Энергия деления ядер
Ядерная энергия образуется в результате процесса, впервые расшифрованном Альбертом Эйнштейном, который в 1905 г. показал, что материя и энергия могут быть преобразованы друг в друга. Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов. Распад ядра на составные части можно осуществить только с помощью энергии, достаточной для замены недостающей массы. Энергия связи ядра изменяется в зависимости от числа протонов и нейтронов в ядре.
Высвободить атомную энергию можно с помощью двух процессов.
Первый из них – слияние или синтез легких элементов (водород, литий..), при котором образуются более тяжелые элементы (гелий). Такой процесс происходит на Солнце и в водородной бомбе.
Второй процесс – деление (распад) тяжелых элементов, таких как уран и торий. Распад – процесс, происходящий в атомной бомбе и в реакторах существующих атомных электростанций. Природной способностью к распаду обладает только уран – 235, который составляет всего 0,7; общего количества природных атомов урана. Цепная ядерная реакция урана-235 впервые была осуществлена проф. Энрико Ферми 2 декабря 1942.г.
Стоимость выделения атомов урана -235 и атомов более распространенного урана-238 высока. Однако при распаде одного атома урана – 235 высвобождается 3,2 · 1011Дж энергии. Поскольку в 1 ч. урана-235 содержится 2,56·1021атомов, при распаде 1 г урана образуется 8,19·1010 Дж, что эквивалентно энергии получаемой при сжигании 2,7 т угля. К сожалению, измеренные ресурсы урана в богатых месторождениях не так велики, как предполагалось ранее. Производство уранового топлива значительно дороже добычи нефти и газа. Расходы на строительства атомных электростанций очень большие. Серьезной проблемой являются проблемы безопасности АЭС, удаления и захоронения радиационных отходов.
Энергия ядерного синтеза. Наибольшее количество энергии выделяется при слиянии атомов самого легкого элемента водорода, в результате чего получается гелий. При таком слиянии высвобождается 7,9·10-13 Дж энергии. Каждый кубический сантиметр морской воды содержит 1016 атомов дейтерия (изотоп водорода), а поскольку объем атома равен 1,35· 1024 см3 потенциальная энергия при синтезе дейтерия составит 10,7·1027Дж.
Синтез водорода, если он будет достигнут, позволит использовать еще большие ресурсы, так как в океане на каждый атом дейтерия приходится 6500 атомов водорода. Учитывая эти огромные числа, многие эксперты считают необходимым продолжать исследования в области атомно-водородной энергетики.
В последнее время мы все чаще слышим такое словосочетание как: ”энергетический кризис”.
В понятие энергетический кризис входит не дефицит энергии, а дефицит топлива, который порожден нами же; мы слишком полагались на два недостаточно широко распространенных вида недорогих горючих: ископаемых нефти и природного газа. Есть много, как отмечалось ранее, альтернатив нефти и газа. Но несмотря на значительные запасы этих топлив, их использование связано с большими капитальными затратами и потенциальным увеличением загрязнения окружающей среды.
Поэтому, одним из направлений деятельности человека по смягчению последствий энергетических кризисов будет энергосбережение [ВС, с. 9-25].
Реализация этих положений входит в сферу деятельности энергоменеджера. Выход из критической ситуации можно осуществить за два этапа: на первом будут подготовлены условия для широкого переведения экономики на энергосберегающий путь развития, на втором – увеличениие энергетической эффективности будет осуществляться на основе интенсивного энергосбережения и ускорения научно-технического прогресса.
Общая потребность страны в (топливно-энергетических ресурсах) ТЭР на конец второго этапа может быть снижена приблизительно на десятки и даже сотни миллионов тонн условного топлива. Причем, более половины снижения должно быть получено за счет снижения удельных норм расхода и других мероприятий по экономии топлива.
В Швеции в результате реализации одной из программ энергосбережения удалось снизить удельное энергопотребление на 30 % в индивидуальных домах и на 20 % в многоквартирных [5, с. 8].