Курсовая теория на тему Естественный ядерный реактор.

Содержание:

Введение 3

1. Теоретические основы ядерной энергетики 5

1.1. История развития ядерной энергетики 5

1.2. Строение и основные элементы ядерного реактора 6

1.3. Особенности ядерного реактора как источника теплоты 7

2. Роль ядерной энергетики в мире 8

2.1. Атомная энергетика и ее роль в экономике страны 8

2.2. Будущее ядерной энергетики 9

Заключение 10

Список литературы 12

Введение:

Физика — наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природы, строение и законы движения материи. Физику относят к точным наукам. Ее понятия и законы составляют основу естествознания. Границы, разделяющие физику и другие естественные науки, исторически условны. Принято считать, что в своей основе физика является наукой экспериментальной, поскольку открытые ею законы основаны на установленных опытным путем данных. Физические законы представляются в виде количественных соотношений, выраженных на языке математики. [7]

На сегодняшний день энергия атома широко используется: строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

Актуальность выбранной темы в том, что в наше время, когда все возрастающее потребление органических видов топлива, запасы которых, по некоторым прогнозам, истощатся уже в двадцать первом веке, наносит огромный вред окружающей среде. Поэтому на сегодняшний день ядерная энергия является самым концентрированным источником энергии, в миллионы раз превосходящим все другие известные источники энергии. Однако при использовании ядерного топлива возникает множество проблем, основной из которых является проблема безопасности.

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

Ядерная энергия выделяется при распаде или синтезе атомных ядер. Любая энергия — физическая, химическая, или ядерная проявляется своей способностью выполнять работу, излучать высокую температуру или радиацию. Энергия в любой системе всегда сохраняется, но она может быть передана другой системе или изменена по форме. [11]

Ядерный реактор – это специальный агрегат, при помощи которого вырабатывается энергия как следствие правильного поддержания контролируемой ядерной реакции. Использовать слово «атомный» в сочетании со словом «реактор» — допускается. Многие вообще считают понятия «ядерный» и «атомный» — синонимами, так как не находят между ними принципиальной разницы. Но представители науки склоняются к более верному сочетанию – «ядерный реактор».

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.

Цель данной работы – изучить естественный ядерный реактор

Исходя из поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть теоретические основы ядерной энергетики

• изучить роль ядерной энергетики в мире

Данная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.

Заключение:

Ядерная энергия — активно развивающаяся отрасль. Очевидно, что ему суждено большое будущее, поскольку запасы нефти, газа, угля постепенно высыхают, а уран является, довольно, распространенным элементом на Земле.

В последние годы рынок природного урана стабильно развивался. Основные игроки на нем — крупные уранодобывающие компании.

Проведенный анализ показал значительный рост спроса на природный уран и его производные, как в развитых, так и в развивающихся странах и несоответствие рыночного предложения текущим мировым потребностям. Дефицит природного урана, по прогнозам, будет увеличиваться, что непосредственно окажет влияние на развитие и движение рынка в целом.

На сегодняшний день недостаток урана компенсируется складскими запасами вторичного сырья, которые, по оценкам экспертов, будут истощены к 2020 году. Вместе с этим также произойдет массовое строительство новых АЭС в мире, что увеличит потребление уранового топлива и, как результат, приведет к росту цен на уран. Важнейшей проблемой ядерной энергетики продолжает оставаться проблема нераспространения. Снижение риска распространения, безусловно, будет одним из важных критериев при выборе перспективных топливных циклов. [10]

Для России существуют хорошие возможности удовлетворения растущего спроса в странах с новыми ядерными программами (КНР, Индия), планирующих наращивание реакторного парка и увеличение объемов производства ядерной энергии. Для удовлетворения спроса компаний из развитых стран Европы, Северной Америки, Азии (Япония, Южная Корея) Россия может стать одним из стабильных источников поставок природного урана.

Опыт создания и использования исследовательских реакторов обнаружил неудобства совмещения физических и технических экспериментов. Радиоактивные загрязнения, связанные с нарушением герметичности испытываемых твэлов, создают повышенный фон излучений и затрудняют проведение физических экспериментов; длительная работа реактора на малой мощности для физических экспериментов задерживает проведение технических исследований. Поэтому после РФТ последующие исследовательские реакторы в СССР строились для проведения определенного круга экспериментов.

