Использование ядерных материалов в мирных целях | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Молодой учёный №22 (102) ноябрь-2 2015 г.

Дата публикации: 15.12.2015

Статья просмотрена: 268 раз

Библиографическое описание:

Сурков М. С. Использование ядерных материалов в мирных целях // Молодой ученый. — 2015. — №22.5. — С. 13-15. — URL https://moluch.ru/archive/102/23600/ (дата обращения: 22.10.2018).

 

Электроэнергетика России занимает существенное место в национальной экономике. В 1954 году в Советском Союзе вступила в строй первая в мире атомная электростанция мощностью 5000 кВт. Запущена она в 17 часов 45 минут 26 июня 1954 года в посёлке Обнинское Калужской области (в настоящее время город Обнинск), на базе «Лаборатории В». В декабре 2007 г. в соответствии с Указом Президента РФ была образована Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», объединяющая более 350 предприятий и научных организаций, в числе которых все гражданские компании атомной отрасли России, предприятия ядерного оружейного комплекса, научно-исследовательские организации и единственный в мире атомный ледокольный флот.

Доля выработки электроэнергии атомными станциями в России составляет около 16 % от всего производимого электричества. При этом в европейской части страны доля атомной энергетики достигает 30 %, а на Северо-Западе — 37 %. На сегодняшний день в России эксплуатируется 10 атомных электростанций (в общей сложности 33 энергоблока установленной мощностью 25,2 ГВт), которые вырабатывают около 16 % всего производимого электричества.

Принципиальная схема АЭС с водоводяным реактором представлена на рис. 1.

shema2

Рис. 1. Принципиальная схема АЭС с водоводяным реактором

 

Тепло, выделяющееся в активной зоне реактора, отбирается водой (теплоносителем) 1-го контура, которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом. Нагретая вода из реактора поступает в теплообменник (парогенератор), где передаёт тепло, полученное в реакторе, воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образующийся пар поступает в турбину. В проточной части турбины параметры пара постепенно уменьшаются, тепло превращается в механическую энергию ротора турбины, связанного с ротором электрогенератора. В электрогенераторе механическая энергия преобразуется в электрическую.

Использованиеядерныхматериалов, оборудованияиликомпонентов в мирных целях включает исследования и достижения в таких областях какпроизводствоэлектроэнергии, медицина,сельскоехозяйство, промышленность. Одним из проектов является плавучая атомная электростанция.

Плавучая атомная станция малой мощности (АСММ) состоит из гладкопалубного несамоходного судна с двумя реакторными установками КЛТ-40С ледокольного типа, разработанными ОАО «ОКБМ им. Африкантова». Длина судна — 144 метра, ширина — 30 метров. Водоизмещение — 21,5 тысячи тонн. Плавучая станция может использоваться для получения электрической и тепловой энергии, а также для опреснения морской воды. В сутки она может выдать от 40 до 240 тысяч тонн пресной воды. Установленная электрическая мощность каждого реактора — 35 МВт, тепловая мощность — 140 гигакалорий в час. Срок эксплуатации станции составит минимум 36 лет: три цикла по 12 лет, между которыми необходимо осуществлять перегрузку активных зон реакторных установок.

Атомный ледокольный флот России насчитывает 6 атомных ледоколов, 1 контейнеровоз и 4 судна технологического обслуживания. Его задача — обеспечивать стабильное функционирование Северного морского пути, а также доступ к районам Крайнего Севера и арктическому шельфу.

Ядерная медицина — это ветвь медицинской лучевой диагностики, в которой используется небольшое количество радиоактивного материала для диагностики и лечения различных заболеваний. Применение ядерных материалов позволяет исследовать практически все системы органов человека и находит применение в неврологии, кардиологии, онкологии, эндокринологии, пульмонологии и других разделах медицины.

В июне 2011 года ГК «Росатом» и компания Philips подписали соглашение о стратегическом партнерстве в области создания современного высокотехнологичного медицинского оборудования на территории Российской Федерации. Основная задача — это производство молибдена — 99, который генерирует короткоживущий изотоп технеций-99m — основной диагностический радионуклид современной ядерной медицины. C помощью 99mTc в настоящее время диагностируется большое количество заболеваний, в первую очередь онкологических и сердечно-сосудистых. Количество диагностических процедур ядерной медицины с использованием технеция-99m превышает 25 миллионов в год.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это диагностическое исследование ядерной медицины, позволяющее оценить работу (функцию) органов и тканей. Метод основан на введении в организм радиофармацевтических препаратов, испускающих энергию в виде гамма-лучей, которые во время исследования фиксируются гамма-камерой (датчиками, позитронно-эмиссионным сканером). Компьютер, который связан с позитронно-эмиссионным томографом измеряет количество радиоактивного вещества, поглощенного организмом, и, исходя из этого, строит изображения, сочетающие в себе данные о структуре и функции органов и тканей. Технеций-99m — короткоживущий изотоп (период полураспада 6 часов). При изомерном переходе в 99Tc он испускает только γ-кванты, что обеспечивает достаточную проникающую способность и значительно меньшую дозу облучения пациента по сравнению с другими изотопами.

Исследование действия ионизирующей радиации на биологические объекты в зависимости от дозы, мощности облучения и состояния облучаемого объекта послужило основой разработки и внедрения в сельское хозяйство радиационно-биологической технологии (РБТ). В качестве источников излучения используют гамма-установки с радионуклидами 60Со и 137Cs, ускорители электронов с энергией до 10 МэВ, а также источники излучения, связанные с ядерными реакторами (радиационные контуры, частично или полностью отработанные ТВЭЛы — радиоактивные отходы атомной энергетики).

Радиационные контуры и ТВЭЛы применяют в РБТ в настоящее время только для экспериментальных целей. Это связано с тем, что они должны быть расположены вблизи ядерных реакторов, хотя использование их как источников излучения одновременно могло бы решить вопрос утилизации отходов атомной промышленности.

В нашей стране для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области радиационно-биологической технологии создан целый ряд передвижной и стационарной техники. Передвижные гамма-установки типа «Колос», «Стебель», «Гамма-панорама» смонтированы на автомобилях или автоприцепах. Источником излучения у них служит 137Cs, запаянный в двойную ампулу из нержавеющей стали и находящийся за защитным экраном в нерабочем положении установки. «Колос» и «Стебель» предназначены для предпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур в условиях хозяйств, а «Гамма-панорама» — для облучения сельскохозяйственных растений и животных в целях селекции и стимуляции их роста и развития. Стационарные установки типа «Гамма-поле» и «Стерилизатор» с источником 60Со предназначены соответственно для длительного и разового облучения сельскохозяйственных растений в селекционной работе и для стерилизации в промышленных масштабах ветеринарных и медицинских материалов и инструментов.

Будущее космонавтики немыслимо без управления ядерными реакциями. Впервые ядерный реактор был выведен на орбиту в 1965 году. Американская установка SNAP-10A проработала 43 дня. Реактор на тепловых нейтронах использовал обогащенный до 10 % уран-235 в качестве горючего, гидрид циркония в качестве замедлителя и натрий-калиевый теплоноситель. Источник энергии мог выполнять возложенные на него задачи (в частности, питание ионного двигателя), но КПД составлял всего 1,5 %. Из 40 кВт выделяющейся энергии лишь 500–600 Вт переводилось в электрическую форму. SNAP-10А остался в истории как единственный энергетический ядерный реактор, не способный обеспечить работу обычного электрочайника. Советский космический реактор БЭС-5 «Бук», серийно производившийся с 1970 года, отличался чуть лучшими характеристиками.

