История атомного века

История атомного века началась, естественно, ранее августа 1945 г. когда известие о катастрофы Хиросимы потрясла мир. В развитие ядерной физики, овладение тайнами ядерной энергии занесли собственный вклад такие учёные, как Альберт Эйнштейн, Нильс Бор, Макс Планк, Эрнест РезеРФорд и другие, заложившие крепкий фундамент науки об атомах. Целая плеяда выдающихся ученых из различных государств мира сделала стройное учение об атоме. Если расположить в хронологическом порядке все важные открытия и работы, приведшие к расщеплению ядра атома, то история овладения ядерной энергией будет смотреться последующим образом.

В 1938 г. О. Ган и Ф. Штрассман, повторяя опыты Ферми, обнаружи­ли, что в облученном нейтронами уране возникают элементы, стоящие посреди повторяющейся системы частей Менделеева и что при попа­дании нейтрона в ядро урана ядро разваливается — делится па два мень­ших ядра.

Список научных открытий в области ядерной физики можно было бы продолжить и далее, но все это можно отыскать в других научных и научно-популярных книжках. Тут же хочется выделить, что период с 1930 два по 1940 г. был очень плодотворным для русских физиков. Работы И. В. Курчатова, Я. И. Френкеля, Ю. Б. Харитона, Я. Б. Зельдовича, Д. Д. Иваненко, Г. Н. Флерова, К. А. Петржака, о которых говорилось выше, также А. И. Алиханова. А. И. Алиханяна, Л. А. Арцимовича, Д. В. Скобельцына, В. Г. Хлопина, Л. В. Мысовского, также работы Н. Н. Семенова по исследованию механизма хим реакций и теории разветвленных цепных хим. реакций и многих других российских ученых приблизили практическое воплощение цепной реакции деления ядер урана. В этот период русские ученые опублико­вали более 100 работ по ядерной физике. Коллективы институтов в Ленин­граде, Москве, Харькове, Свердловске выполнили много увлекательных работ, приоткрывших тайну цепной реакции деления ядер атомов.

В истории населения земли не было научного действия, более известного по своим последствиям, чем открытие деления ядер урана и овладения ядерной энергией. Человек получил в свое распоряжение гигантскую, ни с чем же не сравнимую силу, новый могучий источник энергии, заложенный в ядрах атомов.

Начало ядерной физике положила размещенная в декабре Одна тыща восемьсот девяносто 5 работа В. Рентгена «О новеньком роде лучей». Он именовал их Х — лучами, потом они получили заглавие рентгеновских.

В 1896 году А. Беккерель открыл, что урановая руда испускает невидимые лучи, владеющие большой проникающей способностью. Позже это явление было названо радиоактивностью.

В 1898 г. М. Склодовская и П. Кюри выделили несколько сотых грамм нового вещества — элемента, который источал — частички. Они окрестили его полонием. В декабре этого же года они открыли новый элемент — радий

В Одна тыща девятьсот одиннадцать г. Э. РезеРФорд предложил планетарную модель атома. Он обосновал, что практически вся масса атома сосредоточена в его ядре.

В 1913-м году Нильс Бор сделал модель атома водорода и теорию строения атома. С сих пор началось резвое развитие квантовой теории фактическое рождение атомной физики.

В 1932 г. Дж. Чедвик нашел не имеющую электронного заряда нейтральную ядерную частичку — нейтрон, сыгравший потом роль ключа к большой ядерной энергетике.

С теплоносителем связаны особенные трудности, так как это единствен­ный элемент в реакторе, который повсевременно находится в движении как снутри активной зоны реактора, так и вне его. Контактируя с актив­ной зоной, теплоноситель сам становится радиоактивным, потому боль­шинство систем энергетических реакторов имеет два либо даже три замкну­тых циркуляционных контура. К примеру, при двухконтурной термический схеме первичный теплоноситель конфискует тепло от реактора и через паро­генератор передает его вторичному теплоносителю, будучи связанным с жидкостью второго контура не прямо, а только через так называемое трубное место. Таким макаром радиоактивная жидкость первого контура на сто процентов изолируется от второго, передающего тепло (пар не­обходимых характеристик) турбинам. Исключение составляют реакторные системы с замкнутым контуром, у каких первичный теплоноситель (газ либо водяной пар) конкретно приводит в действие турбины

В 1933 г. И. и Ф. Жолио — Кюри открыли новый вид радиоактивности искусственную радиоактивность. Это сыграло исключительную роль в издании новых радиоактивных частей.