В настоящее время основное направление развития ядерной промышленности — ядерная энергетика. Для её успешной конкуренции с традиционными источниками электричества необходимо:

• добиться полного использования энергетического потенциала добываемого сырья

• исключить аварии, требующие эвакуации и отселения населения, а также выводящих из хозяйственного использования большие территории

• осуществить радиационно-эквивалентное обращение ядерных материалов в топливном цикле с сохранением природного радиационного баланса. [10]

Итак, в целях ядерной энергетики используют ядерное топливо – материал, используемый в ядерных реакторах для проведения управляемой цепной реакции. Оно чрезвычайно энергоемко и небезопасно для человека, что накладывает ряд ограничений на его использование.

Фрагмент текста работы:

1. Теоретические основы ядерной энергетики

1.1. История развития ядерной энергетики

Энергетика — важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства.

В мире идет процесс индустриализации, который требует дополнительного расхода материалов, что увеличивает энергозатраты. С ростом населения увеличиваются энергозатраты на обработку почвы, уборку урожая, производство удобрений и т.д. [20]

Двадцатый век прошел под знаком освоения энергии нового вида, заключенной в ядрах атомов, и стал веком ядерной физики. Эта энергия многократно превышает энергию топлива, применявшуюся человечеством в течение всей его истории.

Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. Ядра урана, особенно ядра изотопа 235U, наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны.

Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициента размножения нейтронов. Эти реакторы получили название гетерогенных реакторов. Уже давно известен возможный вариант безопасной ядерной энергетики — освоение управляемого термоядерного синтеза. [4]

Однако, несмотря на принципиальную осуществимость этой программы, до сих пор перед исследователями стоят ещё не преодолённые технологические трудности. Для завершения программы исследований по управляемому термоядерному синтезу необходимы большие материальные вложения и значительное время. В то же время также достаточно давно известен и другой вариант безопасной энергетики, основанный на работе ядерного реактора в подкритическом режиме, для чего требуется облучение реактора потоком нейтронов. Эти нейтроны могут быть получены с помощью интенсивных пучков протонов или более тяжелых ядер. [6]

В последние годы работа в этом направлении значительно активизировалась как в область фундаментальных исследований, так и в разработке конкретных проектов установок, производящих энергию. Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии.

Природный ядерный реактор деления — это месторождение урана, в котором происходят самоподдерживающиеся цепные ядерные реакции. Природный уран состоит из смеси трех изотопов: U238 — 99,274%, U 235 — 0,72% и U234—0,006%. Все эти изотопы являются слабо радиоактивными; U238 является родоначальником ряда урана-радия, U235— ряда актино-урана (U 234 входит в ряд урана-радия). Уран имеет также ряд радиоактивных изотопов, не встречающихся в природе. [3]

Энергетики потребляют не природный уран, а обогащённый до 34-5% по 235U уран. Цена обогащённого урана, определяется затратами на разделение изотопов урана и на оплату исходного сырья, поставляемого на разделительный завод в виде UF6. На обогащение может поступать не только природный, но и регенерированный уран, извлеченный из ОЯТ. Этот уран может содержать 235U меньше или больше 0,711. При определении его цены усчитываются все затраты по хранению, транспортировке, радиохимической регенерации, хранению радиоактивных отходов, а также по превращению регенерированного урана в гексафторид.

Уран был открыт в 1783 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который выделил его из урановой смолки и назвал в честь недавно открытой планеты Уран. Как оказалось в дальнейшем, это был, собственно, не сам уран, а его оксид. Чистый уран — металл серебристо-белого цвета — был получен только в 1842 году французским химиком Эженом Мелькьором Пелиго.[12]

Новый элемент не обладал никакими замечательными свойствами и не привлекал к себе внимания вплоть до 1896 года, когда французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности солей урана. После этого уран сделался объектом научных исследований и экспериментов, но практического применения по-прежнему не имел. Когда в первой трети XX века физикам более или менее стало понятно строение атомного ядра, они, прежде всего, попробовали осуществить давнюю мечту алхимиков — постарались превратить один химический элемент в другой.[8]

Развитие атомной энергетики базировалось на сформировавшемся энергетическом секторе военно-промышленного комплекса – достаточно хорошо освоенных промышленных реакторах и реакторах для подводных лодок с использованием уже созданного для этих целей ядерного топливного цикла (ЯТЦ), приобретенных знаниях и значительном опыте. [6] Атомная энергетика, имевшая огромную государственную поддержку, успешно вписалась в существующую энергетическую систему с учетом присущих этой системе правил и требований.

Итак, в процессе быстрого развития атомной энергетики из двух основных типов энергетических ядерных реакторов – на тепловых и быстрых нейтронах – наибольшее распространение в мире получили реакторы на тепловых нейтронах.[18]