связанного с работой на реакторной установке.

Первые атомные подводные лодки были построены и переданы флоту в США в 1954 г., в России - в 1958 г. Впоследствии подводные лодки начали строить в Великобритании, Франции и Китае (соответственно 1963, 1971 и 1974 гг.). В России в период с 1957 г. по 1995 г. построена 261 атомная подводная лодка; основная часть АПЛ имеет по два ядерных реактора.

В условиях ограничения и сокращения вооружений на повестку дня поставлены задачи создания эффективной технологии утилизации снятых с эксплуатации атомных подводных лодок, а также - выбора и экономического обоснования новых областей применения эффективных технологий судовых ядерных энергетических установок. Среди последних лидируют:

плавучие атомные электростанции для снабжения электроэнергией и теплотой отдаленных регионов, не имеющих централизованного энергоснабжения.

К ним относятся

северное и восточное побережья России, территории вдоль сибирских рек, некоторые островные страны Тихого океана и др.;
плавучие атомные энергоблоки для опреснения морской воды;
подводные аппараты для изучения Мирового океана, обследования затонувших судов, освоения придонных территорий, промышленной добычи железо-марганцевых конкреций и других полезных ископаемых со дна морей и океанов.

Освоение месторождения арктического континентального шельфа. В 90-е гг. прошлого века в России началась разработка проектов освоения месторождений арктического континентального шельфа. Общие (извлекаемые) запасы углеводородов на акватории Северного Ледовитого океана оцениваются в 100 млрд т у.т. Исследования российских проектных организаций показали возможность применения ядерной энергии для решения широкого круга задач энергообеспечения морского нефтегазового технологического цикла на арктическом шельфе. Появились проекты ядерного энергообеспечения добычи углеводородов на платформах в Баренцевом море, транспорта газа по подводным газопроводам на большие расстояния, крупнотоннажных подводных челночных танкеров (проекты атомного подводного ледокольного танкера КБ «Малахит», г. Санкт-Петербург; атомного подводного танкера для перевозки жидкого топлива из России в Японию, КБ «Лазурит», г. Нижний Новгород).

В рамках проекта освоения гигантского Штокмановского газоконденсатного месторождения выполнена оценка и показана возможность создания атомной подводной станции для перекачки природного газа по протяженным подводным газопроводам на большой глубине. В проектах новых установок использованы технические решения из обширного российского опыта проектирования и эксплуатации ЯЭУ с реактором с водой под давлением для Военно-морского флота и атомных ледоколов.

Ядерные энергетические установки на космических аппаратах могут использоваться как бортовые источники энергии или/и двигатели и имеют безусловные преимущества для космических ракетных кораблей при дальних межпланетных полетах, когда химические источники и/или поток солнечного излучения не могут обеспечить необходимую энерговооруженность экспедиции.

В России одним из основных направлений в разработке космических ЯЭУ является использование реакторов со встроенными в активную зону термоэмиссионными преобразователями - эффективных источников энергии для доставки космических аппаратов на геостационарную и другие энергоемкие орбиты с помощью электрореактивной двигательной установки (ЭРДУ).

Первые летные испытания космической ЯЭУ «Бук» мощностью 3 кВт(эл.) с термоэмиссионными преобразователями, разрабатываемой с 1956 г., прошли в октябре 1970 г. (ИСЗ «Космос-367»). До 1988 г., когда был запущен ИСЗ «Космос-1932», в космос было отправлено 32 ЯЭУ «Бук».

Проводившиеся с 1958 г. разработки термоэмиссионной ЯЭУ «Топаз» мощностью 5...7 кВт(эл.) с многоэлементными электрогенерирующими каналами (ЭГК) включали проведение (начиная с 1970 г.) ресурсных испытаний на мощности семи образцов ЯЭУ. Первый в мире космический запуск термоэмиссионной ЯЭУ состоялся 02.02.1987 г. в составе экспериментального космического аппарата «Плазма-А» (ИСЗ «Космос-1818», орбита высотой 810/970 км). ЯЭУ проработала в автономном режиме 142 сут, вырабатывая свыше 7 кВт электроэнергии. Второй пуск ЯЭУ «Топаз» был осуществлен 10.07.1987 г. (ИСЗ Космос-1867», орбита высотой 797/813 км). Эта установка проработала в космосе 342 сут, выработав более 50 тыс. кВт-ч электроэнергии.

Значительный объем исследований, проектных и конструкторских разработок, дореак-торных и реакторных испытаний выполнен для решения задачи создания ядерного ракетного двигателя (ЯРД) прямого действия, в котором водород, нагретый в активной зоне до температуры 2500...2800 К, расширяется в сопловом аппарате, обеспечивая получение удельного импульса около 850...900 с. Наземные испытания реакторов-прототипов подтвердили техническую возможность создания ЯРД с тягой несколько десятков (сотен) тонн.

Одной из наиболее предпочтительных схем применения ядерных реакторов в составе космических аппаратов является их использование для двух целей: на этапе вывода космических аппаратов с низкой околоземной орбиты на орбиту функционирования, как правило геостационарную, для электроснабжения маршевой ЭРДУ и на последующем этапе целевого использования - для энергопитания бортовой и функциональной аппаратуры космических аппаратов на конечной орбите.

В качестве нетрадиционного подхода к созданию ЯЭУ, предназначенной для работы в двух режимах со значительно различающейся электрической мощностью 100. ..150 кВт и 20...30 кВт со сроком службы до 15- 20 лет, ракетно-космической корпорацией «Энергия» предлагается новый принцип построения ЯЭУ. Для этого варианта предусмотрено разделение функций преобразования тепловой энергии в электрическую в транспортном режиме и режиме целевого использования космического аппарата между двумя соответствующими типами преобразователей: встроенным в активную зону реактора термоэмиссионным преобразователем, который применяется для энергопитания ЭРДУ (транспортный режим) и имеет короткий ресурс до 1,5 года, и размещенным вне активной зоны (для длительного энергопитания аппаратуры космического аппарата). Необходимая для функционирования энергия (в последнем случае) доставляется теплоносителем, нагреваемым в активной зоне реактора.

Прототипом термоэлектрического генератора рассматриваемой двухрежимной ЯЭУ может служить термоэлектрический генератор, разрабатывавшийся в США для установки SP-100 (ядерная энергоустановка на основе быстрого реактора, охлаждаемого литием, в которой кремний-германиевый термоэлектрический преобразователь планировался в качестве основного генератора энергии).

Исследовательские реакторные установки. По данным МАГАТЭ, на август 2000 г. в 60 странах мира находится в эксплуатации 288 исследовательских реакторов, их суммарная тепловая мощность составляет 3205 МВт (рис. В.2.1). Число действующих исследовательских реакторов в основных странах мира: Россия - 63, США - 55, Франция - 14, Германия- 14, Япония-20, Канада-9, Китай - 9, Великобритания - 3.324 исследовательских реактора остановлены и выведены из эксплуатации по причинам выработки ресурса основного технологического оборудования или завершения программ запланированных исследований. Из них по 21 реактору имеются проекты и выполняются работы по снятию с эксплуатации.

Рис. В.2.1. Число исследовательских реакторов в мире и их суммарная тепловая мощность

Получение изотопной продукции. Радиоактивные и стабильные нуклиды используются в составе различных приборов и установок, а также в качестве меченых соединений для научных исследований, технической и медицинской диагностики, лечения и изучения технологических процессов (табл. В.2.1 и В.2.2).

Радионуклиды получают путем облучения специальных материалов-мишеней в ядерных реакторах, а также на сильноточных ускорителях заряженных частиц - циклотронах и электронных ускорителях (табл. В.2.3, В.2.4).

Некоторые радионуклиды выделяют из облученного ядерного топлива как продукты деления. Ряд короткоживущих радионуклидов, предназначенных в основном для медицинских целей, получают непосредственно в клиниках с помощью так называемых генераторов короткоживущих нуклидов, которые представляют собой генетически связанные системы из двух нуклидов: долгоживущего (материнского) и короткоживущего (дочернего), который можно выделять по мере его накопления.

Промышленное применение подземных ядерных взрывов (ПЯВ) исследовалось с конца 1950-х гг. в основном в СССР и США. Впоследствии эта деятельность была регламентирована такими международными соглашениями, как договор «Об ограничении подземных испытаний ядерного оружия» (1974 г.); договор «О подземных ядерных взрывах в мирных целях» (1976 г.), а также Протоколом к последнему договору (1990 г.). В соответствии с этими соглашениями мощность каждого промышленного ПЯВ не должна превышать 150 кт. Суммарная мощность всех проведенных «мирных» ПЯВ не превышает 3...4 Мт.

