Ядерная энергия

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях. Атомные электростанции, вырабатывающие эту энергию, производят 13–14% мирового электричества^[1]; при этом не прекращаются дебаты об её использовании^[2][3][4].

Энергия связи

Зависимость удельной энергии связи (приходящейся на один нуклон) от числа нуклонов в ядре

Зависимость энергии связи, приходящейся на один нуклон, от числа нуклонов в ядре приведена на графике.

Энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре колеблется, в среднем, в пределах от 1 МэВ у лёгких ядер (дейтерий) до 8,6 МэВ, у ядер среднего веса (А≈100). У тяжёлых ядер (А≈200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер среднего веса, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение лёгких ядер в более тяжёлые ядра даёт ещё больший энергетический выигрыш в расчёте на нуклон. Так, например, реакция соединения дейтерия и трития

₁D²+₁T³→₂He⁴+₀n¹

сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ, то есть 3,5 МэВ на нуклон^[5].

Высвобождение ядерной энергии

Известны экзотермические ядерные реакции, высвобождающие ядерную энергию.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. 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.

Другим способом высвобождения ядерной энергии является термоядерный синтез. При этом два ядра лёгких элементов соединяются в одно тяжёлое. Такие процессы происходят на Солнце.

Многие атомные ядра являются неустойчивыми. С течением времени часть таких ядер самопроизвольно превращаются в другие ядра, высвобождая энергию. Такое явление называют радиоактивным распадом.

Применение ядерной энергии

Ядерный взрыв.

Первый в мире атомный ледокол Ленин

Энергия деления ядер урана или плутония применяется в ядерном и термоядерном оружии (как пускатель термоядерной реакции). Существовали экспериментальные ядерные ракетные двигатели, но испытывались они исключительно на Земле и в контролируемых условиях, по причине опасности радиоактивного загрязнения в случае аварии.

На атомных электрических станциях ядерная энергия используется для получения тепла, используемого для выработки электроэнергии и отопления. Ядерные силовые установки решили проблему судов с неограниченным районом плавания (атомные ледоколы, атомные подводные лодки, атомные авианосцы). В условиях дефицита энергетических ресурсов ядерная энергетика считается наиболее перспективной в ближайшие десятилетия.

Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, используется в долгоживущих источниках тепла и бетагальванических элементах. Автоматические межпланетные станции типа «Пионер» и «Вояджер» используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Изотопный источник тепла использовал советский Луноход-1.

Энергия термоядерного синтеза применяется в водородной бомбе.

Примечания

1. ↑ World Nuclear Association. Another drop in nuclear generation World Nuclear News, 05 May 2010.
2. ↑ Union-Tribune Editorial Board The nuclear controversy. Union-Tribune (March 27, 2011). Архивировано из первоисточника 17 октября 2012.
3. ↑ James J. MacKenzie. Review of The Nuclear Power Controversy by Arthur W. Murphy The Quarterly Review of Biology, Vol. 52, No. 4 (Dec., 1977), pp. 467-468.
4. ↑ In February 2010 the nuclear power debate played out on the pages of the New York Times, see A Reasonable Bet on Nuclear Power and Revisiting Nuclear Power: A Debate and A Comeback for Nuclear Power?
5. ↑ Краткая энциклопедия «Атомная энергия», Государственное научное издательство «Большая советская энциклопедия», 1956 г.

См. также

• Атомная бомба
• Термоядерный синтез
• Радиоактивность

Ссылки

	Ядерная энергия на Викискладе?

Международные соглашения

• Декларация о предотвращении ядерной катастрофы (1981)
• Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии (Вена, 1986)
• Конвенция о ядерной безопасности (Вена, 1994)
• Конвенция о физической защите ядерного материала (Вена, 1979)
• Венская конвенция о гражданской ответственности за ядерный ущерб
• Объединённая конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и безопасности обращения с радиоактивными отходами

Литература

• Clarfield, Gerald H. and William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Military and Civilian Nuclear Power in the United States 1940—1980, Harper & Row.
• Cooke, Stephanie (2009). In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age, Black Inc.
• Cravens Gwyneth Power to Save the World: the Truth about Nuclear Energy. — New York: Knopf, 2007. — ISBN 0-307-26656-7
• Elliott, David (2007). Nuclear or Not? Does Nuclear Power Have a Place in a Sustainable Energy Future?, Palgrave.
• Falk, Jim (1982). Global Fission: The Battle Over Nuclear Power, Oxford University Press.
• Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations.
• Herbst, Alan M. and George W. Hopley (2007). Nuclear Energy Now: Why the Time has come for the World’s Most Misunderstood Energy Source, Wiley.
• Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report, German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety.
• Walker, J. Samuel (1992). Containing the Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993—1971, Berkeley: University of California Press.
• Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective, Berkeley: University of California Press.
• Weart, Spencer R. The Rise of Nuclear Fear. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1