2.1 Основные этапы развития ядерной энергетики в XXI в.
Оценивая предстоящие этапы развития ядерной энергетики, можно уверенно прогнозировать сочетание эволюционного улучшения отработанных и успешно реализуемых технических подходов с постепенной разработкой и освоением новых технологических решений. Условно можно представить следующие этапы развития ядерных технологий в XXI в,:
ближний этап (10—20 лет) — эволюционное развитие реакторов и технологий топливного цикла, разработка и опытная эксплуатация улучшенных и инновационных технологий реакторов и топливного цикла;
период активного роста ядерной энергетики (до середины столетия) — расширение масштабов в 4—5 раз, освоение инновационных технологий реакторов и топливного цикла;
период устойчивого развития крупномасштабной ядерной энергетики (вторая половина столетия) — развертывание инновационных ядерных технологий, многокомпонентная ядерная энергетика, атомно-водородная энергетика.
3.. Из истории создания ядерного оружия
В 1894г. Робер Сесил, бывший премьер-министр Великобритании, в своем обращении к Британской ассоциации содействия научному прогрессу, перечисляя нерешенные проблемы науки остановился на задаче: что же действительно представляет собой атом - существует он на самом деле или является лишь теорией, пригодной лишь для объяснения некоторых физических явлений; какова его структура.
В США любят говорить, что атом - уроженец Америки, но это не так.
На рубеже XIX и XX веков занимались главным образом европейские ученые. Английский ученый Томсон предложил модель атома, который представляет собой положительно заряженное вещество с вкрапленными электронами. Француз Беккераль открыл радиоактивность в 1896 г. Он показал, что все вещества, содержащие уран, радиоактивны, причем, радиоактивность пропорциональна содержанию урана.
Французы Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли радиоактивный элемент радий в 1898. Они сообщили, что им удалось из урановых отходов выделить некий элемент, обладающий радиоактивностью и близкий по химическим свойствам к барию. Радиоактивность радия примерно в 1 млн. раз больше радиоактивности урана.
Англичанин Резерфорд в 1902 году разработал теорию радиоактивного распада, в 1911 году он же открыл атомное ядро, и в 1919 году наблюдал искусственное превращение ядер.
А. Эйнштейн, живший до 1933 года в Германии, в 1905 году разработал принцип эквивалентности массы и энергии. Он связал эти понятия и показал, что определенному количеству массы соответствует определенное количество энергии.
Датчанин Н. Бор в 1913 г. разработал теорию строения атома, которая легла в основу физической модели устойчивого атома.
Дж. Кокфорт и Э. Уолтон (Англия) в 1932 г. эксперементально подтвердили теорию Эйнштейна.
Дж. Чедвик в том же году открыл новую элементарную частицу - нейтрон.
Д.Д. Иваненко в 1932 г. выдвинул гипотезу о том, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.
Э. Ферми использовал нейтроны для бомбардировки атомного ядра (1934 г.).
В 1937 году Ирен Жолио-Кюри открыла процесс деления урана. У Ирен Кюри и ее ученика-югослава П. Савича результат получился невероятный: продуктом распада урана был лантан - 57-ой элемент, расположенный в середине таблицы Менделеева.
Мейтнер, которая в течении 30 лет работала у Гана, вместе с О. Фришем, работавшим у Бора, обнаружили, что при делении ядра урана части, полученные после деления, в сумме на 1/5 легче ядра урана. Это им позволило по формуле Эйнштейна посчитать энергию, содержащуюся в 1 ядре урана. Она оказалась равной 200 млн. электрон-вольт. В каждом грамме содержится 2.5X1021 атомов.
В начале 40-х гг. 20 в. группой ученых в США были разработаны физические принципы осуществления ядерного взрыва. Первый взрыв произведен на испытательном полигоне в Аламогордо 16 июля 1945 г. В августе 1945 2 атомные бомбы мощностью около 20 кт каждая были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки. Взрывы бомб вызвали огромные жертвы - Хиросима свыше 140 тысяч человек, Нагасаки - около 75 тысяч человек, а также причинили колоссальные разрушения. Применение ядерного оружия тогда не вызывалось военной необходимостью. Правящие круги США преследовали политические цели - продемонстрировать свою силу для устрашения СССР.
Вскоре ядерное оружие было создано в СССР группой ученых во главе с академиком Курчатовым. В 1947 Советское правительство заявило, что для СССР больше нет секрета атомной бомбы. Потеряв монополию на ядерное оружие, США усилило начатые еще в 1942 работы по созданию термоядерного оружия. 1 ноября 1952 в США было взорвано термоядерное устройство мощностью 3 Мт. В СССР термоядерная бомба была впервые испытана 12 авг. 1953.
На сегодняшний день секретом ядерного оружия обладают кроме России и США также Франция, Германия, Великобритания, Китай, Пакистан, Индия, Италия.
