Морохов И. Д.
ЯДЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
*** 1979 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемое учебное пособие составлено на основе нескольких курсов, читаемых авторами на протяжении ряда лет для студентов старших курсов инженерного физико-химического факультета Ленин градского технологического института им. Ленсовета. Из-за ограниченности объема часть лекционного материала при шлось сократить, видоизменить и переработать. Данное пособие является комплексным и поэтому не исчерпывает всех рассматриваемых в нем вопросов, а освещает только основные проблемы, связанные с состоянием и развитием химической ядерной технологии. Части I и II написаны доктором химических наук, профессором В. П. Шведовым. Части III и IV написаны доктором технических наук, профессором В. М. Седовым (гл. 12, 17—19, 21, 22) и кандидатом технических наук И. Л. Рыбальченко (гл. 13, 14—16, 20), часть V — И. Н. Власовым. Авторы выражают сердечную благодарность за труд по просмотру рукописи книги и ценные замечания члену-корреспонденту АН СССР, профессору Г. А. Ягодину, доктору технических наук, профессору Б. В. Громову, кандидату химических наук, доценту В. И. Савельевой и доктору химических наук, профессору Ю. В. Кузнецову, а также всем лицам, оказавшим содействие при оформлении настоящей книги. Авторы заранее благодарят читателей за все замечания, дополнения и пожелания. ВВЕДЕНИЕ Население земного шара в 1971 г. составляло 3,5 млрд. человек, по существующим прогнозам, к 2000 г. оно достигнет 6,0 млрд., а к 2100 г. — 20 млрд. Рост населения диктует необходимость интенсивного развития энергоресурсов, причем для удовлетворения возрастающих потребностей человечества коэффициент роста энергоресурсов должен увеличиться в 2000 г. в 6,66 раза, а в 2100 г. — в 106,6 раза по отношению к 1971 г. Развитие человечества неразрывно связано с использованием энергии. В течение многих тысячелетий главным ее источником была мускульная энергия человека. Использование пара и электричества обеспечило значительный научный и технический прогресс. Основным источником энергии в XIX веке и первой половине XX века являлось ископаемое топливо, запасы которого в земной коре не безграничны. Возможность технического использования ресурсов энергии, освобождаемой при делении ядер тяжелых элементов, изменила положение, существовавшее в начале века. Вопрос о топливной недостаточности, угрожавшей человечеству, был отодвинут на неограниченное время. Значение введения в эксплуатацию ресурсов ядерной энергетики не ограничивается лишь ликвидацией угрозы топливной недостаточности. Нельзя забывать, что уголь, нефть, газ и сланцы являются ценным сырьем для химической промышленности. Кроме того, благодаря высокой энергоемкости ядерного топлива становятся возможными его транспортировка и использование в районах земного шара, не имеющих традиционных топливных ресурсов. Применением ядерной энергии можно не только повысить уровень благосостояния людей, населяющих нашу планету, но и поднять человечество на новую, более высокую ступень развития. За ничтожно малый отрезок времени в истории существования человека сделаны крупные открытия, созданы многие предприятия на основе новой техники. Всего 80 с лишним лет отделяют нас от открытия в 1896 г. Анри Беккерелем явления радиоактивности, но человечество уже овладело» этим мощным источником энергии. О важности открытия радиоактивности для развития науки высказывались крупнейшие русские ученые (А. П. Соколов, Н. А. Умов, Л. А. Чугаев, И. А. Каблуков и др.). Огромную роль радиоактивности для развития физики, химии, геологии и минералогии еще в начале XX века подчеркнул академик В. И. Вернадский. Выступая 29 декабря 1910 г. на общем собрании Академии наук, он сказал: «Это открытие произвело огромный переворот в научном мировоззрении, вызвало создание новой науки, отличной от физики и химии, — учения о радиоактивности, поставило перед жизнью и техникой практические задачи совершенно нового рода, открыло горизонты возможностей, совершенно неожиданных и, казалось, навсегда для человечества закрытых. Благодаря открытию явлений радиоактивности мы узнали новый, негаданный источник энергии». В дореволюционной России исследования в области радиоактивности проводились учеными в различных местах, но они были недостаточно координированы и не имелось средств для более Широкого их развития. Только после Великой Октябрьской социалистической революции работы по радиоактивности были объединены и организационно связаны между собой. К началу второй мировой войны Советский Союз имел ряд научных центров, в которых велись исследования в области ядерной физики и радиохимии. Основными центрами являлись Физико-техническйй институт, основанный в 1918 г. и переданный Академии наук в 1939 г., Радиевый институт АН СССР, организованный в 1922 г., Московский государственный университет и др. В этих областях знания отечественная наука развивалась под руководством выдающихся ученых. В процессе исследований накоплено значительное количество экспериментальных данных, открыт ряд закономерностей и приобретен опыт работы в области ядерной физики, радиохимии и технологии переработки радиоактивных руд. Открытие деления ядер тяжелых элементов и вытекающая отсюда возможность