БЭС-5 «Бук» была использована на спутнике радиолокационной разведки УС-А. В состав установки входил реактор на быстрых нейтронах БР-5А с тепловой мощностью 100 кВт. В качестве топлива использовался уран, в качестве теплоносителя — калий-натриевый расплав. Получение электрического тока обеспечивалось полупроводниковым термоэлектрическим генератором. От установки с выходной электрической мощностью 3 кВт питался бортовой радиолокатор бокового обзора. Всего с 1970 по 1988 было запущено 32 КА с этой установкой. Поскольку УС-А функционировали на низких орбитах высотой всего лишь 270 км, по окончании работы производилось отделение радиационно-опасной части аппарата и её увод на орбиту захоронения высотой около 1000 км. На такой орбите реактор может существовать сотни лет, прежде чем сойдёт с орбиты из-за торможения об атмосферу. Это позволяет иметь существенный запас времени для решения вопроса безопасной утилизации такого радиоактивного мусора.

В дальнейшем совершенствование реакторов космического назначения велось путем включения в конструкцию термоэмиссионного преобразователя, позволяющего повысить КПД, увеличить ресурс и уменьшить массу и габариты установки. В частности, количество урана-235 удалось снизить до 11,5 кг (против 30 кг у «Бука»), при этом электрическая мощность составила от 5 до 6,6 кВт (при тепловой 150 кВт).

В 1998 г. Правительство Российской Федерации приняло постановление «О концепции развития космической ядерной энергетики в России». Эта Концепция направлена на сохранение лидирующих позиций России в области космических ядерных технологий, высококвалифицированных кадров, уникальной экспериментальной и производственно-технологической баз, инфраструктуры научных центров и предприятий, которые осуществляют работы в данной области.

Изобретатель и руководитель компании LaserPowerSystems — Чарльз Стивенс представил концепт Thorium — проект автомобиля с двигателем, который работает на ядерной энергии. Идея создания автомобиля с использованием ядерной энергии была реализована еще в 2009 году. Cadillac представил концепт кар, использующий в качестве топлива радиоактивный металл, но это был лишь макет. Не было попыток воплотить в реальность проект ядерного реактора размерами и мощностью сопоставимыми с автомобильными характеристиками. Чарльз Стивенс и группа инженеров сумели разработать такой реактор. В концепте Thorium будет использоваться тяжелый слаборадиоактивный металл торий. По мнению ученых, один грамм этого элемента сможет заменить 7.5 тысяч галлонов бензина — около 30 тысяч литров.

Ранее торий рассматривался как альтернатива плутонию и урану. Однако работы с этим радиоактивным элементом были прекращены из-за невозможности использования его в военных целях. Исследователи из России, Индии, Китая и США все больше обращают внимания на торий. Элемент сложно использовать для создания ядерного оружия, но он вполне подходит как источник для мирной атомной энергии (мирный атом). Запасы тория в земной коре превышают запасы урана в три раза. Этот элемент содержится в десятках минералов, месторождения которых обнаружены в Индии, Австралии, Норвегии, США, Бразилии, Пакистане и других странах.

Ученые из LaserPowerSystems создали мини ядерный ректор. В ходе исследований они обнаружили, что лазер на основе тория не являет собой направленный луч света, как это случается обычно, а испускает мощные тепловые волны. Эта особенность и послужила основой для создания ядерного двигателя Thorium. Предполагается, что в основе системы будет находиться 250-киловаттный генератор весом около 230 килограмм, способный легко уместиться под капотом автомобиля.

Таким образом, бесспорна перспективность использования ядерных материалов в мирных целях — для ускорения вулканизации автомобильных покрышек, для производства полимерных материалов, при крекировании сырой нефти в бензин, для целей стерилизации медикаментов, обеззараживания зерна и зернопродуктов, предпосевного облучения семян и во многих других процессах. Это важное направление использования атомной энергии, дающее уже сейчас значительный экономический эффект. Такое многообразие областей использования атомной энергии в мирных целях делает необходимым создание большого числанаучно-исследовательских институтов и опытных установок, предназначенных для глубокого изучения всех аспектов этих проблем.

