Ядерная энергетика
Автор naturalscience.ru   

С каждым годом человечеству требуется все больше и больше энергии. Ее можно получать различными способами. Самым простым из них является сжигание химического топлива (угля, газа, и т.д.). Более выгодным с энергетической точки зрения является использование так называемого ядерного топлива. Одно из них - уран, при делении ядер которого выделяется большая энергия. Одна из возможных реакций приведена в предыдущем параграфе.

В природе существуют изотопы урана с массовыми числами 235 и 238. Для осуществления цепной реакции пригоден только уран-235. Его содержание в руде, как правило, менее 1 %. Это не позволяет сразу использовать ее в качестве топлива. Поэтому сначала руда проходит процесс обогащения: долю урана-235 повышают до 5%. Из этого продукта уже изготавливают "ядерное топливо".

Для использования энергии деления ядер применяют различные типы ядерных реакторов. Один из них имеет следующую конструкцию. Защитный корпус 1 заполнен специальным веществом 2 - замедлителем нейтронов. В нем имеются вертикальные каналы, в которые опущены урановые стержни 3. Масса урана в каждом из них меньше критической, поэтому цепная реакция в отдельном стержне не может происходить. Однако их общая масса больше критической, что уже позволяет начаться цепной реакции. Для регулирования ее скорости между урановыми стержнями расположены подвижные стержни 4 из вещества, поглощающего нейтроны.


Тепловая энергия, выделяющаяся в ходе реакции внутри урановых стержней, передается теплоносителю - тяжелой воде, циркулирующей в первичном контуре 5 благодаря насосу 11. Вода этого контура находится под большим давлением. Она имеет температуру более 100 °С. Поэтому, проходя через теплообменник 6 и, отдавая энергию воде вторичного контура 7, она вызывает ее кипение.

Пар, образующийся в теплообменнике, вращает колеса турбины 8. После прохождения турбины пар попадает в резервуар 10, где охлаждается и превращается в воду. При помощи насоса 12 образовавшаяся вода вновь поступает в теплообменник. Пар и вода в резервуаре 10 охлаждаются проточной водой, поступающей из водохранилища. Турбина соединена с электрогенератором 9, вырабатывающим электроэнергию.

Перспективы ядерной энергетики связаны с принципиальной возможностью использовать энергию термоядерной реакции - реакции синтеза легких ядер. Основной трудностью при разработке установок для термоядерного синтеза является чрезвычайно высокая температура в зоне реакции. Поэтому плазму, в которой она протекает, удерживают сильным магнитным полем. Это делается для того, чтобы избежать контакта со стенками самого реактора. На сегодняшний день управляемая термоядерная реакция может продолжаться доли секунды. Это, безусловно, слишком малое время для практического использования энергии синтеза. Но сегодня новые открытия в физике позволяют смотреть на будущее управляемого термоядерного синтеза с оптимизмом.