Сабақ конспектілері №1 дәріс конспектісі Дәріс тақырыбы:

1948 жылы атомдық энергетикалық реакторларды жобалау басталды. Дүние жүзінде алғаш рет АЭС 1954 жылы 24-ші шілдеде Обюнинск қаласында пайдалануға берілді. Адам энергия көзінің шексіз яғни электрлік және жылу энергиясын бейбітшілік жолында қолданып үйренді. Бұл қадам энергетика дамысының жаңа кезеңін тудырады.

өте сирек жағдайда алғаш ашылған жаңалықтар тез дами бастайды. Бірақ, атом энергетикасының даму қарқыны әдеттегі ЖЭС пен СЭС-тер даму қарқынынан 10 есе артық жылдамдықпен жүрілді. Осы арқылы қазіргі таңда туындап отырған ірі проблемаларды шешіп берді. Ең әуелі, органикалық отындарды жағу көлемін айтарлықтай азайтуға мүмкіндік берді. Жоғарыда отын ресурстарының негізгі тұтынушылары электр станциялары екендігін айтып өткеміз, олардың ПӘК-і 50 %-дан аспайды. Отын қоры шексіз емес, сондықтан қазірден бастап энергетика қажеттілігі үшін органикалық отынды тұтынуды азайту проблемасы көтерілуде.

Бұл проблеманы ірі масштабпен шешу үшін тек атомдық станцияларды салу керек. Кейбір ғалымдардың ұйғарымынша, атомдық станциялары болмаса органикалық отындардың белгілі қорлары 2040 жылы таусылуы тиіс. Осыған байланысты, дүние жүзінде жаппай атомдық энергетикалық дамып қарқынды жүрілуде. Қазір әлемнгің 20-дан көп елінде АЭС бар және олардың қуаты 200 мың МВт-тан асып кетті. АЭС-бұл біздің планетаның материалыдқ және рухани құндылықтарын дамытуға әлеуметтік және саяси маңыздылығы бар және әлемдегі отын дағдысын азайтады. Ол әлемдегі энергетиканы бір қатар дамытуға мүмкіндік береді. Яғни ядролық отын дүние жүзінің кейбір нүктесіне тез тасымалданады және оны тасымалдау құны салыстырмалы түрде аз.

АЭС-те ядролық отын ретінде уран қолданылады. Жер қойнауында жатқан, алуға болатын уранның қор көлемі шамамен 66 млн.т., ал теңіз бен мұхиттағысы-4 млрд.т. деп есептелуде. Торийді қайта өңдеу арқылы да атомдық энергияны алуға болады, бұл элементтің де қоры жеткілікті. Көмірдің әлемдік қоры мұнай мен газдың қорынан 50 есе артық, ол атомдық энергияның қоры барлық органикасыз отын қорларынан шамамен 2000 есе артық. Сонымен бірге, ядролық отынды жаңғырту арқылы , оны «көбейту» әдісі де жолға қойылды. Мысалы, көбейткіш-реакторда 1кг плутоний жанып бітуде , 22,5 млн.квт.сағ энергия өндіріліп, бір мезетте 1,5кг плутоний пайда болады. Егер осы 1,5кг плутонийді қайта қолдансақ, енді 34млн.квт.сағ энергия өндіріліп, 2,25кг плутоний жинақталады т.с.с. Алдын-ала жасаған есептеулер бойынша, табиғи ядролық отынды оның жаңғыртуымен қоса ескерсек, онда оның қоры жүздеген жылдарға , тіпті мыңдаған жылдарға әкетеді.

АЭС-та алынатын энергия,уран ядросының бөлінуі нәтижесінде пайда болатын ядролық энергиядан бөлінеді. Сосын ол турбинаны айналдыруға арналған будың немесе газдың жылу энергиясына толығымен түрленеді, механикалық энергия кейін электірлік энергияға түрленеді. Яғни, ЖЭС пен АЭс жұмысы бір-біріне ұқсас.

14-сурет. Уран атомының бөлінуі (а) және атом схемасы (б)

Ядроларды нейтрондармен ыдырату ықтималдылығы нейтрондардың жылдамдығына айтарлықтай тәуелді. Белгіленген қандай бір фигураның көлденең қимасына дәл тигізу ықтималдылығы, осы қима ауданының ұлғаюямын өсетін сияқты, ядроны нейтрондармен атқылаудағы ыдырату мүмкіндігі де ядроны иелену қимасының көлемімен сипатталады.

Уран ядросының бөліну мезетіндегі нейтрондардың жылдамдығы шамамен 20 000 км/с болады, бұл кездегі ²³⁵U үшін нейтрондардың ядроны иелену қимасы өте аз. Сондықтан, нейтрондар жылдамдығын азайту қажет, ол үшін нейтрондарды сіңірмейтін – су, ауыр су, графит, бериллий сияқты жеңіл элементтрден тұратын заттардан оларды өткізу қажет. Нейтрондар жылдамдығы V=30км/с болғанда ²³⁸U уран ядросы нейтрондарды резонанст түрде қоршап алады, нәтижесінде өзінің ядролық сипаттамалары бойынша ²³⁵U уранға ұқсас ²³⁹Pu құралады. Нейтрондар жылдамдығының азаюы ²³⁸U уранда қоршап алу қимасын азайтады, ал ²³⁵U-да ұлғайтады. Шамамен 2 км/с жылдамдықпен қозғалатын нейтрондарды жылу нейтрондары деп атайды. Жылулық ²³⁵U уран нейтрондарының қоршау қимасы ²³⁸U уранмен салыстырғанда 20 000 артық. Жылу нейтрондары табиғи (байытылмаған) урандарда тізбектік реакцияны тудыруы мүмкін.

Бір ядроның бөлінуінде 200 МэВ энергия бөлініп шығады, 1эВ – бұл 1В потенциалдар айырымын жүріп өтудегі электронның зарядына тең болатын, заряды бар бөлік алатын энергия:

1эВ=1е1В=1,610^-12эрг=4,4510^-26кВтсағ; 1эВ – ядролық және атом физикасындағы энергияны өлшеудің негізгі бірлігі.

1грамм уранда 2,610²¹ ядро бар, олардың бөлінуінде 23,2МВтсағ энергия алынуы мүмкін. Ал, 1г көмірді жандыруда 78Втсағ энергия алынады.

Ядролық физикада мұндай реакторларды “көбейткіш” деп атайды, мұнда жандырылған отынның 1 атомы бірден көп атомды тарамдайды. ²³²Th және ²³⁹U изотоптарын өндіруші деп атайды. ²³⁵U бір ядросының бөлінуі нәтижесінде орташа есеппен 2,5 нейтрон туады, бұдан біреуі тізбектік реакцияны ұстап тұруға, ал қалған 1,5-і бөлінбейтін ядроларды сіңіруге жұмсалады.

15-сурет. Жылдам нейтрондармен көбеюдің урандық циклы