В 1957 г. в Национальной Ливерморской лаборатории им. Лоуренса (США) по инициативе Э. Теллера и Г. Сиборга была разработана экспериментальная программа "Ploughshare" («Плужный лемех»), в рамках которой в период до 1973 г., когда эта программа была прекращена по техническим и экологическим соображениям, было проведено 27 ПЯВ. Возможными направлениями практического применения ПЯВ рассматривались: разработка нефтеносных сланцев в шт. Колорадо, углубление Панамского канала, сооружение гаваней на Аляске и на северо-западе Австралии, строительство канала через перешеек Кра в Таиланде и т.п.

Из 27 ПЯВ вне полигона в шт. Невада было проведено 4 ПЯВ. Из них наиболее удачным был взрыв 1967 г. с целью интенсификации добычи газа на месторождении в шт. Нью-Мексико, способствовавший 7-кратному увеличению давления в скважине. Успешными были также 5 ПЯВ на полигоне в шт. Невада, проведенные с экскавационными (на выброс грунта) целями.

Значительно более масштабный характер носило использование промышленных ПЯВ в СССР. Начиная с 15 января 1965 г., когда на Грачевском нефтяном месторождении в Башкирии успешно был проведен эксперимент по интенсификации с помощью ПЯВ притока нефти и газа на промысловых скважинах, по 1987 г. было проведено 115 ПЯВ (из них 81 -на территории России).

Их использовали для глубинного сейсмозондирования земной коры и мантии (39); интенсификации добычи нефти (20) и газа (1); сооружения подземных емкостей для углеводородного сырья (36); глушения аварийных газовых фонтанов на промыслах (5); экскавации грунта на трассе канала в связи с реализацией проекта переброски части стока северных рек европейской части России на юг (1 тройной ПЯВ); создания плотин (2) и водохранилищ (9); дробления рудных залежей (3); захоронения биологически опасных промстоков (2); предупреждения газовых выбросов в угольной шахте (1).

Предыдущее: ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ БАЛАНСЕ
Следующее: Топливный цикл ядерной энергетики

Категория: ЯДЕРНАЯ ТЕХНИКА

Вода — это химическое соединение водорода и кислорода. С наличием на нашей планете первого все ясно — из водородного облака родилась вся Солнечная система.

Но откуда взялся кислород и как появилась вода на Земле, до сих пор достоверно неизвестно.

Наша планета когда-то была раскаленным телом. В результате остывания появилась литосфера.

Водород среди земных химических соединений был изначально, появившись из протооблака, а кислород «прислали» в нашу систему звезды, существовавшие и погибшие задолго до возникновения Солнца.

Каждая из них выплеснула в космос большое количество сырья для новых миров.

В результате реакции двух химических элементов появилась парообразная вода. Она выходила из трещин в планете и заполняла собой пространство. Охлаждаясь, пар образовывал облака. Когда температура во вновь рожденной атмосфере снизилась, содержащийся в облаках пар превратился в жидкую воду, пошли дожди.

Ливни шли несколько тысячелетий, заполнив все выемки на земной тверди и образовав протоокеан.

Считается, что некогда Земля была расплавленным огненным шаром, который, излучая тепло в пространство, постепенно остывал. Появилась первородная кора, возникли химические соединения элементов и среди них соединение водорода с кислородом, или, проще говоря, вода. Credit: историиземли.рф/in-space.

Холодное происхождение Земли

Приверженцы этой теории утверждают, что планета родилась уже холодной.

Однако наличие в центре Земли раскаленного ядра доказывает, что в силу каких-то причин, например из-за распада радиоактивных элементов, в недрах планеты начала подниматься температура.

Холодная версия с последующим разогревом

Сначала наша планета была холодной, затем стала раскаляться, что вызвало вулканизм. Магма выносила из недр на поверхность водяной пар, который уже содержался в протоматерии, образовывавшей Землю.

Часть пара остывала, становилась жидкой и заполняла океаническую чашу, а часть стала будущей атмосферой.

Разогрев Земли стал причиной вулканической деятельности. Извергаемая вулканами лава выносила на поверхность планеты пары воды. Часть паров, конденсируясь, заполняла океанические впадины, а часть образовала атмосферу. Credit: историиземли.рф/brezhnevnews.

Гипотеза английского астрофизика Хойла

Британский ученый утверждал, что конденсация первичного водородного облака проходила по-разному во всех зонах Солнечной системы, в первую очередь из-за разницы температур:

Непосредственно около светила конденсировались металлы, потому что солнечного тепла хватало, чтобы расплавить даже такие тугоплавкие элементы.
Далее орбиты Сатурна температура была такова, что конденсировались там преимущественно водяные пары. Это объясняет водную природу транссатурновых объектов.

