Материал:

2 декабря 1942 в 15 часов 25 минут по местному времени на теннисном корте под трибунами стадиона в Чикаго Энрико Ферми впервые в истории человечества совершил управляемую ядерную реакцию в "атомном котле". Первый ядерный реактор представлял собой сплющенный эллипсоид диаметром 8 метров и высотой 6 метров, составленный из 385 тонн графитовых брикетов, между которыми на расстоянии 21 см друг от друга были размещены 46 тонн урановых блоков весом 2 кг каждый, то есть реактор был похож на кристалл с кубической решеткой. Мощность этого реактора - 40 Вт - была меньше мощности горящей спички, и после 28 минут работы ядерную реакцию в нем было остановлено. Это было начало атомной эры: отныне пути назад, в доатомную эру, не было.

Работы по использованию энергии деления урана, проводились в США (6 декабря 1941 правительство США приняло решение о начале работ по проблеме атомной бомбы), были строго засекречены. В Советском Союзе обратили внимание, что во всех иностранных журналах прекратились публикации по ядерной физике, что означало засекреченности целой отрасли науки. Ничем другим нельзя было объяснить исчезновение этих публикаций. Причем они исчезли как из немецких научных журналов, так и из английских и американских, то есть похоже было на то, что в этих странах развиваются секретные работы. Фамилии ученых, занимающихся ядерными проблемами, не появлялись, они просто исчезли из журналов. По этому поводу было много рассуждений, и все пришли к выводу, что в США, Англии и Германии начаты работы по созданию ядерного оружия. Причем США и Англия держали в секрете свои работы даже от СССР - союзника по антигитлеровской коалиции ..

11 февраля 1943 правительство СССР приняло решение об организации работ по уранового проекта. Руководителем работ был утвержден Игоря Васильевича Курчатова - одного из ведущих специалистов в области ядерной физики и, что не менее важно, человека, который имел выдающиеся организаторские способности и огромную личную привлекательность.

Для о ведении работ было организовано Лабораторию № 2 АН СССР (ныне - Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова). Основным и первоочередной задачей Лаборатории № 2 было проведение исследований, которые позволили бы осуществить цепь Гову реакцию деления урана. Грандиозную программу создания реактора и осуществления управляемой цепной реакции можно было выполнить, разработав подробную теорию реактора и экспериментально проверив ее, а также получив сотни тонн графита высокой степени чистоты и десятков тонн очень чистого урана. Такой графит и уран в Советском Союзе никогда раньше не производились. Но война и необходи и ность скорейшего создания атомного оружия спрессовали время. До 1946 года было создано принципиально новые производства сверхчистых урановых и графитовых блоков, и 25 декабря 1946 в 19 часов И. В. Курчатов с участием четырех сотрудников запустил первый советский урановый реактор Ф-1.

Создание реактора Ф-1 стало достижением советской науки и техники, первым этапом генерального развития и решения атомной проблемы. Это был огромный подвиг ученых, инженеров, рабочих, создавших первый реактор, а также работников урановой и графитовой промышленности. Полученные на реакторе небольшие количества плутония позволили изучить его химические свойства и разработать технологию извлечения плутония из облученного урана. (10 июня 1948 года в СССР было введено в действие промышленный ядерный реактор по производству плутония, а 29 августа 1949 был испытан первую советскую атомную бомбу из плутония-239, чем был положен конец монополии США на ядерное оружие). Следует также отметить, что экспериментальные возможности первого советского реактора Ф-1 были значительно шире, чем у американского (полная мощность реактора Ф-1 достигала 4000 кВт, а американского не превышала 200 Вт).

15 декабря 1948 неподалеку от Парижа под руководством Ирэн и Фредерика Жолио-Кюри был введен в действие французский атомный реактор.

Первая в мире атомная электростанция мощностью 5000 кВт начала работать 27 июня 1954 в г.. Обнинске под Москвой.

С тех пор прошло не так много времени, но уже сейчас более 400 ядерных реакторов в 26 странах мира производят более 300 000 000 киловатт электроэнергии - около 16% всей электроэнергии на Земле, то есть больше, чем все гидростанции мира. Во Франции АЭС производят более 80% электроэнергии, в Украине - более 50%.

История овладения атомной энергией уникальна во многих отношениях: по значимости проблемы, обстоятельствами, сопровождавшими ее решения, и последствиями, которые осознали еще далеко не все. В науке так случалось и раньше, что два исследователя независимо друг от друга открывали то же явление. Сам по себе этот факт не является очень странным, если мы верим в объективность законов природы. Но впервые случилось так, что сотни и тысячи людей, разделенные океанами, пожаром войны и стеной секретности, последовательно, шаг за шагом направлялись к одинаковым выводам, ставили и решали те же научные, технологические и инженерные задачи и примерно в той же последовательности. Только в 1955 году, после 15 лет практически полной изоляции, ученые из 79 стран собрались в Женеве на Первую международную конференцию по мирному использованию атомной энергии и смогли убедиться, что их независимые измерения и формулы совпали с большой точностью. Вроде Книга Природы открылась перед всеми одновременно, а они лишь записали ее письмена.

Все физические процессы, происходящие внутри ядерного реактора, мы знаем теперь достаточно подробно. Чтобы началась цепная реакция, фактически достаточно одного нейтрона. В толще урана они всегда есть: каждую секунду в 1 кг урана спонтанно происходит разделение 7 ядер, и нейтроны, вылетающие при этом, могут быть "спичкой", что поджигает "урановое костра". Нейтроны, вылетевших прежде чем дать начало новому поколению нейтронов, живут в реакторе менее тысячную долю секунды. За это время они успевают испытать 114 столкновений с ядрами углерода, пройти путь, длина которого 54 см, замедлиться до тепловых скоростей и вызвать новое разделение ядра урана. Количество нейтронов в реакторе нарастает лавинообразно и через несколько секунд достигает уровня, который заранее задан расположением стержней-поглотителей нейтронов. В каждом кубическом сантиметре объема мощного реактора содержится примерно полмиллиарда нейтронов, которые всегда "находятся в пути" от одного ядра урана к другому. В целом же внутри корпуса реактора устанавливается некоторое стационарное распределение нейтронов, так называемое "нейтронное поле", которое имеет достаточно сложную конфигурацию. Им можно управлять, иногда оно колеблется. Это поле всегда является предметом пристального внимания физиков и повседневных забот инженеров.

В целом, несмотря на сложность физических процессов, происходящих в "атомном котле», его принципиальная схема оказалась чрезвычайно простой. "Урановый реактор олицетворяет гениальное и самое удивительное достижение науки за всю историю человечества", - писал Содди в конце жизни, через 50 лет после начала своих опытов с ураном.

Мировые энергетические ресурсы и необходимость решения проблемы управляемого термоядерного синтеза

Поиски человеком новых источников энергии для удовлетворения своих потребностей уходят корнями истоков цивилизации на Земле. В последнее время по меньшей мере несколько международных конфликтов были вызваны борьбой за овладение территориями, богатыми на энергетические ресурсы. Бесплодные пространства никогда не были объектом завоевания и эксплуатации. Будем надеяться, что ядерные процессы синтеза и разделения смогут, наконец, полностью решить проблему обеспечения энергией человечества.

Мы приближаемся теперь к сущности вопроса о важности решения проблемы управляемого синтеза легких ядер. Именно управляемого, а не спонтанного, как это происходит в результате страшного по мощности взрыва водородной бомбы. Почему, несмотря на отсутствие решающего успеха, ей продолжают уделять такое большое внимание во всех передовых промышленно развитых странах?

На первый взгляд, ответ на удивление проста: решив эту проблему, человечество получит неограниченное по мощности, дешевый источник энергии, который будет одинаково доступным для всех наций. Неожиданная простота ответы в сочетании с некоторой примесью пафоса (речь идет и о судьбе человечества, и о безграничных возможностях!) Может вызвать скепсис, и актуальность современных исследований в этой области кажется сомнительной. Ведь еще далеко не исчерпаны запасы угля и нефти, еще не израсходованы ресурсы гидроэнергии, почти не используется солнечная энергия, мы только начали эксплуатировать ядерное топливо - урановые и ториевые руды.

С позиций данного момента все это, конечно, верно в рамках статического, постоянного мира. Но мы живем в условиях мира динамичного, стремительно меняется. Чтобы завтра перед человечеством не появилось угроза энергетического голода, основы энергетики будущего должны закладываться уже сегодня. Здесь не должно оставаться даже тени сомнения или двусмысленности, так объясним приведенную мнение. Проследим, прежде всего, как менялась численность населения Земли. Разумеется, точность оценок, касающихся далекого прошлого, недостаточно, но это не меняет общей картины: понадобилось несколько сотен тысяч лет, чтобы человечество до 1830 года размножилось до одного миллиарда, за следующие сто лет добавился второй миллиард, и только тридцать лет понадобилось для появления на Земле еще одного миллиарда человек. В настоящее время годовой прирост составляет примерно 2%, то есть около 140 000 000 человек.

10000 лет до нашей эры	(1 - 10) •
Начало нашей эры	250 •
1650	500 •
1850	1,1 •
1950	2,4 •
1975	4,0 •
2000	7,0 •

Хорошо известно, что наибольшее значение для стремительного роста населения имел прогресс медицины (снижение детской смертности, открытие антибиотиков). Перед будущими поколениями вскоре предстанут сложные проблемы расселения людей и регулирования численности человечества. Но независимо от этого люди должны есть, одеваться, иметь защиту от холода, не говоря уже об удовлетворении духовных потребностей, которые постоянно растут. Впрочем, не в отдаленном будущем, а уже в наше время проблема голода - одна из самых чувствительных. Полуголодное существование от колыбели до смертного часа - судьба четвертой части человечества. Если учесть темпы прироста населения, то даже радикальное решение социальных проблем не устраняет необходимости создания синтетической пищи (задача биологов) и обеспечения установок белкового синтеза энергетикой (задача физиков).

Сказанного достаточно, чтобы оценить всю серьезность ситуации. Рассмотрим теперь положение с энергетическим балансом. Целесообразно разделить источники энергии на две группы: воспроизводимые источники и "основной капитал". К первой группе относятся энергия ветра, рек и морских приливов, сельскохозяйственного и древесного топлива, геотермия (внутреннее тепло Земли), солнечная энергия. Ко второй группе относятся источники энергии, которые образовались в земной коре в результате геологической эволюции: уголь, нефть, горючие газы и, разумеется, ядерное топливо. В наше время в общем балансе энергопотребления первое место принадлежит углю, нефти и горючим газам. Человечество тратит пока основной капитал. В историческом аспекте происходило вытеснение дров и сельскохозяйственного топлива углем и нефтью.

Для дальнейших количественных оценок удобно ввести единицу энергии:

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы