در پایان جنگ جهانی دوم، دو بمب هسته ای بر فراز شهرهای هیروشیما و ناکازاکی ژاپن پرتاب شد. این سلاح جدید مرگبارترین سلاح در تاریخ بشریت بود. مسابقه هسته ای متعاقب آن بین اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا ترس جامعه جهانی از عامل هسته ای را تشدید کرد. با این حال، علاوه بر کلاهک های اتمی، یک اتم صلح آمیز ظاهر شد. این عبارت به انرژی هسته ای اشاره دارد.
اصل عملیات NPP
عملکرد هر نیروگاه هسته ای بر اساس واکنش شکافت اتم است. برای نامیدن آن، انجام بمباران نوترونی هسته های اورانیوم 235 ضروری است. کوچکترین ذرات به قطعات تقسیم می شوند، در حالی که مقدار زیادی پرتو گاما و انرژی گرمایی تولید می کنند.
اتم صلح‌آمیز فقط تحت کنترل شدید، اجباری برای نیروگاه‌های هسته‌ای می‌تواند صلح‌آمیز باقی بماند. واقعیت این است که در طول شکافت، نوترون ها بوجود می آیند که باعث واکنش های زنجیره ای جدید می شوند. پوشاندن کنترل نشده هسته ها منجر به انفجار می شود. این اصل است که زیربنای عملیات بمب های اتمی است. در نیروگاه‌ها، این فرآیند کنترل می‌شود و انرژی اضافی به کانال مفیدی برای مردم هدایت می‌شود.
اورانیوم-235
سوخت هسته ای قبل از استفاده در میله های مخصوص قرار می گیرد. این به شکل قرص های ساخته شده از اکسید اورانیوم ذخیره می شود. باید درک کرد که این ماده ناهمگن است. 3% از این قرص ها از اورانیوم 235 تشکیل شده است (او در حین واکنش شکافت پذیر است)، بقیه اورانیوم 238 است (این ایزوتوپ شکافت پذیر نیست).
چرا این نسبت ضروری است؟ تا فرآیند تحت کنترل باشد. یک راکتور فعال واکنش شکافت را آغاز می کند. در طول توسعه، مقدار اورانیوم 235 کاهش می یابد. در همان زمان، حجم محصولات شکافت افزایش می یابد. این زباله های هسته ای است. آنها یک خطر جدی زیست محیطی هستند و بنابراین باید به درستی دفع شوند. آیا یک اتم می تواند صلح آمیز باشد؟ همانطور که از تکنولوژی توصیف شده مشخص است، تنها با رعایت دقیق دستورالعمل ها و قوانین فرآیند تولید.
پیش نیازهای ظاهر
انرژی هسته ای (اتمی) در اواسط قرن بیستم به وجود آمد. از آن زمان، صدها نیروگاه هسته ای در سراسر جهان ساخته شده است (امروزه 442 نیروگاه در حال فعالیت هستند). اتم صلح آمیز بیش از نیمی از انرژی مورد نیاز فرانسه، لهستان، لیتوانی، اسلواکی، سوئد و کره جنوبی را تامین می کند. در اروپای غربی، نیروگاه های هسته ای حدود یک سوم برق تولید می کنند.
همه چیز از سال 1939 شروع شد، زمانی که شکافت اورانیوم در آلمان کشف شد. تحقیقات آلمانی ها به اتحاد جماهیر شوروی بسیار علاقه مند بود. بلافاصله برای دانشمندان مشخص شد که فرآیند تازه کشف شده اجازه تولید مقادیر عظیم انرژی را می دهد. اگر متخصصان می توانستند کنترل واکنش های پیچیده را یاد بگیرند، بسیاری از مشکلات اقتصادی را حل می کرد.چالش ها و مسائل. اولین تحقیق شوروی مربوط به اتم صلح آمیز در RIAN (موسسه رادیوم آکادمی علوم) تحت هدایت فیزیکدان برجسته ایگور کورچاتوف انجام شد.