Но процесс происхождения дальних планетарных тел не был гладким. По какой-то причине вырванные из них глыбы льда полетели в направлении ближних планет. Часть объектов таяла по дороге, но крупные экземпляры не успевали растаять под воздействием лучей Солнца, долетали до Земли, оседали в ее атмосфере ледяными каплями, превращаясь в дожди.

Математическими расчетами Хойл доказал, что таких осадков было достаточно, чтобы за несколько миллионов лет образовать океаны.

В процессе формирования внешних планет имело место гравитационное «выталкивание» глыб льда в область внутренних планет. Огромные глыбы, не успев полностью испариться от солнечных лучей, достигали Земли и падали на нее в виде с ледяного «дождя». Credit: photo.nationalgeographic.fr/историиземли.рф.

Вода появилась из космоса

Из глубин космоса на Солнечную систему постоянно направлены потоки ионов — это доказанный факт.

Фото и видео подобных ионных ливней предоставляли космическая обсерватория «Хаббл» и межпланетные исследовательские станции. Большой объем в таких потоках занимают протоны, являющиеся с химической точки зрения ядрами атомов Н+, точнее протия — легкого водородного изотопа, не имеющего электрона.

Проливались ионные дожди и много миллиардов лет назад. Достигая верхних слоев земной атмосферы, они захватывали электроны и превращались в чистый водород, который тут же вступал во взаимодействие с кислородом и образовывал воду. А она изливалась на поверхность Земли в виде осадков.

Расчеты показывают: таким образом может быть образовано всего 1,5 т воды ежегодно. Но за миллионы и миллиарды лет космическая вода на планете могла создать Мировой океан.

Лёд, находящийся в межзвёздном пространстве богат дейтерием . Учёные давно подозревали, что именно он является источником воды в нашей Солнечной системе. Но молодая планетная система была настолько полна ионизирующего излучения, что любой попадающий в неё лёд должен был расплавиться и перейти в состояние воды. Credit: Bill Saxton, NSF/AUI/NRAO.

Расширение планеты и дрейф материков как причина образования воды

250 млн лет назад существовал 1 сверхконтинент, который впоследствии разделился на части, начавшие двигаться друг от друга так, что между ними образовались широкие проемы, ставшие впоследствии океанами.

Это явление может объяснить гипотеза расширения Земли. Сторонники версии утверждают, что первоначально наша планета была в обхвате в 2 раза меньше, чем сейчас, и материки, вначале слитые воедино, могли полностью ее опоясать. Затем космическое тело начало расширяться, и в едином материке появились трещины — будущие океанические впадины.

С тех пор Земля продолжает расширяться — это доказали последние исследования с применением сверхточных атомных измерительных приборов.

Ученые определили, что:

средняя полоса России смещается в восточном направлении со скоростью 1 см в год;
Германия при этом остается неподвижной.

С такой скоростью всего за 20 млн лет (это маленький срок с геологической точки зрения) на месте Европы может появиться новый океанический пролив шириной 4 тыс. км.

Одна из версий, почему расширяется планета, — активное участие в данном процессе водорода. Земля, окружающие ее планеты, кометы и иные небесные тела состоят из этого химического элемента более чем на 95%.

К нам водород пришел в момент рождения Протоземли вместе с первичным облаком, среди атомов которого были и металлы, отличающиеся способностью поглощать водород в большом количестве, в тысячи раз больше, чем свой размер. И чем больше это поглощение, тем металл активнее уплотняется.

По мере того как пылевое облако становилось плотнее, давление внутри будущей Земли росло, небесное тело разогревалось.

Максимальное сжатие было в его центральных областях, и в какой-то момент температурные показатели в земном ядре достигли критических значений, вызвав обратный процесс — водород начал выделяться из металлов. Ядро резко расширилось, и верхние земные слои не выдержали — треснули.

Континенты мира когда-то были одним огромным суперконтинентом под названием Пангея. Единый материк, при расширении Земли (250-300 млн. лет назад), дал трещины, которые, наполнившись водой, превратились в океаны. Credit: sharejunkies.com/nauka.vesti.

Океан внутри планеты — земное происхождение воды

Это вариация версии, что Земля появилась холодной, а после начала разогреваться. В недрах образовался водяной пар, но с окружающим веществом он в реакции не вступал — мешала высокая температура. Пар накапливался и затем под давлением поступал в прохладные верхние слои планеты.

Там он:

взаимодействовал с минералами;
остывал, превращаясь в воду;
разрывал горные породы.