В 1934 г. Э. Ферми нашел, что при бомбардировке урана нейтронами образуются радиоактивные элементы. Итальянские исследователи приняли их за элементы более томные, чем уран, и окрестили трансура­новыми.

В 1934 г. С. И. Вавилов и П. А. Черенков открыли одно из фундамен­тальных физических явлений — свечение воды при движении в ней электронов со скоростью, превосходящей фазовую.

И, в конце концов, одним из важных критерий воплощения вполне контролируемой цепной реакции деления ядер атомов служит наличие средств управления ею, т. е. регулирования ее хода и скорости про­хождения.

В 1940 г. Г. Н. Флеров и К. А. Петржак открыли спонтанное деление ядер урана, т. е. обосновали, что ядра урана могут самопроизвольно распа­даться.

В 1940 г. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович предложили расчет цепной реакции деления ядер урана, установив, таким макаром, принципную возможность ее воплощения. В статье «Кинетика цепного распада ура­на» (Экспериментальная и теоретическая физика, 1940, т. 10) они писали: «. соединяя уран с субстанциями, владеющими малым сечением захвата (к примеру с тяжеленной водой), или обогащая уран изотопом U, которому приписывается распад под действием неспешных нейтронов, окажется вероятным создание критерий цепного распада урана средством раз­ветвляющихся цепей, при котором сколь угодно слабенькое облучение нейт­ронами приведет к массивному развитию ядерной реакции. ». И дальше «. мо­лярная теплота ядерной реакции деления урана в 5-Ю Семь раз превосходит теплотворную способность угля. ». Трудности ядерной физики издавна за­нимали мозги русских ученых. Еще в 1920 г. в стране была сотворена так именуемая Атомная комиссия. В 1932 г. в Ленинградском физико-техни­ческом институте была образована особая группа по ядру. Руково­дителем группы стал А. Ф. Иоффе, его заместителем — И. В. Курчатов.

В сентябре 1937 г. в Москве свершилась 2-ая всесоюзная конфе­ренция по атомному ядру, потом последовали совещания в 1938, 1939 и в 1940 гг. Обязательным устроителем и участником этих совещаний был И. В. Курчатов. На совещании по атомному ядру в ноябре 1940 г. Курча­тов дискуссировал определенные пути воплощения цепной ядерной реакции, делая упор, а именно, на теоретические расчеты Ю. Б. Харитона и Я. Б. Зельдовича. Речь шла о разработке уранового котла.

Начиная с 1935 г. русские ученые смогли приступить к научно-ис­следовательской работе в области ядерной физики на больших физиче­ских установках. Так, в 1935 г. в Ленинграде был пущен в эксплуатацию 1-ый на европейском материке электрический резонансный уско­ритель заряженных частиц — циклотрон на энергию 6 млн. электрон-вольт. В электрических полях циклотрона искусственно возрастает ско­рость движения частиц (электронов, протонов и др.) и соответственно растет их кинетическая энергия. Различают циклические ускорители, в каких частички движутся по линии движения, близкой к окружности — циклотроны, синхротроны, фазотроны, и линейные ускорители, в каких движение частиц осуществляется по траекториям, близким к прямой ли­нии. Потом по инициативе И. В. Курчатова началось проектирование, а позже и сооружение более большого циклотрона на Двенадцать МэВ. Но закон­чить его не удалось, введен в действие он был уже после Величавой Оте­чественной войны.

До 1940 г. все работы по ядерной физике обширно публиковались, уче­ные различных государств обменивались плодами собственных исследовательских работ на страничках многих научных журналов и на конференциях. С началом 2-ой мировой войны вся информация и обмен новыми данными были прекращены.

1-ый атомный реактор был пущен в США вторго декабря 1942 г. под управлением итальянского ученого Энрико Ферми. Атомная бомба была сотворена усилиями ученых многих государств мира, эмигрировавших в США во время 2-ой мировой войны. Ее испытание было проведено Шестнадцать июля 1945 г. в пустынной местности штата Нью — Мексико, а в августе 1945 г. две атомные бомбы были сброшены на японские города Хиросима и На­гасаки.