получения энергии были оценены советскими учеными. Еще в 1940 г , в Ленинграде начала работать специальная комиссия Академии наук по урановой проблеме. Председателем этой комиссии являлся академик В. И. Вернадский, его заместителями — академик А. Ф. Иоффе и, в тот период, — член-корреспондент Академии наук СССР В. Г. Хлопин В 1941—1943 гг. интенсивному проведению исследований помешала война, но уже в 1943 г. эти исследования были возобновлены. В 1943 г. научным руководителем урановой проблемы был назначен академик И. В. Курчатов. Академик А. И. Алиханов возглавлял исследования по созданию реактора на природном уране и тяжелой воде. Для решения поставленных задач приходилось одновременно налаживать производство чистых урана, графита, металлов и тяжелой воды. Разработка новой химической технологии по выделению плутония из облученного урана осуществлялась в Радиевом институте АН СССР под руководством академика В. Г. Хлопина. Из-за отсутствия плутония исследования проводились на нептунии-239, полученном облучением урана на циклотроне. В декабре 1946 г. И. В. Курчатову с сотрудниками удалось впервые в СССР осуществить управляемую цепную реакцию и пустить в работу первый экспериментальный уран-графитовый реактор. На опытной установке были исследованы различные методы выделения плутония из облученного урана. При сочетании осадительных и экстракционных методов в 1947 г. были выделены микрограммовые, а затем и граммовые количества плутония. Накопленный опыт по эксплуатации реактора и методам переработки облученного ядерного горючего обеспечил дальнейший прогресс реакторостроения и решение всей совокупности связанных с этим проблем. В настоящее время успешно развивается ядерная энергетика, радионуклиды находят все большее применение в различных областях науки, техники, медицины и сельского хозяйства. В общем потреблении энергоресурсов электроэнергетика занимает приблизительно одну четверть Три четверти энергетических ресурсов расходуется для получения промышленного и бытового тепла, на транспорт и, наконеи, в виде химических компонентов металлургических и химических процессов. Однако в мире идет процесс расширения потребления электроэнергии по сравнению с общим использованием энергоресурсов. Если удвоение использования энергоресурсов происходит примерно за 25 лет, то удвоение использования электроэнергии происходит в среднем за 10 лет Это означает, что все большее количество процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, приходится на электроэнергию. Начиная с 1980 г. прирост мощности энергосистем в большинстве стран будет достигаться главным образом вводом в эксплуатацию АЭС. По существующим прогнозам, около 40% всей вырабатываемой электроэнергии к 2000 г. придется на долю атомных электростанций. Развитие ядерной энергетики в мире (без учета социалистических стран) .оценивается следующим образом: Год 1975 1980 1985 1990 2000 2025 2050 Мощность АЭС мвд. кВт 69/69 150/180 310/415 520/740 1000/1900 2157/6650 3220/1502 До 2000 г. развитие ядерной энергетики будет преимущественно связано с использованием реакторов на тепловых нейтронах, с топливом в виде слабообогащенного урана. Начиная с 1985 г. будут вводиться реакторы на быстрых нейтронах, позволяющие осуществлять воспроизводство ядерного топлива. Тепло, выделяемое в реакторах, может использоваться для различных целей: теплоснабжения, опреснения морской воды, создания парниковых хозяйств и т. д. Атомная энергетика имеет еще одну специфическую особенность, обусловленную применением у-излучения. Это излучение, выведенное из реактора, может быть использовано для получения химической продукции, стоимость которой вполне сопоставима со стоимостью вырабатываемой на АЭС электроэнергии. В перспективе ядерная энергетика будет развиваться как комплекс производства электроэнергии, тепла и различных видов продукции. Многообещающим является использование для энергетических целей управляемого термоядерного синтеза. Эта труднейшая проблема физической теории и эксперимента может быть, по-видимому, решена к концу нашего века или в начале XXI века. Ядерная энергия применяется и для создания судовых двигателей. В Советском Союзе была не только построена Первая в мире атомная электростанция, но и создано первое промышленное судно с ядерной энергетической установкой — ледокол «Ленин». В настоящее время в СССР спущены на воду ледоколы «Арктика» и «Сибирь». Суда с ядерными установками опущены на воду также и в ряде других стран. Развитие атомной промышленности и энергетики неразрывно связано с волнующей все человечество проблемой предотвращения загрязнения биосферы радиоактивными отходами. Это имеет не только технологическое, но и социальное значение. Однако для запланированного развития ядерной энергетики и безопасности будущих поколений человечества эта проблема, особенно локализация высокоактивных отходов как с технологической, так и с политической точки зрения, должна быть в недалеком будущем решена в международном масштабе. Наряду со строительством АЭС и судовых двигателей для специальных целей созданы источники энергии, использующие различные радионуклиды. В народном хозяйстве и в научных исследованиях радионуклиды также широко применяются для контроля различных процессов и для определения их особенностей.
|
