Атомы — это крошечные частицы, из которых состоит вся материя во Вселенной. Энергия атома сосредоточена в его ядре. Это сила, удерживающая компоненты ядра, связанные друг с другом. В ядре атома содержится большое количество энергии. Для того, чтобы она могла быть преобразована, например, в электричество, она должна быть из него высвобождена. Это происходит в процессе деления атомных ядер.
От ядерной энергии к электричеству
Ядерный реактор или электростанция – это место, где производится ядерная энергия. В отдельных элементах этой системы осуществляются процессы деления атомных ядер. Топливом, используемым для этой цели, обычно является изотоп радиоактивного урана, 235U. В атомном реакторе происходит принудительный распад ядер урана, в результате чего происходит высвобождение мельчайших частиц, называемых продуктами деления. В ядерном реакторе они сталкиваются с другими изотопами урана, тем самым вызывая цепную реакцию. В ходе данного процесса в ядерном реакторе вырабатывается много тепла. Добавляется хладагент. Обычно это вода, которая под действием полученного тепла нагревается. В результате получается пар, приводящий в движение турбины турбогенератора. Таким образом, ядерная энергия преобразуется в электричество, которое сегодня является наиболее важным применением ядерной энергии.
Использование ядерной энергии для производства водорода
Водород называют топливом будущего. Оказывается, энергия, выделяющаяся при делении ядер радиоактивных элементов, может быть успешно использована для получения этой ценной частицы. Подавляющая часть его производится из природного газа в процессе паровой конверсии. Концепция использования ядерной энергии для производства водорода предполагает, что тепло, вырабатываемое в реакторах, будет передаваться на переработку природного газа путем паровой конверсии. Однако при таком подходе может образовываться большое количество углекислого газа, который выбрасывается в атмосферу. Поэтому совершенствуются и другие методы, такие как электролиз.
Водород получают при электролизе воды. Только небольшое количество H2 производится этим методом. Возможно подключение электролизеров к АЭС для получения водорода малоэмиссионным способом. Такие решения находятся только на стадии тестирования. Тепло и электричество, необходимые для них, могут быть получены из ядерной энергии. Некоторые исследования сосредоточены на получении водорода из воды термохимическим путем.
Ядерная энергия как источник тяги
Использование ядерного топлива позволяет получать гораздо больше энергии по сравнению с традиционными источниками. Ядерная энергия использовалась в качестве источника тяги для суден и космических кораблей в течение нескольких десятилетий.
В авиации идея ядерной тяги до конца не реализована. На пути стояли препятствия из-за большой опасности использования ядерной энергии в летательных аппаратах. Аналогичная ситуация и с автомобилями.
Идея ядерного двигателя в легковых автомобилях рассматривалась давно. Однако размещение ядерного реактора в аппарате, который будет источником тяги, сопряжено с огромной угрозой. Такой реактор был бы генератором нейтронов. Это высокопроникающие частицы ионизирующего излучения. Нейтроны будут угрожать не только людям внутри транспортного средства, но и тем, кто находится рядом с ним. Безопасность и другие конструктивные трудности означают, что ядерный двигатель в легковых автомобилях в настоящее время чрезвычайно сложно реализовать.
В 1946 году началось строительство первой американской атомной подводной лодки. Эта идея имела большой успех. Подобные решения впоследствии использовались на советском ледоколе «Арктика». В настоящее время значительная часть гражданских и военных кораблей использует ядерную энергию в качестве источника тяги.
Ядерная энергия в медицине
Проводимая в настоящее время диагностика и терапия различных заболеваний с использованием ядерной энергии дает надежду на ее более эффективное использование в будущем. Проводятся исследования по ее применению также для устранения последствий различных заболеваний.
Примером использования ядерной энергии в медицине является рентгенодиагностика, заключающаяся в регистрации излучения, производимого рентгеновской лампой, ослабленного за счет частичного поглощения пациентом. Используемые рентгеновские аппараты позволяют делать снимки, например, грудной клетки или черепа.
Ядерная энергия также используется для производства многих лекарств, в бальнеологии (например, лечебных ванн), а также для стерилизации медицинского и лабораторного оборудования.
Другие виды использования ядерной энергии
- Явление радиоактивного распада широко используется в производстве эффективных аккумуляторов.
- В космонавтике ядерная энергия используется для управления космическими зондами, которые предназначены для изучения Солнечной системы.
- В научных исследованиях позволяет проводить процесс датирования археологических и палеонтологических раскопок.
- Ядерная энергия используется в процессах опреснения воды. Этот метод имеет особое значение в странах с ограниченными ресурсами питьевой воды.
- Также используется для обнаружения загрязнений в реках и озерах.