В Советском Союзе все работы, связанные с расщеплением атомного ядра, были прерваны с началом войны и вновь возобновились только в се­редине 1943 г. но уже в декабре 1946 г. в Москве на местности Инсти­тута атомной энергии (носящего на данный момент имя его основоположника И. В. Курча­това) был введен в действие 1-ый в Европе и Азии исследовательский атомный реактор. В августе 1949 г. было проведено испытание атомной бомбы, а в августе 1953 г. — водородной. Русские ученые обуяли тай­нами ядерной энергии, лишив США монополии на ядерное орудие.

История атомного века

Но создавая ядерное орудие, русские спецы задумывались об исполь­зовании ядерной энергии в интересах народного хозяйства, промышлен­ности, науки, медицины и других областей людской деятельности. В декабре 1946 г. в СССР был пущен 1-ый в Европе атомный реактор. В июне 1954 г. вошла в строй 1-ая в мире атомная электрическая станция в подмосковном городе Обнинске. В 1959 г. спущен на воду 1-ый в мире атомный ледокол «Ленин». Так, ядерная физика сделала научную базу атомной тех­нике, а атомная техника в свою очередь явилась фундаментом ядерной энергетики, которая, делая упор на ядерную науку и технику, стала в на­стоящее время развитой отраслью электроэнергетического производства.

Исторические решения XXVI съезда КПСС обусловили пути развития народного хозяйства страны на наиблежайшие годы и на далекую перспек­тиву. Был также намечен ход развития ядерной науки и техники, в том числе ядерной энергетики как полностью определившейся самостоятельной отрасли электроэнергетического производства.

Ядерная энергетика — очень юная ветвь науки и техники. 1-ая в мире атомная электрическая станция (АЭС) в г. Обнинске Калужской области вошла в строй всего четверть века вспять: 27 июня 1954 г. она выдала электронную энергию в Московскую энергосеть. За этот период времени ядерная энергетика выросла, возмужала и вышла на широкую дорогу промышлен­ного производства электронной энергии в почти всех странах мира — Со­ветском Союзе, США, Великобритании, Франции, Канаде, Италии, ФРГ, Стране восходящего солнца, Швеции, Чехословакии, ГДР, Болгарии, Швейцарии, Испании, Индии, Пакистане, Аргентине и др.

На январь 1981 г. в мире введено бо­лее Двести 50 атомных электрических станций (блоков) установленной мощностью около 100 40 млн. кВт. Ни одна ветвь техники не развивалась так стремительно, как ядерная энергетика. Обыденным электрическим станциям пригодилось 100 лет, чтоб достигнуть такового уровня инженерной техники и эксплуатации, какого достигнула уже к 1975 г. ядерная энергетика.

Ученые-атомщики, руководители соответственных компаний и ведомств по-разному представляют развитие ядерной энергетики, но в одном они сходятся: у нее отличные перспективы и в недалеком будущем на какое-то время она станет одним из главных источников получения энергии, в том числе электронной. Подразумевается, что уже в 1985 г. рост атомно-энергетических мощностей в мире достигнет 300 млн. кВт (некие экспер­ты считают эту цифру завышенной, беря во внимание энергетический кризис и некие политические происшествия).

На Х конгрессе Интернациональной энергетической конференции в Стамбуле в сентябре 1977 г. суммарная мощность АЭС в мире к 2000 г. определялась в 1300—1650 млн. кВт. По новым прогнозам ученых, удельный вес мировой ядерной энергетики к 2000 г. достигнет 25—30% (и даже 40%) общей выработки электронной энергии в мире. Такому росту ядерной энергетики содействует ряд событий: с одной стороны — уменьшение природных припасов органического горючего (газа, нефти, а в почти всех экономических районах и угля), их завышенная сернистость, зольность, вызывающая загрязнение среды при сжигании этих видов горючего, резкое удорожание и сложность их добычи и т. д. с другой — неизменный рост потребности населения земли в горючем и электроэнергии. При истощении припасов органического горючего исполь­зование ядерного горючего (урана, тория и плутония) — пока единствен­ный реальный путь надежного обеспечения населения земли так нужной ему энергией. Как понятно, при делении ядер урана и плутония выделяет­ся неограниченное количество энергии, внедрение которой позволяет созда­вать большие АЭС промышленного типа.

Уран обширно всераспространен в природе, но богатых по содержанию залежей урановых руд (как, скажем, железа либо угля) нет. Промышлен­ные урансодержащие руды имеют очень маленькую концентрацию: 0,1-0,5% и даже меньше 0,08-0,05%. Правда, встречаются богатые, уни­кальные месторождения с содержанием до 10%, но их сильно мало и за­пасы урана в их сравнимо невелики. В земной коре урана много, но он практически весь находится в рассеянном состоянии и не в фактически урановых, а в урансодержащих минералах, где он изомоРФно замещает торий, цирконий, редкоземельные элементы. Уран содержится и в гранитах, и в базальтах, но концентрация его там так мала (4-10

Поиск урана, и, главное, определение его припасов как очень ценного и принципиального стратегического сырья проводится в почти всех странах мира. В капиталистических странах 1-ые три места по припасам и содержанию урана в рудах занимают Канада, ЮАР и США. По добыче 1-ое место занимают США, 2-ое Канада, третье ЮАР. В природе есть единственный изотоп урана, который может под­держивать цепную реакцию деления ядра урана — это уран-235. В одном акте деления ядра урана выделяется энергия на один атом в Двести млн. раз большая, чем при хоть какой хим реакции. Если б все изотопы в Один г урана подверглись делению, то выделилась бы энергия в 20 млн. ккал, что соответствует 23 тыс. кВт-ч термический энергии. Но в природном Уране очень тяжело получить самоподдерживающуюся цепную реакцию деления, потому что делящийся изотоп уран-235 в нем содержится в незна­чительном количестве—всего 0, 71%, а другие 99, 29% составляет не­делящийся изотоп уран-238. Потому создаются особые устройства — ядерные котлы, реакторы, в каких при определенных контролируемых критериях происходит самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер томных частей. Такие реакторы, имеющие в собственном составе ядер­ное горючее (горючее), особые виды замедлителя нейтронов, отра­жатель и охладитель, позволяют из неделящихся изотопов урана-238 либо тория-232 получать делящиеся изотопы урана-233 и новый вид ядерного горючего — плутоний-239, которые потом могут быть применены в ка­честве ядерного горючего.

Конкретно в образовании новых дополнительных количеств делящихся изотопов (а не только лишь в израсходовании загруженного в реактор горючего) заключается исключительная ценность и специфичная особенность ядер­ного горючего. Не считая обыденного воспроизводства, может быть так называе­мое расширенное, при котором образующегося ядерного горючего полу­чается больше, чем его потребляется (отношение числа получающихся атомов делящегося вещества к числу потребленных именуется коэффи­циентом воспроизводства). При помощи процесса воспроизводства ядер­ного горючего (за счет неделящихся изотопов урана либо тория) можно во много раз прирастить мировые припасы ядерного горючего, что и пыта­ются выполнить введением в эксплуатацию реакторов на стремительных нейтронах.

Чтоб в системе, в этом случае в атомном реакторе, содержащей делящиеся изотопы, к примеру уран-235, могла поддерживаться цепная реакция, нужно выполнение ряда критерий. Во-1-х, масса деля­щегося вещества должна быть не меньше критичной, т. е. система должна содержать уран-235 в количестве, достаточном для того, чтоб в среднем один нейтрон из числа получающихся при каждом акте деления ядра сумел бы вызвать последующий акт деления, до того как он покинет систему. Во-2-х, система, содержащая ядерное горючее, должна быть окружена материалом, который вроде бы улавливает выходящие из нее нейтроны и возвращает их назад, т. е. отражает. Вообщем в природе не существует материала, отражающего нейтроны конкретно в оборотном направ­лении. Принцип работы отражателя заключается в том, что попадающие в него нейтроны хаотично движутся по искривленным траекториям и, не испытывая захвата со стороны атомов отражателя, в конце концов частич­но (в безупречном случае до 50%) попадают назад в активную зону. Третье условие — это понижение вредного захвата нейтронов в неделящих­ся материалах системы, которые конкретно не участвуют в цепной реакции, но их ядерные свойства таковы, что требуют оптималь­ного решения в выборе соответственных материалов исходя из убеждений сохра­нения нейтронов.