3.2 Дальнейшее развитие ядерного оружия
Утратив атомную монополию, администрация Трумана ухватилась за идею создания термоядерного оружия. На первых этапах работы над водородной бомбой появились серьезные трудности: для начала реакции синтеза необходима высокая температура. Была предложена новая модель атомной бомбы, в которой механический удар первой бомбы используется для сжатия сердцевины второй бомбы, которая в свою очередь воспламеняется от сжатия. Затем вместо механического сжатия для воспламенения топлива использовали радиацию.
1 ноября 1952 г. в США было проведено секретное испытание термоядерного устройства. Мощность “Майка” составила 5-8 млн. тонн тринитротолуола. К примеру, мощность всех взрывчатых веществ, использованных, во 2-ой мировой войне равнялась 5 млн. тонн. Ядерное горючее “Майка” представляло собой жидкий водород, взрыв которого детонировался атомным зарядом.
8 августа 1953 года в СССР была испытана первая в мире термоядерная бомба. Мощность взрыва превзошла все ожидания. Наблюдательный ближайший пункт был расположен на расстоянии 25 километров от места взрыва. После эксперимента Курчатов, создатель первой советской атомной и термоядерной бомбы, заявил о том, что нельзя допустить применения этого оружия по назначению. Его работы впоследствии продолжил А.Д. Сахаров.
22 ноября 1955 было произведено очередное испытание термоядерной бомбы. Взрыв был столь мощен, что произошли несчастные случаи. На расстоянии нескольких десятков километров погиб солдат - завалило траншею. В близлежащем населенном пункте погибли люди, не успевшие укрыться в бомбоубежищах.
Весной 1955 года Хрущев объявил об одностороннем маратории на ядерные испытания (в 1961 году испытания возобновятся, поскольку американские исследователи стали обгонять советские разработки).
Весной 1963 г. в штате Невада был испытан первый вариант нейтронного заряда. Позже была создана нейтронная бомба. Ее изобретатель Самюэль Коэн. Это самое маленькое оружие в семействе атомных, оно убивает не столько взрывом, сколько радиацией. Большая часть энергии расходуется на выпускание высокоэнергетических нейтронов. При взрыве такой бомбы мощностью в 1 килотонну (что в 12 раз меньше мощности бомбы, сброшенной на Хиросиму) разрушения будут наблюдаться только в радиусе 200 метров, в то время как все живые организмы погибнут на расстоянии до 1.2 км от эпицентра.
Сейчас в 30 странах мира действуют 442 АЭС. Основные мощности сосредоточены в Западной Европе и США. Лишь 39 станций находятся в развивающихся странах, которые вырабатывают лишь 5,6 процента от общемирового объема электроэнергии "атомного" происхождения. При этом, например, в Бразилии, Китае и Индии проживает около 40 процентов населения планеты. У Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) существуют два сценария будущего развития отрасли до 2030 года - "пессимистичный" и "оптимистический". Согласно первому, отношение к атомной энергетике в мире будет весьма прохладным. Поэтому ни одной новой АЭС к 2030 году построено не будет. В результате, доля атомной энергии в ее общем объеме по всему миру снизится через 25 лет с нынешних 16 до 12 процентов. Оптимистичный сценарий предполагает, что к 2030 году электроэнергии, производимой на АЭС, будет вырабатываться на 70 процентов больше, чем в 2002 году. Правда, как признают в МАГАТЭ, общее производство электроэнергии из всех источников в целом будет расти еще быстрее.
Однако даже оптимистичный сценарий не учитывает в полной мере возможности быстрого истощения мировых запасов энергосырья. Если учитывать этот фактор, то, как показывают расчеты ооновской межправительственной группы экспертов по изменению климата, производство атомной энергии может вырасти к 2030 году в 2,5 раза, что может составить 27 процентов всего объема электроэнергии, которая будет вырабатываться на Земле к тому моменту. Эксперты ООН особенно отмечают тот факт, что АЭС позволяют существенно снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, которые, согласно принятой сейчас теории о глобальном потеплении, являются главной причиной последнего. Если бы все существующие ныне АЭС были закрыты, то их замещение с помощью тепловых энергостанций привело бы к дополнительным выбросам в атмосферу 600 миллионов углекислого газа в год. Кроме этого, ядерное топливо остается самым дешевым. Если цена ядерного топлива вырастет в 2 раза, то стоимость электричества, вырабатываемого на АЭС, увеличится на 2-4 процента. А вот если, к примеру, удвоится цена природного газа, то цена электричества подпрыгнет на 70 процентов. Вторят МАГАТЭ и специалисты Росэнергоатома: средние тарифы на электроэнергию на оптовом рынке для ТЭС составляют 556 руб/МВтч без учета инвестиционной составляющей, а для АЭС - порядка 472 руб/МВтч, причем с учетом инвестиционной составляющей.