Все представляют себе, что такое атомная электростанция. Это такой огромный завод, где производят энергию. А еще она может взорваться, и тогда будет ой как нехорошо.А вы когда-нибудь задумывались, за счет чего вырабатывается энергия на атомных электростанциях? С обычными электростанциями все более-менее понятно. На угольных и дизельных используют топливо, которое, сгорая, выделяет энергию, совершающее какую-то работу. Эту работу преобразовывают в электроэнергию. На ветряных и гидроэлектростанциях работу совершают вода и ветер. А что происходит на атомной электростанции? Там используют управляемые ядерные реакции. Что же это такое? Разберемся.Ядерные реакции: что это?Всем известно со школьной скамьи, что атом представляет собой некое подобие солнечной системы - его строение и называютпланетарной моделью строения атома. В центре находится ядро, вокруг которого вращаются электроны. При этом электроны имеют отрицательный электрический заряд, а ядро положительный. Природа существования этих зарядов обусловливает различные электрические явления, которые человек давно использует себе во благо. Но что еще за энергию скрывает атом? Причем, она столь велика, что ею можно взрывать города и добывать её в промышленных масштабах.Для ответа на этот вопрос обратимся к тому, что мы знаем об атомах и электричестве. Первое, что все узнают об этом – это то, что существует два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Второе, что обычно узнают, это то, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Ну а следующим этапом является получение сведений о том, что в атоме электроны обладают отрицательным зарядом, а протоны в ядре – положительным. А теперь возникает вопрос – почему протоны внутри ядра удерживаются вместе и довольно плотно, надо сказать, удерживаются, хотя, обладая одинаковым зарядом, должны бы разлетаться друг от друга, как черт от ладана? Вот тут-то и кроется главное.Реакция деления ядерПротоны в составе ядра удерживаются силами ядерного взаимодействия или, говоря иначе, ядерными силами. Эти силы в сотни раз больше электрических, поэтому они удерживают протоны внутри ядра. Еще одним свойством этих сил является то, что они действуют на очень небольшом расстоянии. Расстоянии, сравнимом с размером ядра. И, естественно, что если эти силы удерживают частицы вместе, то в случае разделения частиц, эти силы высвобождают огромную энергию, на порядки больше электрической. Это и происходит во время ядерных реакций.При делении ядер атомов, во-первых, выделяется очень много энергии в виде радиоактивного излучения. Во-вторых, образуются новые вещества. Выделяемая энергия необыкновенно велика. Если это неуправляемая ядерная реакция, например, атомный взрыв, то он может нанести огромный ущерб. Если же ядерной реакцией разумно управлять, то энергию, получаемую в результате, можно использовать очень эффективно. Ядерные реакции в любом случае остаются очень опасными, и любая оплошность может вызвать трагедию, но соблазн получения огромного количества очень дешевой энергии подвигает человека рисковать. Такова уж человеческая природа.
Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Размеры ядра в 100 000 раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома. Само ядро состоит из положительно заряженных частиц - протонов и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Все они плотно сцеплены друг с другом. Число протонов в ядре определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, кислорода - 8, урана - 92. В каждом атоме число электронов соответствует числу протонов в ядре. При этом каждый электрон обладает отрицательным зарядом, равным по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален. Атомы, имеющие ядра с одинаковым количеством протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым его изотопами. Для того чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов, в уране-235 - тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Большинство изотопов нестабильно. Если взять в качестве примера атом урана-238, то в его ядре протоны и нейтроны сцеплены очень слабо. Время от времени из него вырывается компактная группа частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. При этом уран-238 превращается в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Но и этот изотоп тоже очень нестабилен. Цепочка превращений продолжается до тех пор, пока не образуется атом свинца. При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается далее в виде излучения. Несколько упрощая ситуацию, можно сказать, что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это альфа-излучение, испускание электрона - бета-излучение. Часто нестабильный изотоп оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения, тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемой гамма-излучением. Как и в случае образования рентгеновских лучей (во многом подобных гамма-излучению) , при этом не происходит испускание каких-либо частиц. Время, за которое распадается половина всех атомов данного изотопа в любом радиоактивном источнике, называется периодом его полураспада.
Альфа-излучение, представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из протонов и нейтронов, задерживается, например, листом бумаги и практически не проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом. Тогда они становятся чрезвычайно опасными.
Бета-излучение обладает большей проникающей оно проходит в ткани организма на 1-2 см.
Проникающая гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.
p=ρ*g*h
имеем:
h = p / (ρ*g) = 1*10⁵ / (1000*10) = 10 метров