Возникли пустоты, которые заполнила жидкость, вышедшая через увеличивающиеся трещины на поверхность и образовавшая протоокеан.

Процесс продолжался не одно тысячелетие. Оставшаяся в коре влага взаимодействовала с кислотами и щелочами, постепенно превращаясь в соленый раствор.

Жидкость неумолимо растекалась под основаниями тверди, но в кору проникнуть не могла из-за мелкопористой структуры основной горной породы — гранита. Поры задерживали взвеси, забивались, и тектоническая плита начинала выполнять функцию защитного экрана, который преградил путь воде.

Если эта теория верна, на глубине от 12 до 20 км под континентами и сейчас плещется соленый океан.

Доказательством гипотезы служит резкое увеличение скорости тектонических колебаний на этой глубине, как будто по линии смены химико-физических свойств материи.

В пользу версии говорит и продолжающийся до сих пор дрейф материков. Возможно, под днищами континентальных плит находится нечто, играющее роль масляной пленки, способствующей движению и уменьшающей трение.

Большую часть нашей планеты — 79 % — занимает вода, и даже если углубиться в толщу земной коры, то в трещинах и порах можно обнаружить воду. Кроме того, все известные на Земле минералы и живые организмы имеют в своем составе воду.

Велико значение воды в природе. Современные научные исследования воды дают возможность рассматривать се как уникальное вещество. Она участвует во всех физико-географических, биологических, геохимических и геофизических процессах, происходящих на Земле, является движущей силой многих глобальных процессов на планете.

Вода вызвала на Земле такое явление, как круговорот воды — замкнутый, непрерывный процесс перемещения воды, охватывающий все важнейшие оболочки Земли. Движущей силой круговорота воды служит солнечная энергия, вызывающая испарение воды (с океанов в 6,6 раза больше, чем с суши). Поступившая в атмосферу вода переносится воздушными течениями в горизонтальном направлении, конденсируется и под действием силы тяжести падает на Землю в форме осадков. Одна часть их через реки поступает в озера и океан, а другая — идет на увлажнение почвы и пополнение подземных вод, которые принимают участие в питании рек, озер и морей.

В годовой круговорот вовлечено 525,1 тыс. км 3 воды. В среднем за год на нашей планете выпадает 1030 мм осадков и примерно столько же испаряется (в объемных единицах 525 000 км 3).

Равенство между количеством воды, поступающим на поверхность Земли с осадками, и количеством воды, испаряющей с поверхности Мирового океана и суши, за одинаковый период времени называется водным балансом нашей планеты (табл. 19).

Таблица 19. Водный баланс Земли (по М. И. Львовичу, 1986)

Для испарения воды требуется определенное количество тепла, которое освобождается при конденсации водяного пара. Следовательно, водный баланс тесно связан с тепловым балансом, при этом влагооборот равномерно распределяет тепло между его сферами, а также регионами Земли, что имеет большое значение для всей географической оболочки.

Огромно значение воды и в хозяйственной деятельности. Невозможно перечислить все сферы деятельности человека, в которых используется вода: бытовое и промышленное водоснабжение, орошение, получение электроэнергии и многие другие.

Крупнейший биохимик и минералог академик В. И. Вернадский отмечал, что вода стоит особняком в истории нашей планеты. Только она может пребывать на Земле в трех агрегатных состояниях и переходить из одного в другое (рис. 158).

Вода, находящаяся во всех агрегатных состояниях, образует водную оболочку нашей планеты - гидросферу.

Так как вода содержится в литосфере, атмосфере и в разных живых организмах, определить границы водной оболочки очень сложно. Кроме того, существуют два толкования понятия «гидросфера». В узком смысле гидросфера — это прерывистая водная оболочка Земли, состоящая из Мирового океана и внутри- материковых водоемов. Второе толкование — широкое — определяет ее как непрерывную оболочку Земли, состоящую из открытых водоемов, паров воды в атмосфере и подземных вод.

Рис. 158. Агрегатные состояния воды

Пары воды в атмосфере называются рассеянной гидросферой, а подземные воды — погребенной гидросферой.

Что касается гидросферы в узком смысле, то чаще всего за ее верхнюю границу принимают поверхность земного шара, а нижнюю границу проводят по уровню подземных вод, который находится в осадочной рыхлой толще земной коры.

При рассмотрении гидросферы в широком смысле ее верхняя граница располагается в стратосфере и весьма неопределенна, т. е. лежит выше географической оболочки, не выходящей за пределы тропосферы.

Ученые утверждают, что объем гидросферы составляет примерно 1,5 млрд км 3 воды. Подавляющая часть площади и объема воды приходится на Мировой океан. В нем заключено 94% (по другим данным 96 %) объема всей воды, содержащейся в гидросфере. Около 4 % составляет погребенная гидросфера (табл. 20).

Анализируя объемный состав гидросферы, нельзя ограничиваться одной количественной стороной. При оценке компонентных частей гидросферы следует учитывать ее активность в круговороте воды. С этой целью известный советский гидролог, доктор географических наук М. И. Львович ввел понятие активности водообмена , которое выражается числом лет, необходимых для полного возобновления объема.

Известно, что во всех реках на нашей планете одновременный объем воды невелик и составляет 1,2 тыс. км 3 . При этом русловые воды полностью обновляются в среднем каждые 11 дней. Почти такая же активность водообмена свойственна рассеянной гидросфере. А вот подземным водам, водам полярных ледников иокеана для полного обновления требуются тысячелетия. Активность водообмена всей гидросферы составляет 2800 лет (табл. 21). Самая низкая активность водообмена у полярных ледников — 8000 лет. Поскольку в данном случае замедленный водообмен сопровождается переходом воды в твердое состояние, массы полярных льдов составляют законсервированную гидросферу.

Таблица 20. Распределение водных масс в гидросфере

Части гидросферы	Доля в мировых запасах, %
Части гидросферы	от общих запасов воды	от запасов пресных вод
Мировой океан
Подземные воды
Ледники и постоянный снежный покров
в том числе в Антарктиде
Подземные воды в зоне многолетнемерзлых пород



в том числе пресные озера
Вода в атмосфере
Общие запасы пресных вод
Общие запасы воды

Таблица 21. Активность водообмена гидросферы (но М. И. Львовичу, 1986)

* С учетом подземного стока в океан, минуя реки: 4200 лег.

Таблица 21. Активность водообмена гидросферы (по М. И. Львовичу, 1986)

Гидросфера прошла длинный путь эволюции, неоднократно меняясь по массе, соотношению отдельных частей, движению волы, соотношению растворенных газов, взвесей и других компонентов, изменения которых записаны в геологической летописи, далеко не полностью расшифрованной.

Когда же на нашей планете появилась гидросфера? Оказывается, она существовала уже в самом начале геологической истории Земли.

Как мы уже знаем, приблизительно 4,65 млрд лет назад возникла Земля. Древнейшие найденные горные породы достигают возраста 3,8 млрд лет. Они сохранили на себе отпечатки одноклеточных организмов, которые проживали в водоемах. Это позволяет судить о том, что первичная гидросфера появилась не позднее 4 млрд лет назад, однако она составляла только 5-10 % современного ее объема. Согласно одной из самых распространенных на сегодняшний день гипотез, вода при образовании Земли появилась путем выплавления и дегазации вещества мантии (от лат. отрицат. частицыde и франц.gaz — газ) — удаление растворенных газов из мантии. Скорее всего, первоначально большую роль сыграла ударная (катастрофическая) дегазация вещества мантии, вызванная падением на Землю крупных метеоритных тел.

Первоначально возрастание объема поверхностной гидросферы протекало очень медленно, так как значительная часть воды расходовалась на другие процессы, в том числе на присоединение воды к минеральным веществам (гидратацию, от греч. hydro — вода). Объем гидросферы стал интенсивно расти после того, как темпы выделения связанных в горных породах вод превысили темпы их аккумуляции. Одновременно с этим шло поступление в гидросферу ювенильных вод (от лат.juvenilis - юный) — goдзcмныx вод, образовавшихся из кислорода и водорода, выделяющихся из магмы.

Вода и сейчас выделяется из магмы, попадая на поверхность нашей планеты при извержении вулканов, при образовании земной коры океанического типа в зонах растяжения литосфсрных плит, и так будет происходить еще многие миллионы лет. Объем гидросферы сейчас продолжает нарастать со скоростью около 1 км 3 воды в год. В связи с этим предполагают увеличение объема водной массы Мирового океана в течение ближайшего миллиарда лет на 6-7 %.

Исходя из этого еще совсем недавно люди были уверены, что запасов воды хватит навсегда. Но на самом деле в связи со стремительными темпами потребления количество воды резко сокращается, и ее качество также резко уменьшилось. Поэтому одной из важнейших проблем на сегодняшний день является организация рационального использования вод и их охрана.