 

Литература:

 

  1. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Правила оценки соответствия оборудования, комплектующих, материалов и полуфабрикатов, поставляемых на объекты использования атомной энергии, НП-071–06.
  2. Федеральный закон от 21.11.1995 г. N 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии».
  3. http://www.rosenergoatom.ru
Основные термины (генерируются автоматически): Россия, ядерная медицина, атомная энергия, источник излучения, реактор, Российская Федерация, короткоживущий изотоп, водоводяной реактор, атомный ледокольный флот, атомная энергетика.


Похожие статьи

Будущее ядерной энергетики | Статья в журнале...

Ключевые слова: атомная энергетика, ядерные технологии, реактор, ядерная безопасность. Рост мировых потребностей в топливе и энергии при существенных ресурсных и экологических ограничениях традиционной энергетики обусловливает необходимость своевременной...

Атомная энергетика и освоение Арктики | Статья в журнале...

Ключевые слова: Арктика, атомная энергетика, АЭС, атомные ледоколы, ледовое судостроение.

Атомный ледокольный флот России состоит из двух больших судов — «Ямал» и «50 лет Победы», а также с ледоколов для мелководья «Вайгач» и «Таймыр».

Факторы неизбежного развития атомной энергетики

атомная энергетика, окружающая среда, США, модульный газоохлаждаемый реактор, ядерная энергетика, время, длительный период времени, атомная энергия, углеводородное топливо, ядерное топливо.

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых...

Использование атомной энергетики в сельском хозяйстве

Наряду с атомной энергетикой сложилась и развивается область неэнергетического

На протяжении последнего полувека атомная энергия нашла широкое применение в таких

В определенном диапазоне доз ядерные излучения обладают стимулирующим действием.

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

А́томная электроста́нция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор...

Решение проблем локального энергообеспечения регионов...

Реакторы малой мощности обладают большим потенциалом для освоения других перспективных для атомной энергетики частей рынка в удаленных или обособленных труднодоступных регионах...

Характеристика продуктов аварии при радиоактивном загрязнении...

Отличительной особенностью ядерных энергетических реакторов является то, что

Весьма важным источником активности теплоносителя всех реакторов являются продукты коррозии.

Использование ионизирующих излучений в промышленности, медицине и других областях. /

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Будущее ядерной энергетики | Статья в журнале...

Ключевые слова: атомная энергетика, ядерные технологии, реактор, ядерная безопасность. Рост мировых потребностей в топливе и энергии при существенных ресурсных и экологических ограничениях традиционной энергетики обусловливает необходимость своевременной...

Атомная энергетика и освоение Арктики | Статья в журнале...

Ключевые слова: Арктика, атомная энергетика, АЭС, атомные ледоколы, ледовое судостроение.

Атомный ледокольный флот России состоит из двух больших судов — «Ямал» и «50 лет Победы», а также с ледоколов для мелководья «Вайгач» и «Таймыр».

Факторы неизбежного развития атомной энергетики

атомная энергетика, окружающая среда, США, модульный газоохлаждаемый реактор, ядерная энергетика, время, длительный период времени, атомная энергия, углеводородное топливо, ядерное топливо.

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых...

Использование атомной энергетики в сельском хозяйстве

Наряду с атомной энергетикой сложилась и развивается область неэнергетического

На протяжении последнего полувека атомная энергия нашла широкое применение в таких

В определенном диапазоне доз ядерные излучения обладают стимулирующим действием.

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

А́томная электроста́нция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор...

Решение проблем локального энергообеспечения регионов...

Реакторы малой мощности обладают большим потенциалом для освоения других перспективных для атомной энергетики частей рынка в удаленных или обособленных труднодоступных регионах...

Характеристика продуктов аварии при радиоактивном загрязнении...

Отличительной особенностью ядерных энергетических реакторов является то, что

Весьма важным источником активности теплоносителя всех реакторов являются продукты коррозии.

Использование ионизирующих излучений в промышленности, медицине и других областях. /

Задать вопрос