مسابقه هسته ای
کار دانشمندان شوروی به دلیل نبود ذخایر اورانیوم خود اتحاد جماهیر شوروی با مشکل مواجه شد. علاوه بر این، جنگ بزرگ میهنی در سال 1941 آغاز شد و اکتشافات انقلابی باید برای مدتی فراموش می شد. در این زمینه، دستور کار در بریتانیا، ایالات متحده و آلمان متوقف شد. تناقض در این واقعیت نهفته است که انرژی هسته ای به عنوان شاخه ای از یک پروژه نظامی گری ظاهر شد. البته کشورهای متخاصم قبل از هر چیز سعی کردند قوی ترین سلاح ها را به دست آورند و تنها پس از آن به فکر راه های صلح آمیز برای استفاده از اکتشافات خود بودند.
اولین راکتور هسته ای آزمایشی در دسامبر 1942 در ایالات متحده راه اندازی شد. رهبر پروژه دانشمند ایتالیایی انریکو فرمی بود. در اتحاد جماهیر شوروی، اولین راکتور در اواخر سال 1946 در موسسه انرژی اتمی ظاهر شد. در این زمان، بمباران هیروشیما و ناکازاکی توسط آمریکا انجام شده بود. در اتحاد جماهیر شوروی، بمب اتمی در سال 1949 و بمب هیدروژنی در سال 1953 ساخته شد. جنگ قبلاً به پایان رسیده است و دانشمندان شروع به آماده سازی یک راکتور هسته ای برای کار برای اقتصاد ملی اتحاد جماهیر شوروی کرده اند.
ساخت NPP
نخستین نیروگاه هسته ای جهان در تابستان 1954 راه اندازی شد. معلوم شد که این نیروگاه هسته ای اوبنینسک است که در منطقه کالوگا واقع شده است. در آمریکا نیز با اندکی تاخیر، اجرای پروژه انرژی اتمی را آغاز کردند. در سال 1956، آمریکایی ها برای اولین بار با کمکراکتور برای دریافت برق به تدریج نیروگاه های هسته ای جدید بیشتری در این دو ابرقدرت تأسیس شد. هر کدام از آنها یک رکورد قدرت دیگر را شکستند.
اوج توسعه انرژی هسته ای در نیمه دوم دهه 1960 بود. سپس تعداد ساخت نیروگاه های هسته ای شروع به کاهش کرد. در ایالات متحده، بحث در کنگره و جامعه علمی در مورد مشکلات مربوط به ایمنی اتم صلح آمیز آغاز شده است. با این وجود، تا سال 1986، تولید برق هسته‌ای به 15 درصد از انرژی تولید شده توسط نیروگاه‌های معمولی رسید.
نماد انرژی هسته ای
در سال 1958، Atomium در بروکسل، جایی که نمایشگاه جهانی بعدی برگزار شد، افتتاح شد. مفهوم طراحی توسط معمار آندره واترکینر توسعه داده شده است. اتمیوم شبیه یک شبکه بلوری بزرگ شده از آهن است: نه اتم به هم متصل شده اند. وزن سازه 2400 تن و ارتفاع آن 102 متر است. بازدیدکنندگان می توانند وارد شش قلمرو از نه قلمرو شوند. این مدل از اتم ها که صدها میلیارد بار بزرگ شده اند، با بیست لوله 23 متری به یکدیگر متصل می شوند. داخل آنها راهروها و پله برقی هستند.
عکس "اتم صلح آمیز" که در بروکسل در اوج دوران اتمی ظاهر شد، به سرعت در سراسر جهان پخش شد و اتمیوم به نمادی از تمام انرژی هسته ای و این ایده تبدیل شد که اکتشافات علمی انقلابی باید به نفع بشریت استفاده شود، نه برای جنگ و ویرانی. نقطه عطف بلژیک در رمان نویسندگان مشهور داستان های علمی تخیلی شوروی برادران استروگاتسکی "دوشنبه از شنبه آغاز می شود" ذکر شده است. نماد اتم صلح آمیز در بسیاری از نقاشی ها و همچنین در نمادهای اختصاص داده شده به انرژی هسته ای ظاهر می شود.
عامل زیست محیطی
مشکل آلودگی محیط زیست با پسماندهای رادیواکتیو هر سال بیشتر و بیشتر ضروری می شود. به عنوان مثال، در روسیه مدرن، پرسنل 10 نیروگاه هسته ای در انرژی هسته ای صلح آمیز مشغول هستند. همه این شرکت ها نیاز به توجه ویژه طرفداران محیط زیست و ادارات دولتی دارند.
سالانه 50000 متر مکعب زباله رادیواکتیو در اتحادیه اروپا انباشته می شود. مشکل اصلی این است که چنین زباله هایی برای هزاران سال خطرناک باقی می مانند (به عنوان مثال، دوره فروپاشی پلوتونیوم-239 24 هزار سال است).
مدیریت پسماند
امروزه چندین مفهوم در مورد بهترین روش دفع زباله های رادیواکتیو وجود دارد. ایده اول ایجاد محل دفن در انتهای اقیانوس ها است. این یک راه نسبتا دشوار برای پیاده سازی است. کانتینرها باید در عمق قابل توجهی قرار گیرند، علاوه بر این، ممکن است توسط جریان های دریایی آسیب ببینند.
ایده دوم توسط ناسا در نظر گرفته شده است، جایی که آنها پیشنهاد ارسال زباله های هسته ای به فضا را دارند. این روش برای زمین بی خطر است، اما مملو از هزینه های بیش از حد است. ایده های دیگری نیز وجود دارد: بردن زباله ها به جزایر خالی از سکنه یا دفن آنها در یخ های قطب جنوب. قابل قبول ترین گزینه امروزی ساخت محل دفن در صخره های سنگی زیرزمینی است. تحقیقات مرتبط با این ایده در آلمان و سوئیس ادامه دارد.
درس چرنوبیل
برای مدت طولانی، انرژی هسته ای غیرقابل رقابت در نظر گرفته می شد. برای چندینبرای چندین دهه، اتم صلح آمیز در اتحاد جماهیر شوروی و سایر کشورها به توسعه اقتصادی خود ادامه داد. با این حال، در سال 1986، فاجعه ای در چرنوبیل رخ داد که بشریت را مجبور کرد در نگرش خود نسبت به نیروگاه های هسته ای تجدید نظر کند. انفجاری در ایستگاهی در نزدیکی پریپیات رخ داد که منجر به تخریب راکتور و انتشار مقدار قابل توجهی از مواد رادیواکتیو خطرناک برای سلامتی در محیط شد.
شعار معروف شوروی "اتم صلح آمیز در هر خانه" به خطر افتاد. در ماه های اول پس از حادثه 30 نفر جان باختند. با این حال، اثرات واقعی قرار گرفتن در معرض بعدا ظاهر شد. در طول سال‌های بعد، ده‌ها نفر دیگر در اثر یک بیماری وحشتناک جان خود را از دست دادند. هزاران نفر از شهروندان اتحاد جماهیر شوروی در منطقه عفونت بودند. مناطق قابل توجه بلاروس، اوکراین و روسیه برای کشاورزی نامناسب شدند. حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل منجر به شیوع فوبیای عمومی در رابطه با انرژی هسته ای شد. پس از آن فاجعه، بسیاری از ایستگاه ها در سراسر جهان بسته شدند.
اگرچه اقدامات امنیتی در چنین شرکت هایی در طی 30 سال به طور قابل توجهی بهبود یافته است، از نظر تئوری، تراژدی مشابه چرنوبیل ممکن است دوباره اتفاق بیفتد. حوادثی هم قبل و هم بعد از نیروگاه هسته ای چرنوبیل رخ داد: در سال 1957 - در بریتانیا (Windscale)، در سال 1979 - در ایالات متحده آمریکا (جزیره سه مایل)، در سال 2011 - در ژاپن (فوکوشیما). امروزه آژانس اطلاعات بیش از 1000 موقعیت اضطراری در ایستگاه ها را جمع آوری کرده است. علل حوادث: عامل انسانی (80٪ موارد)، کمتر - نقص طراحی. در فوکوشیما در ژاپن، به دلیل یک زلزله قوی و سونامی متعاقب آن، یک وضعیت اضطراری رخ داد.
چشم انداز انرژی هسته ای
مسئله اینکه آیا اتم صلح آمیز آینده ای دارد یا نه، از نظر اقتصادی پیچیده است و بحث های زیادی را در بین متخصصان ایجاد می کند. به دلیل تعداد زیادی از عوامل متضاد، آینده آن مبهم و مه آلود است. آخرین پیش‌بینی‌های آژانس بین‌المللی انرژی حاکی از آن است که در صورت ادامه روند فعلی، سهم برق تولید شده توسط نیروگاه‌های هسته‌ای تا سال 2030 از 15 درصد به 9 درصد کاهش خواهد یافت.
تا همین اواخر، انرژی هسته ای مورد تقاضا بود، از جمله به دلیل قیمت بالای نفت. با این حال، در سال 2014 آنها به شدت کاهش یافتند. بنابراین، جایگزین ارزان‌تر دیگری برای نیروگاه‌های هسته‌ای ظاهر شد. همچنین مهم است که اتم صلح‌آمیز فقط برق مردم را تأمین کند (یعنی حتی با استفاده گسترده، نمی‌تواند جامعه را کاملاً از وابستگی انرژی خلاص کند).
نفت یا برق؟
نفت، با وجود همه چیز، برای صنعت و حمل و نقل مهم است. حدود 40 درصد از انرژی ای که ایالات متحده مصرف می کند از این منبع تامین می شود. ژاپن و فرانسه نتوانستند از وابستگی به نفت خلاص شوند (اگرچه آنها فعالانه از نیروگاه های هسته ای استفاده می کنند). پس آیا اتم صلح آمیز آینده ای دارد یا محکوم به ماندن در سایه «طلای سیاه» است؟ این روندها نشان می‌دهد که نیروگاه‌های هسته‌ای ممکن است متعلق به گذشته باشند. با این حال، برخی از تحولات اخیر به انرژی هسته ای جان تازه ای بخشیده است.
ما در مورد ظهور خودروهایی صحبت می کنیم که به جای بنزین با برق کار می کنند. امروزه چنین حمل و نقلی به طور فزاینده ای بازارهای ایالات متحده و اروپا را تسخیر می کند. در چند دهه، وسایل نقلیه الکتریکیتبدیل به هنجار خواهد شد. در این لحظه است که اتم صلح آمیز دوباره می تواند به نجات اقتصاد جهانی بیاید. نیروگاه های هسته ای قادر به حل مشکل تقاضای روزافزون کشورهای مختلف برای برق هستند.
انرژی همجوشی
دیدگاه دیگری وجود دارد که در آن اتم صلح آمیز می تواند یک پیروزی اقتصادی داشته باشد. یکی از مهم ترین مشکلات مرتبط با بهره برداری از نیروگاه های هسته ای ایمنی محیط زیست است. مسئله پیچیدگی دفع زباله های رادیواکتیو و سوخت مصرف شده باعث ایجاد ایده تغییر شکل راکتورهای هسته ای به راکتورهای همجوشی هسته ای جدید شد. چنین شرکت هایی برای محیط زیست کاملاً ایمن خواهند بود. اما قبل از اینکه این فناوری اتم صلح آمیز وارد تولید شود، متخصصان باید راه طولانی را طی کنند.
تیم هایی از 33 کشور جهان در حال حاضر روی یک پروژه گرما هسته ای کار می کنند. جهانی بودن ایده سوخت حرارتی هسته ای به دلیل مزایای فراوان آن است. این نه تنها از نظر اکولوژی ایمن است، بلکه پایان ناپذیر است. منبع لازم برای دانشمندان دوتریوم است که از اقیانوس ها به دست می آید. تفاوت تکنولوژیکی اصلی بین یک ایستگاه حرارتی و یک نیروگاه هسته ای این است که همجوشی هسته ای در شرکت های جدید انجام می شود (شکافت هسته در نیروگاه های هسته ای سابق انجام می شود). شاید این فناوری آینده اتم صلح آمیز باشد.