В 1935 г. И. В. Курчатов с группой служащих открыли явление ядерной изомерии искусственных радиоактивных атомных ядер и разра­ботали теорию этого явления.

Природа размножения нейтронов и куцее время их жизни (немно­гим больше 10 мин) обусловливают фактически секундное изменение быстроты реакции даже при жалком изменении 1-го из характеристик. Неувязка регулирования процесса, происходящего в атомном реакторе, сводится к оперативному управлению ходом физической реакции, к мерам по поддержанию реактора может быть подольше в рабочем состоянии и к ме­рам аварийной защиты реакторной системы. При всем этом нужно под­держивать реактивность реактора на данном уровне. Если число воз­никающих нейтронов превосходит число поглощаемых, то мощность реак­тора вырастает, т. е. реактивность положительна. Если число возникающих нейтронов меньше числа поглощаемых, мощность реактора падает, т. е. ре­активность отрицательна. Если число возникающих и всасывающих нейт­ронов идиентично, реактивность реактора равна нулю, т. е. реактор работа­ет в стационарном установившемся режиме и его мощность неизменна. Особенное значение в энергетических реакторах имеет теплоноситель как средство остывания реактора и переноса тепла из его активной зоны, которое в итоге преобразуется в генерируемую реакторной систе­мой энергию.

В 1932 г. Д. Д. Иваненко предложил догадку строения атомного ядра из протонов и нейтронов.

Для защиты от нейтронов, гамма-излучений и высочайшей температуры в системе употребляются особые материалы, такие, как сталь (в том числе нержавеющая), свинец, обыденный бетон либо бетон с содержанием окислов железа (тяжкий) и т. д. которыми окружают реактор. Интен­сивность гамма-излучения ядерного реактора так высока, что ох­лаждение «защиты», всасывающей это излучение, вызывает суровые затруднения. Расположенные поближе к центру реактора защитные средства для отвода тепла нередко снабжаются каналами, по которым протекает теплоноситель. Во наружной части защиты нередко используют термический экран. Последний защитный слой предугадывает понижение уровня излуче­ния до величины, не приносящей вреда здоровью человека, — это так на­зываемая био защита

Все внутренние конструктивные элементы реактора (в том числе активная зона) заключены в крепко — плотный металлической корпус, который должен выдерживать внутреннее давление более 100 ат. чтоб при взрыве системы не вышло разрыва и выброса радиоактивных товаров деле­ния во внешнюю среду.

В текущее время в мире существует огромное количество реакторных систем. Теория и практика атомных реакторов движется по полосы усо­вершенствования, улучшения уже освоенных типов и сотворения новых ви­дов ядерных энергетических реакторов, внедрения новых видов тепло­носителей, замедлителей нейтронов, новых видов материалов для оболочек тепловыделяющих частей (твэлов) и т. д.

Систематизация атомных реакторов, имея в виду их обилие, уже довольно ясно вырисовывается. По размещению ядерного горючего различаются реакторы гетерогенного и гомогенного типов. В гетерогенных реакторах, получивших наибольшее распространение, ядерное горючее размещено в замедлителе в виде отдельных блоков. В гомогенных ядер­ное горючее находится в виде воды, раствора либо мелко размельчен­ного порошка, которые вполне смешиваются с жестким либо водянистым замедлителем. Ядерные реакторы также различаются по диапазону нейтро­нов (термические, резвые и промежные), по видам замедлителей (тя­желая вода, рядовая вода, графит, органика, гидрид циркония), по видам теплоносителей (томная вода, рядовая вода, органика, газ, водянистый ме­талл, в том числе натрий, и т. д.). Вероятны также разные комбина­ции меж ними.

В текущее время в различных странах мира для получения электроэнер­гии в большей степени употребляются энерго реакторы на термических нейтронах как более обыкновенные и освоенные. В многообещающем плане ядер­ной энергетики и строительства АЭС основное внимание отводится реак­торам на стремительных нейтронах, которые не только лишь обеспечивают себя ядер­ным топливом, да и копят его. Источниками нейтронов могут быть ускорители заряженных частиц, разные генераторы, ядерные реакторы и др. В ядерной энергетике употребляются реакторы — один из мощнейших источников нейтронов.

Теги: