Η πυρηνική τεχνολογία στην υπηρεσία του ανθρώπου. Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας Πυρηνικών Τεχνολογιών, Επικεφαλής του Τμήματος Πυρηνικών Τεχνολογιών, Igor Vladimirovich Shamanin

A.B Koldobsky

Η πυρηνική έκρηξη είναι ένα μοναδικό φυσικό φαινόμενο, η μόνη μέθοδος που έχει κατακτήσει η ανθρωπότητα για την άμεση απελευθέρωση κολοσσιαίων, πραγματικά κοσμικών ποσοτήτων ενέργειας σε σχέση με τη μάζα και τον όγκο της ίδιας της συσκευής. Θα ήταν παράλογο να υποθέσουμε ότι ένα τέτοιο φαινόμενο θα παραμείνει απαρατήρητο από επιστήμονες και μηχανικούς.

Οι πρώτες επιστημονικές και τεχνικές δημοσιεύσεις σχετικά με αυτό το πρόβλημα εμφανίστηκαν στις ΗΠΑ και την ΕΣΣΔ στα μέσα της δεκαετίας του '50. Το 1957, η Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας των ΗΠΑ ενέκρινε το επιστημονικό και τεχνικό πρόγραμμα «Plowshare» για την ειρηνική χρήση πυρηνικών εκρηκτικών τεχνολογιών (NET). Η πρώτη ειρηνική πυρηνική έκρηξη στο πλαίσιο αυτού του προγράμματος - "Gnome", με απόδοση 3,4 kt - πραγματοποιήθηκε στο χώρο δοκιμών της Νεβάδα το 1961, και στις 15 Ιανουαρίου 1965, μια έκρηξη εκτόξευσης εδάφους με απόδοση περίπου 140 kt, πραγματοποιούνται στην κοίτη του ποταμού. Ο Τσάγκαν, στο έδαφος του χώρου δοκιμών του Σεμιπαλατίνσκ, άνοιξε το σοβιετικό «Πρόγραμμα N 7».

Η τελευταία Σοβιετική ειρηνική πυρηνική έκρηξη, Rubin-1, πραγματοποιήθηκε στην περιοχή του Αρχάγγελσκ στις 6 Σεπτεμβρίου 1988. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, 115 παρόμοιες εκρήξεις πραγματοποιήθηκαν στην ΕΣΣΔ (RF - 81, Καζακστάν - 29, Ουζμπεκιστάν και Ουκρανία - 2 το καθένα, Τουρκμενιστάν - 1 ). Η μέση ισχύς των συσκευών που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την περίπτωση ήταν 14,3 kt, και εξαιρουμένων των δύο πιο ισχυρών εκρήξεων (140 και 103 kt) - 12,5 kt.

Γιατί, ακριβώς, έγιναν ειρηνικές πυρηνικές εκρήξεις; Παρά τον «εξωτισμό» αυτής της ερώτησης, πρέπει να απαντηθεί βάσει της αξίας της στην ιδέα ότι είναι σχεδόν ερασιτεχνική «διασκέδαση» των πυρηνικών επιστημόνων, άχρηστη, αλλά μάλλον τα πάντα, και πολύ επιβλαβής για τη φύση και την κοινωνία.

Έτσι, από τις 115 ειρηνικές πυρηνικές εκρήξεις, οι 39 πραγματοποιήθηκαν με σκοπό τη βαθιά σεισμική ηχογράφηση του φλοιού της γης για αναζήτηση ορυκτών, 25 - για την εντατικοποίηση κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου, 22 - για τη δημιουργία υπόγειων δεξαμενών για αποθήκευση αέριο και συμπύκνωμα, 5 - για κατάσβεση βρυσών αερίου έκτακτης ανάγκης, 4 - για τη δημιουργία τεχνητών καναλιών και δεξαμενών, 2 το καθένα - για σύνθλιψη μεταλλεύματος σε κοιτάσματα λατομείου, για δημιουργία υπόγειων δεξαμενών - συλλέκτες για την απομάκρυνση τοξικών αποβλήτων από χημική παραγωγή και για την κατασκευή φραγμάτων χύδην, 1 - για την πρόληψη εκρήξεων πετρωμάτων και εκπομπών αερίων σε υπόγεια ανθρακωρυχεία, 13 - για τη μελέτη των διαδικασιών αυτο-θαφής ραδιενεργών ουσιών στην κεντρική ζώνη της έκρηξης. Οι πιο σημαντικοί πελάτες ήταν το Υπουργείο Γεωλογίας της ΕΣΣΔ (51 εκρήξεις), η Mingazprom (26) και το Υπουργείο Βιομηχανίας Πετρελαίου και Αερίου (13). Μάλιστα, πραγματοποιήθηκαν 19 ειρηνικές πυρηνικές εκρήξεις με εντολή του Υπουργείου Μέσης Μηχανουργίας.

Χωρίς να συζητάμε εδώ τη βιομηχανική και οικονομική αποτελεσματικότητα των εκρήξεων για διάφορους σκοπούς (θα επανέλθουμε εν μέρει σε αυτό παρακάτω), με βάση όσα ειπώθηκαν, θα πρέπει να βγάλουμε ένα προφανές συμπέρασμα: έχουμε να κάνουμε με μια τεχνολογία που είναι σίγουρα επικίνδυνη, αλλά σε πολλές περιπτώσεις είναι πολύ αποτελεσματικές, και μερικές φορές, όπως θα δούμε, το οποίο δεν έχει τεχνικές εναλλακτικές λύσεις. Και ως εκ τούτου, οι πυρηνικές εκρηκτικές τεχνολογίες θα πρέπει να συζητούνται ακριβώς ως τέτοιες, αλλά καθόλου ως ένα χαρακτηριστικό του Σατανά, τόσο αναπόσπαστο όσο η μυρωδιά του θείου, της ουράς και της διχάλας.

Όσο για τον κίνδυνο... Δεν υπάρχουν αξιόπιστα στοιχεία για τις ζημιές που προκλήθηκαν στη ζωή και την υγεία τουλάχιστον ενός ατόμου ως αποτέλεσμα της έκρηξης, και ούτε ένας συμμετέχων στην εργασία ή κάτοικος δεν είχε αξιόπιστη καταγεγραμμένη αιτία- σχέση και επίδραση μεταξύ της επιδείνωσης της υγείας που σχετίζεται με την ηλικία και του γεγονότος της έκρηξης. Για να μιλήσουμε σε αυτές τις συνθήκες για τον «ειδικό κίνδυνο» των πυρηνικών εκρηκτικών τεχνολογιών, γνωρίζοντας για το Bhopal (1500 νεκροί ταυτόχρονα), τον Seveso και τη Minamata, για τους τρομερούς αριθμούς θανάτων σε ανθρακωρυχεία, τροχαία ατυχήματα κ.λπ. κάπως άβολα. Ταυτόχρονα, ο συγγραφέας δεν θέλει καθόλου να εμφανιστεί ως αντίπαλος της χημικής βιομηχανίας ή των μεταφορών, θα ήθελε μόνο να επιστήσει την προσοχή του αναγνώστη στο απλό, αλλά, δυστυχώς, μερικές φορές διαφεύγει την προσοχή των «συντηρητών» Το γεγονός ότι δεν υπάρχουν ασφαλείς τεχνολογίες, ότι ο τεχνολογικός κίνδυνος είναι ένα αναπόφευκτο τίμημα για το επιτυγχανόμενο επίπεδο πολιτισμικής ανάπτυξης και ότι η πλήρης απόρριψη αυτού του κινδύνου ισοδυναμεί με απόρριψη των ίδιων των τεχνολογιών, που θα επιστρέψουν αμέσως την ανθρωπότητα σε δέρματα, σπήλαια και πέτρινα τσεκούρια. Εάν ο «ειδικός κίνδυνος» των πυρηνικών εκρηκτικών τεχνολογιών στην αναπαράσταση ορισμένων μέσων ενημέρωσης οφείλεται μόνο στο γεγονός ότι είναι πυρηνικές εκρηκτικές, τότε η συζήτηση μεταφέρεται σε διαφορετικό επίπεδο που βρίσκεται εκτός του πεδίου αυτού του άρθρου - υπάρχει μικρή αρμοδιότητα και πραγματική ανησυχία για την ευημερία του εξωτερικού περιβάλλοντος, αλλά συνήθως πολλή κομματική πολιτική.

Ουσιαστικά, θα πρέπει να γίνει μια λογική συζήτηση όλων των τεχνολογιών (αν έχουμε υπόψη μόνο τις τεχνικές, οικονομικές και περιβαλλοντικές πτυχές του θέματος) στο τετράγωνο στόχο «επίδραση-ζημία-κόστος-εναλλακτική». Στην περίπτωση του πυρηνικού πολέμου, αυτό, ωστόσο, δεν αρκεί, αφού το «τετράγωνο» μετατρέπεται, μεταφορικά, σε «κύβο», αν λάβουμε υπόψη την εξαιρετική σημασία των πολιτικών και, πρώτα απ' όλα, νομικών πτυχών. του προβλήματος.

Αυτό σημαίνει ότι, φυσικά, είναι άσκοπο να συζητάμε για τα πυρηνικά όπλα, αφαιρώντας από το γεγονός της ύπαρξης της Συνθήκης για την Ολοκληρωμένη Απαγόρευση των Πυρηνικών Δοκιμών, παράγραφος 1 του άρθρου. 1 του οποίου απαγορεύει άμεσα σε ένα συμμετέχον κράτος (συμπεριλαμβανομένης της Ρωσίας) να παράγει πυρηνικά όπλα, ανεξάρτητα από τον σκοπό και τον σκοπό τους. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, ο συγγραφέας θα ήθελε να προσδιορίσει με σαφήνεια τη θέση του: σε καμία περίπτωση δεν ζητά την αναθεώρηση της Συνθήκης ή ακόμη λιγότερο την παραβίασή της. Το θέμα της προσέγγισης που προτείνει είναι να απαντηθεί, με αμερόληπτη και λογική ανάλυση των δυνατοτήτων των πυρηνικών όπλων, στο ερώτημα της σκοπιμότητας της χρήσης τους σε ορισμένες περιπτώσεις. συγκεκριμένα, σε εκείνες τις περιπτώσεις που μια τέτοια χρήση από οικονομική, περιβαλλοντική, κοινωνική άποψη είναι αντικειμενικά η καλύτερη λύση σε κάποιο σημαντικό πρόβλημα και επομένως έχει το δικαίωμα να υπολογίζει στη διεθνή κατανόηση και συναίνεση (φυσικά, ακόμη και υπαινιγμούς για τη δυνατότητα απόκτησης τυχόν στρατιωτικά οφέλη). Και αν η απάντηση στο διατυπωμένο ερώτημα είναι θετική επί της ουσίας, τότε καταβάλετε προσπάθειες να νομιμοποιήσετε άψογα ένα τέτοιο συμπέρασμα εντός του πλαισίου που προβλέπεται για αυτό από την αναφερόμενη Συνθήκη - η οποία συζητείται παρακάτω.

Επιστρέφοντας στη συζήτηση για τα πυρηνικά όπλα ως τέτοια, σημειώνουμε ότι από την αρχή της εφαρμογής του «Προγράμματος Νο. 7» βασίστηκε στην αρχή ότι προϋπόθεση για τη χρήση πυρηνικών όπλων είναι είτε η απουσία «παραδοσιακών» τεχνολογίας ή της οικονομικής ή/και περιβαλλοντικής αστοχίας της χρήσης της. Στη συνέχεια, αυτές οι απαιτήσεις έγιναν ακόμη πιο αυστηρές:

"1. Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει καν να εξετάζονται πυρηνικές εκρήξεις που θα μπορούσαν να απελευθερώσουν μετρήσιμες ποσότητες ραδιενεργών προϊόντων σε περιβαλλοντικές περιοχές προσβάσιμες από τον άνθρωπο. Αυτοί είναι όλοι οι τύποι των λεγόμενων εξωτερικών εκρήξεων που συνεπάγονται ορατές αλλαγές στην επιφάνεια της γης - κατασκευή δεξαμενών (Chagan), καναλιών (εγκατάσταση Taiga, περιοχή Perm), φράγματα αναχωμάτων (Kristall, Sakha-Yakutia) , κρατήρες αστοχίας (“ Galit», Καζακστάν). Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι σε αυτές τις περιπτώσεις υπάρχει σχεδόν πάντα μια τεχνολογική εναλλακτική (ένα φράγμα, ένα κανάλι ή μια δεξαμενή μπορεί να κατασκευαστεί με παραδοσιακές μεθόδους).

"2. Δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται πυρηνικές εκρήξεις, με αποτέλεσμα τα ραδιενεργά προϊόντα, αν και δεν εισέρχονται απευθείας στο ανθρώπινο περιβάλλον (εσωτερικές εκρήξεις ή εκρήξεις καμουφλάζ), θα έρχονται σε επαφή με προϊόντα που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο (σχηματισμός εγκαταστάσεων αποθήκευσης αερίου και συμπυκνωμάτων, μετάλλευμα σύνθλιψη, εντατικοποίηση κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου). Αν και συχνά δεν υπάρχει τεχνολογική εναλλακτική σε τέτοιες εκρήξεις, υπάρχει συνήθως μια στοχευμένη εναλλακτική (αντί να ενταθούν τα εξαντλημένα πεδία, οι προσπάθειες μπορούν να επικεντρωθούν στην εξερεύνηση και ανάπτυξη νέων). Επιπλέον, η πρακτική έχει αποκαλύψει ανεπιθύμητες συνέπειες ακτινοβολίας: μόλυνση βιομηχανικών χώρων κατά τη διάτρηση («τρύπημα») τέτοιων κοιλοτήτων, απώλεια του όγκου εργασίας τους και συμπίεση ραδιενεργών άλμης στην επιφάνεια κατά τη λειτουργία εγκαταστάσεων αποθήκευσης αερίου που δημιουργούνται σε στρώματα αλατιού. , και τα λοιπά.).

"3. Οποιεσδήποτε πυρηνικές εκρήξεις καμουφλάζ θα πρέπει να «παγώνουν» εάν δεν είναι η μόνη - γρήγορη και αποτελεσματική - λύση ανάλογη με την κλίμακα του προβλήματος (για παράδειγμα, βρύσες αερίου έκτακτης ανάγκης).

Η πρώτη καταστολή πραγματοποιήθηκε στο κοίτασμα φυσικού αερίου Urta-Bulak στο Ουζμπεκιστάν, όπου ανακαλύφθηκε μια δεξαμενή αερίου με πίεση πάνω από 300 atm σε βάθος 2450 m. Στις 11 Δεκεμβρίου 1963, σημειώθηκε έκλυση αερίου, προκαλώντας ένα σιντριβάνι έκτακτης ανάγκης με μέση ημερήσια παροχή 12 εκατομμυρίων m3 - αυτό θα ήταν αρκετό για να τροφοδοτήσει μια πόλη όπως η Αγία Πετρούπολη. Εκτός από τις οικονομικές απώλειες, η περιβαλλοντική ζημιά ήταν πραγματικά κολοσσιαία - το αέριο περιείχε σημαντική ποσότητα εξαιρετικά τοξικού υδρόθειου, η μακροπρόθεσμη επίπτωση του οποίου στην άγρια ζωή θα μπορούσε να οδηγήσει σε απρόβλεπτες συνέπειες και η προκύπτουσα πυρκαγιά πρόσθεσε οξείδια του άνθρακα σε αυτό. Ο συγγραφέας, ο οποίος συμμετείχε και ο ίδιος σε μεταγενέστερα έργα αυτού του είδους, δεν θα ξεχάσει ποτέ τη βρωμώδη αναπνοή υδρόθειου της βρύσης έκτακτης ανάγκης αερίου.

Οι προσπάθειες αντιμετώπισης αυτής της καταστροφής με χρήση παραδοσιακών μεθόδων, οι οποίες συνεχίστηκαν για σχεδόν τρία χρόνια, ήταν ανεπιτυχείς, κατά το οποίο χάθηκαν περίπου 15,5 δισεκατομμύρια m3 αερίου. Οι πυρηνικοί επιστήμονες μπήκαν στη δουλειά. Υπό την ηγεσία του τότε υπουργού MSM E.P Slavsky, αναπτύχθηκε μια πρωτότυπη μέθοδος για την εξάλειψη της απελευθέρωσης, βασισμένη στη διάνοιξη ενός κεκλιμένου φρέατος από την επιφάνεια της Γης στον κορμό του πηγαδιού έκτακτης ανάγκης και την έκρηξη μιας ειδικής πυρηνικής γόμωσης (με ισχύος 30 kt) σε βάθος άνω των 1500 m και σε απόσταση περίπου 40 m από τον κορμό. Η ιδέα ήταν ότι η τεράστια -δεκάδες χιλιάδες ατμόσφαιρες- πίεση στη ζώνη συμπίεσης θα έκοβε τον κορμό του πηγαδιού έκτακτης ανάγκης, σαν ψαλίδι.

Μετά την έκρηξη (30 Σεπτεμβρίου 1966), η απελευθέρωση αερίου από το πηγάδι έκτακτης ανάγκης σταμάτησε μετά από 25 δευτερόλεπτα (!). Δεν υπήρξε απελευθέρωση ραδιενεργών προϊόντων στην επιφάνεια, και δεν υπήρξαν επιπλοκές στην περαιτέρω εκμετάλλευση του πεδίου.

Τέσσερα ακόμη σιντριβάνια αερίου έκτακτης ανάγκης (στο Ουζμπεκιστάν, το Τουρκμενιστάν, την Ουκρανία και τη Ρωσία) δαμάστηκαν με παρόμοιο τρόπο. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιήθηκαν συσκευές με ισχύ 4 έως 47 kt, που πυροδοτήθηκαν σε βάθη από 1510 έως 2480 m Δεν παρατηρήθηκε ούτε πρώιμη μετά την έκρηξη ούτε καθυστερημένη απελευθέρωση ραδιενεργών προϊόντων στην επιφάνεια της γης. Πρέπει να σημειωθεί ότι σε δύο πεδία η χρήση παραδοσιακών μεθόδων εξάλειψης της έκρηξης ήταν εντελώς αδύνατη, επειδή ελλείψει έντονο στόμιο του φρεατίου έκτακτης ανάγκης, σημειώθηκε έντονη κατανομή πίεσης αερίου κατά μήκος των ανώτερων διαπερατών γεωλογικών οριζόντων με σχηματισμό γρύπων αερίου σε μεγάλη περιοχή (σε ακτίνα έως και ένα χιλιόμετρο από το στόμιο).

Παρά την ποικιλομορφία και τις διαφορές στα σενάρια για μελλοντική ενεργειακή ανάπτυξη, υπάρχουν ορισμένες διατάξεις που είναι ακλόνητες για την πραγματοποίηση προβλέψεων σε αυτόν τον τομέα:

αύξηση του πληθυσμού και παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας στον κόσμο·
Αύξηση του ανταγωνισμού για περιορισμένους και άνισα κατανεμημένους πόρους ορυκτών καυσίμων.
αυξανόμενη εξάρτηση από την ασταθή κατάσταση στους τομείς των χωρών εξαγωγής πετρελαίου·
αύξηση των περιβαλλοντικών περιορισμών·
η αυξανόμενη διαφορά στην κατανάλωση ενέργειας μεταξύ των πλουσιότερων και των φτωχότερων χωρών.

Υπό αυτές τις συνθήκες, ο ρόλος της πυρηνικής ενέργειας (ΒΑ) αυξάνεται ως σταθεροποιητικός παράγοντας στην ενέργεια και την κοινωνικοπολιτική ανάπτυξη.

Παρά όλα τα προβλήματά της, η «πυρηνική» Ρωσία παραμένει μεγάλη δύναμη τόσο από άποψη στρατιωτικής ισχύος όσο και από άποψη οικονομικής ανάπτυξης (πυρηνική τεχνολογία στη ρωσική οικονομία).

Ήταν ο Ρώσος Πρόεδρος που μίλησε στα Ηνωμένα Έθνη στη Σύνοδο Κορυφής της Χιλιετίας (Σεπτέμβριος 2000) με πρωτοβουλία να διασφαλιστεί η ενεργειακή σταθερότητα της ανάπτυξης που βασίζεται στις πυρηνικές τεχνολογίες. Αυτή η πρωτοβουλία αποδείχθηκε εξαιρετικά επίκαιρη και βρήκε υποστήριξη από την παγκόσμια κοινότητα: τέσσερα ψηφίσματα της Γενικής Διάσκεψης του ΔΟΑΕ και δύο ψηφίσματα της Γενικής Συνέλευσης των Ηνωμένων Εθνών χαιρετίζουν την πρωτοβουλία του Ρώσου Προέδρου ως ικανοποίηση των προσδοκιών των αναπτυσσόμενων χωρών και ως τρόπο να εναρμονίσει τις σχέσεις μεταξύ βιομηχανικών χωρών και αναπτυσσόμενων χωρών.

Η πρωτοβουλία του Προέδρου της Ρωσικής Ομοσπονδίας είναι πολιτική δράση και όχι τεχνικό έργο. Έτσι, αυτό έγινε αποδεκτό από την παγκόσμια κοινότητα και αντικατοπτρίστηκε στο διεθνές έργο του ΔΟΑΕ INPRO - για την ανάπτυξη μιας καινοτόμου ιδέας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και του κύκλου πυρηνικών καυσίμων (NFC), εξαιρουμένης της χρήσης των πιο «ευαίσθητων» υλικών και τεχνολογιών στον παγκόσμιο ενεργειακό τομέα - «δωρεάν» πλουτώνιο και ουράνιο υψηλής εμπλουτισμού, και ανοίγοντας θεμελιωδώς νέες προοπτικές για ζωή στον κόσμο» (Σεπτέμβριος 2000).

Η υλοποίηση του διεθνούς έργου INPRO κατέστησε δυνατή τη συνένωση των προσπαθειών εμπειρογνωμόνων από 21 χώρες μέλη του ΔΟΑΕ και την ανάπτυξη απαιτήσεων και κριτηρίων για την ανάπτυξη πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και κύκλων πυρηνικών καυσίμων.

Η έμφαση στο περιεχόμενο των προτάσεων του προέδρου ως πολιτικής πρωτοβουλίας κατέστησε δυνατή την «υγιότερη» ατμόσφαιρα του ΔΟΑΕ, που θεωρείται από τις δυτικές χώρες ως οργανισμός με αστυνομικές λειτουργίες, προσανατολίζοντας τον ΔΟΑΕ στο ρόλο ενός παγκόσμιου φόρουμ για τη συζήτηση των θέση της πυρηνικής ενέργειας στον κόσμο, και, ειδικότερα, για τις αναπτυσσόμενες χώρες - σύμφωνα με την πρωτοβουλία Πρόεδρος. Επιπλέον, η πρωτοβουλία του Προέδρου της Ρωσικής Ομοσπονδίας συνεπάγεται τη μεταφορά νέας καινοτόμου πυρηνικής τεχνολογίας πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και κύκλων πυρηνικών καυσίμων σε μια νέα γενιά επιστημόνων και μηχανικών - ως κληρονομιά της γνώσης και της εμπειρίας μας. Το νέο πρόγραμμα του ΔΟΑΕ στον τομέα της «διατήρησης γνώσης» επικεντρώνεται στη διατήρηση της γνώσης και της εμπειρίας στον πιο προηγμένο και βασικό για μελλοντική ανάπτυξη (αλλά όχι σε ζήτηση σήμερα) τομέα της πυρηνικής ενέργειας - ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων σε κλειστό κύκλο πυρηνικών καυσίμων.

Η διατήρηση και η μεταφορά της γνώσης σε μια νέα γενιά επικαλύπτεται με το έργο της παγκόσμιας συνεργασίας στον τομέα της πυρηνικής ενέργειας: «Δύση – Ανατολή» και «Βορράς – Νότος». να μεταφέρει γνώση τόσο στο χρόνο όσο και στο χώρο - σε νέες περιοχές (κυρίως σε αναπτυσσόμενες χώρες, όπου ζει τα 4/5 του πληθυσμού του πλανήτη και χρησιμοποιείται λιγότερο από το 1/25 της πυρηνικής ισχύος).

Αυτός ήταν ο λόγος για την υποβολή της πρωτοβουλίας για τη δημιουργία ενός Διεθνούς Πυρηνικού Πανεπιστημίου (με πρωτοβουλία του ΔΟΑΕ, με την υποστήριξη της Παγκόσμιας Πυρηνικής Ένωσης (WNA) και της Παγκόσμιας Ένωσης Πυρηνικών Χειριστών (WANO)) - μια λογική εξέλιξη των πρωτοβουλιών του Προέδρου της Ρωσικής Ομοσπονδίας.

Ωστόσο, στην πρακτική εφαρμογή του προγράμματος ανάπτυξης πυρηνικής ενέργειας εντός της χώρας και στην υλοποίηση των τεχνικών μας έργων στη διεθνή αγορά, οι αρνητικές τάσεις γίνονται όλο και πιο εμφανείς. Το πρώτο κουδούνι έχει ήδη ηχήσει: η απώλεια του διαγωνισμού στη Φινλανδία, που σημαίνει για τους ειδικούς μια πρακτική απώλεια ευκαιριών για μια θέση στην αγορά όχι μόνο στην Ευρώπη, αλλά και (για τους ίδιους λόγους όπως και στη Φινλανδία) μείωση του πιθανότητες επιτυχίας τις επόμενες δεκαετίες στην Κίνα, καθώς και σε άλλες ασιατικές χώρες. Επιπλέον, στο εγγύς μέλλον η κατάσταση στη διεθνή αγορά θα γίνει πολύ λιγότερο ευνοϊκή για τους ακόλουθους λόγους:

παροπλισμός μονάδων ηλεκτρικής ενέργειας NPP στις οποίες η Rosatom (TVEL Concern) προμηθεύει καύσιμα (NPP Ignalina, ορισμένες μονάδες Kozloduya, κ.λπ.)·
προσχώρηση στην Ευρωπαϊκή Ένωση χωρών της Ανατολικής Ευρώπης - ιδιοκτήτες πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με αντιδραστήρες τύπου VVER.
το τέλος των προμηθειών πυρηνικών καυσίμων στις Ηνωμένες Πολιτείες βάσει της σύμβασης HEU-LEU μετά το 2013·
θέση σε λειτουργία μονάδας με τεχνολογία φυγοκέντρησης στις ΗΠΑ μετά το 2006.
δημιουργία διεθνικών εταιρειών στον πυρηνικό τομέα (συγκέντρωση πόρων, μείωση κόστους).
υλοποίηση νέων ανταγωνιστικών έργων πυρηνικής ενέργειας που αναπτύχθηκαν από τις ΗΠΑ (AR-1000,
HTGR) και άλλες χώρες (EPR).

Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες εσωτερικές δυσκολίες που περιπλέκουν την ανάπτυξη της πυρηνικής βιομηχανίας (μαζί με την έλλειψη επενδυτικών κεφαλαίων):

παροπλισμός πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στο τέλος της ζωής τους·
κλείσιμο τριών βιομηχανικών αντιδραστήρων στο Zheleznogorsk και στο Seversk.
μείωση των αποθεμάτων φθηνών πρώτων υλών ουρανίου που συσσωρεύτηκαν τα προηγούμενα χρόνια·
περιορισμοί στα δικαιώματα των κρατικών ενιαίων επιχειρήσεων·
ατελείς επενδυτικές και τιμολογιακές πολιτικές.

Ακόμη και με τη μέγιστη δυνατή χρήση των ιδίων κεφαλαίων των εταιρειών (σύμφωνα με την ενεργειακή στρατηγική της Ρωσίας), η συμβολή των πυρηνικών σταθμών στο ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας θα είναι πολύ μέτρια, παρά τις τεράστιες δυνατότητες τεχνολογίας και προσωπικού της «πυρηνικής» ενέργειας. .

Η κατάσταση επιδεινώθηκε σημαντικά πρόσφατα λόγω της μεταρρύθμισης του ρωσικού πυρηνικού συγκροτήματος και της μετατροπής του ισχυρού κυβερνητικού φορέα Minatom σε πρακτορείο Rosatom. Στο αρχικό στάδιο της επιτυχούς ανάπτυξης του συμπλέγματος πυρηνικής άμυνας και ενέργειας, ο ρόλος του κράτους ήταν καθοριστικός από κάθε άποψη: οργανωτική, οικονομική και επιστημονική, διότι αυτό το σύμπλεγμα καθόρισε την κυριαρχία και τη μελλοντική οικονομία της χώρας. Είναι προφανές στους ειδικούς ότι η πυρηνική ασπίδα της χώρας και οι παγκόσμιες πυρηνικές τεχνολογίες είναι οι δύο όψεις ενός ενιαίου επιστημονικού και τεχνολογικού συμπλέγματος. Χωρίς την οικονομικά αποδοτική ειρηνική χρήση της πυρηνικής τεχνολογίας, μια «πυρηνική ασπίδα» είτε θα καταρρεύσει τη ρωσική οικονομία είτε θα γίνει μια «ασπίδα» που δεν διασφαλίζει την πλήρη ασφάλεια της χώρας.

Ταυτόχρονα, ο κύριος μηχανισμός και το θεμέλιο της κυριαρχίας της Ρωσίας - το πυρηνικό σύμπλεγμα - αποδείχθηκε ότι ήταν έξω από τη σφαίρα άμεσης επιρροής του αρχηγού του κράτους - του Προέδρου της Ρωσίας.

Κατά συνέπεια, η έλλειψη σαφήνειας σε μια πραγματική στρατηγική πυρηνικής ενέργειας οδηγεί σε απώλεια της συνέχειας μεταξύ των γενεών. Έτσι, η Ρωσία, η πιο προηγμένη χώρα στην ανάπτυξη ταχέων αντιδραστήρων νετρονίων και στον τομέα της τριτοβάθμιας πυρηνικής εκπαίδευσης, δεν διαθέτει επί του παρόντος εθνικό πρόγραμμα για τη διατήρηση της πυρηνικής γνώσης και εμπειρίας, όπως δεν έχει εθνικό πρόγραμμα συμμετοχής σε το Παγκόσμιο Πυρηνικό Πανεπιστήμιο.

ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Περαιτέρω αποτελεσματική ανάπτυξη πυρηνικών τεχνολογιών λόγω της ιδιαίτερης «ευαισθησίας» τους είναι αδύνατη χωρίς στενή διεθνή συνεργασία. Ταυτόχρονα, είναι πολύ σημαντικό να εντοπιστεί σωστά αυτή η τεχνολογική και «αγοραία» θέση όπου οι εγχώριες εξελίξεις εξακολουθούν να έχουν προτεραιότητα.

Στην παγκόσμια αγορά της παραδοσιακής πυρηνικής ενέργειας στο εγγύς μέλλον θα υπάρξει περαιτέρω επέκταση του European Power Reactor (EPR), ο οποίος κέρδισε τον διαγωνισμό στη Φινλανδία, καθώς και των αμερικανικών AR-1000 και των ασιατικών (κορεατικών και ιαπωνικών) αντιδραστήρων.

Η έλλειψη ολοκληρωμένου τεχνικού σχεδιασμού και η αβεβαιότητα με το χρονοδιάγραμμα της επίδειξης αναφοράς της νέας γενιάς VVER (VVER-1500), καθώς και η έλλειψη ενός «τυποποιημένου», πλήρως ολοκληρωμένου έργου VVER-1000, καθιστούν τη θέση της Ρωσίας στην ευάλωτη ξένη αγορά παραδοσιακών μονάδων ισχύος. Για να επιλέξετε ένα πρόγραμμα δράσης, είναι απαραίτητο, πρώτα απ 'όλα, να διεξαχθεί μια συγκριτική ανάλυση των κύριων δεικτών των εγχώριων έργων VVER-1000 και VVER-1500 με τους δυτικούς ανταγωνιστές τους κατά τη στιγμή της υλοποίησης.

Υπό αυτές τις συνθήκες, λαμβάνοντας υπόψη τις συμβατικές υποχρεώσεις στην Κίνα και την Ινδία, είναι απαραίτητο να επικεντρωθούν τα κεφάλαια στην ολοκλήρωση και επίδειξη για τις εγχώριες και ξένες αγορές ενός τυπικού ανταγωνιστικού VVER-1000 και την υλοποίηση ενός τεχνικού σχεδιασμού του VVER-1500 συγκρίσιμου σε όρους απόδοσης στο EPR.

Η αγορά (εγχώρια και εξωτερική) για καινοτόμους μικρούς πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής θα μπορούσε να είναι δυνητικά ευνοϊκή για τη Ρωσία. Τεράστια εγχώρια εμπειρία στην ανάπτυξη και δημιουργία πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής για τον στόλο ναυτικών και παγοθραυστικών (περισσότεροι από 500 πυρηνικοί αντιδραστήρες) και η μοναδικότητα των εγχώριων πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας νερού-νερού και υγρού μετάλλου (Pb-Bi), μαζί με η δυνητικά τεράστια αγορά ενέργειας των αναπτυσσόμενων χωρών, καθιστά αυτόν τον τομέα προτεραιότητα για τις εγχώριες και ξένες αγορές. Η Ρωσία είναι ένα ιδανικό πεδίο δοκιμών για την επίδειξη της αρμονικής ανάπτυξης παραδοσιακών πυρηνικών σταθμών (με μονάδες VVER-1000) και καινοτόμων εξελίξεων μικρών πυρηνικών σταθμών (ηλεκτρισμός, αφαλάτωση, θέρμανση). Ταυτόχρονα, μπορεί να αποδειχθεί η δυνατότητα μίσθωσης προμήθειας «προϊόντος» (πυρηνική μονάδα ισχύος, καύσιμο), παρά τεχνολογίας, που αποτελεί μία από τις δυνατότητες επίλυσης του προβλήματος της «μη διάδοσης».

Αποφασιστική εδώ μπορεί να είναι η δημιουργία μικρών μεταφερόμενων πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής (για παράδειγμα, πλωτών) με συνεχή περίοδο λειτουργίας (χωρίς υπερφόρτωση καθ' όλη την περίοδο λειτουργίας) ~ 10–20 ετών.

Ο ρόλος των αντιδραστήρων ταχέων νετρονίων για τη μελλοντική ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας ως βάση για την επίλυση του προβλήματος της προμήθειας καυσίμου με χρήση κλειστών κύκλων καυσίμου ουρανίου-πλουτωνίου και θορίου-ουρανίου είναι γενικά αναγνωρισμένος.

Ο ρόλος της ανάπτυξης και της εφαρμογής μιας νέας γενιάς αντιδραστήρων παραγωγής ταχέων πυρηνικών καυσίμων νετρονίων και νέων μεθόδων επανεπεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων για το κλείσιμο του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου και την επίλυση του προβλήματος της σχεδόν απεριόριστης προμήθειας καυσίμου για την πυρηνική ενέργεια είναι σημαντικός. Το αναγνωρισμένο προηγμένο επίπεδο τεχνολογίας ταχέων αντιδραστήρων στη Ρωσία, η μόνη χώρα που διαθέτει εμπορικό αντιδραστήρα αυτού του τύπου, σε συνδυασμό με την εμπειρία στην επανεπεξεργασία πυρηνικών καυσίμων, θα επιτρέψει μακροπρόθεσμα στη Ρωσία να διεκδικήσει τον ρόλο ενός από τους ηγέτες στην παγκόσμια πυρηνική ενέργεια , παρέχοντας υπηρεσίες για την παραγωγή και την επανεπεξεργασία πυρηνικών καυσίμων σε πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο, με ταυτόχρονη μείωση του κινδύνου διάδοσης πυρηνικών όπλων, συμπεριλαμβανομένης της ενεργειακής χρήσης πλουτωνίου «κατηγορίας όπλων».

Απαραίτητη και υποχρεωτική προϋπόθεση για την επίλυση αυτού του προβλήματος είναι, πρώτα απ 'όλα, η ανάπτυξη ενός εντελώς κλειστού κύκλου πυρηνικού καυσίμου, ο οποίος θα απαιτήσει αρκετά σοβαρές επενδύσεις σε:

συγκρότημα για την παραγωγή καυσίμου πλουτωνίου για ταχείς αντιδραστήρες και καυσίμου MOX για αντιδραστήρες VVER.
συγκρότημα επεξεργασίας καυσίμου πλουτωνίου.
συγκρότημα για την παραγωγή και επεξεργασία καυσίμου θορίου.

Το ζήτημα της κατασκευής πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής με BN-800 είναι επί του παρόντος δύσκολο να επιλυθεί. Η κατασκευή απαιτεί πολλά έξοδα. Τα ακόλουθα δίνονται ως επιχειρήματα υπέρ της ανάγκης για ταχεία κατασκευή του BN-800:

επεξεργασία καυσίμου ουρανίου-πλουτωνίου·
ενεργειακή χρήση του «πλεονάζοντος» πλουτωνίου οπλικής ποιότητας.
διατήρηση της γνώσης και της εμπειρίας στην ανάπτυξη ταχέων αντιδραστήρων στη Ρωσία.

Ταυτόχρονα, οι συγκεκριμένες επενδύσεις κεφαλαίου και το κόστος της παρεχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας για το BN-800 υπερβαίνουν σημαντικά εκείνα των πυρηνικών σταθμών με αντιδραστήρες VVER.

Επιπλέον, φαίνεται ακριβό να πραγματοποιηθεί ολόκληρο το συγκρότημα παραγωγής για να κλείσει ο κύκλος του καυσίμου και να χρησιμοποιηθεί μόνο για ένα BN-800.

Είναι αδύνατο να συνειδητοποιήσουμε πλήρως τα οφέλη της πυρηνικής ενέργειας χωρίς τη συμμετοχή της στην παραγωγή τεχνητού υγρού καυσίμου για μεταφορές και άλλες βιομηχανικές εφαρμογές. Η δημιουργία πυρηνικών σταθμών με αντιδραστήρες ηλίου υψηλής θερμοκρασίας είναι ένας τρόπος χρήσης της πυρηνικής ενέργειας για την παραγωγή υδρογόνου και η ευρεία χρήση της στην εποχή της οικονομίας του υδρογόνου. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, είναι απαραίτητο να ολοκληρωθεί η ανάπτυξη του έργου και να δημιουργηθεί μια μονάδα επίδειξης για την ανάπτυξη αντιδραστήρων υψηλής θερμοκρασίας ψύξης με ήλιο ικανών να παράγουν θερμότητα σε θερμοκρασίες έως 1000 ° C, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή αποδοτικότητα στον κύκλο του αεριοστροβίλου και για την παροχή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας σε υψηλή θερμοκρασία σε διαδικασίες παραγωγής υδρογόνου, καθώς και σε τεχνολογικές διεργασίες αφαλάτωσης νερού, χημικές, διυλιστήρια πετρελαίου, μεταλλουργικές και άλλες βιομηχανίες.

Οι περισσότεροι αναλυτές αναγνωρίζουν ότι οι προκλήσεις καινοτομίας της πυρηνικής ενέργειας πρέπει να αντιμετωπιστούν τις επόμενες δύο δεκαετίες προκειμένου να διασφαλιστεί η εμπορική εισαγωγή νέων τεχνολογιών στη δεκαετία του '30 αυτού του αιώνα.

Έτσι, σήμερα βρισκόμαστε αντιμέτωποι με μια επείγουσα ανάγκη ανάπτυξης και εφαρμογής τεχνολογικών καινοτομιών που διασφαλίζουν τη μακροπρόθεσμη και μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας της χώρας, πυρηνικές τεχνολογίες που διασφαλίζουν την υλοποίηση του ιστορικού τους ρόλου στο μέλλον της Ρωσίας. Η επίλυση αυτού του προβλήματος είναι αδύνατη από μόνη της. Απαιτείται ενεργή συνεργασία με την παγκόσμια πυρηνική κοινότητα. Ωστόσο, αυτή η παγκόσμια κοινότητα δείχνει την πρόθεσή της να μας αφήσει στην άκρη του πυρηνικού δρόμου.

Η ανάπτυξη καινοτόμων πυρηνικών τεχνολογιών είναι ένα δύσκολο έργο έντασης κεφαλαίου. Η λύση του είναι πέρα από τις δυνάμεις μιας χώρας. Ως εκ τούτου, η συνεργασία για την ανάπτυξη καινοτόμων πυρηνικών τεχνολογιών αναδύεται στην παγκόσμια κοινότητα - τόσο σε διακυβερνητικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο βιομηχανικών επιχειρήσεων. Είναι ενδεικτικό αυτού

σε σχέση με τη Συμφωνία για την ανάπτυξη συστημάτων πυρηνικής ενέργειας νέας γενιάς που υπεγράφη στις 28 Φεβρουαρίου 2005 από τις ΗΠΑ, την Αγγλία, τη Γαλλία, την Ιαπωνία και τον Καναδά: γρήγορος αντιδραστήρας ηλίου. γρήγορος αντιδραστήρας νατρίου. αντιδραστήρας γρήγορου μολύβδου. αντιδραστήρας λιωμένου άλατος; αντιδραστήρα ελαφρού νερού με υπερκρίσιμες παραμέτρους. αντιδραστήρα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας. Η Ρωσία, η οποία έχει μοναδική εμπειρία σε ορισμένες από αυτές τις τεχνολογίες, δεν συμμετέχει σε αυτή τη συνεργασία. Τι είναι αυτό: προσωρινός αφορισμός ή σταθερή θέση των δυτικών εταίρων μας;

ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ

Απαιτείται μια ενεργή κρατική πολιτική στο συγκρότημα καυσίμων και ενέργειας της χώρας, με στόχο τη διασφάλιση της ταχείας ανάπτυξης της πυρηνικής τεχνολογίας: με συγκέντρωση προσπαθειών και κεφαλαίων για αύξηση της κρατικής υποστήριξης στην επενδυτική πολιτική και σε καινοτόμα έργα πυρηνικής ενέργειας.

Είναι απαραίτητο να διαμορφωθούν χρηματοπιστωτικοί και οικονομικοί μηχανισμοί για την υποστήριξη και την τόνωση καινοτόμων δραστηριοτήτων στον τομέα της πυρηνικής ενέργειας.

Είναι προφανές ότι η αγορά, χωρίς πρόσθετα μέτρα κυβερνητικής ρύθμισης, δεν οδηγεί την οικονομία της χώρας σε αναπτυξιακή τροχιά υψηλής τεχνολογίας και η πυρηνική ενέργεια και ο κύκλος πυρηνικών καυσίμων είναι ένας από τους τομείς διαρθρωτικής αλλαγής στην οικονομία της χώρας. τεχνολογίες του 21ου αιώνα.

Φαίνεται απαραίτητο να αποκατασταθούν αποτελεσματικοί εταιρικοί δεσμοί στην αλυσίδα «επιστήμη – έργο – βιομηχανία» με βάση οικονομικές μεθόδους, ενισχύοντας παράλληλα τον ρόλο κορυφαίων κρατικών επιστημονικών κέντρων, που είναι και θα είναι «συλλογικοί εμπειρογνώμονες» που εγγυώνται την αρμοδιότητα αποφάσεων των κρατικών δομών στο στον τομέα της πυρηνικής τεχνολογίας.

Υπάρχει ανάγκη να δοθεί προτεραιότητα σε καινοτόμα έργα (συμπεριλαμβανομένης της ενεργού συμμετοχής Ρώσων εμπειρογνωμόνων στο διεθνές έργο INPRO του ΔΟΑΕ), να επικεντρωθούν οι προσπάθειες (οικονομικές και οργανωτικές) σε τεχνολογίες και επιτεύγματα που μπορούν να δώσουν στη Ρωσία μια αξιόλογη θέση στη διεθνή αγορά πυρηνικής τεχνολογίας και να επεκτείνει τις εξαγωγικές δυνατότητες της χώρας. Είναι απαραίτητο να καθιερωθεί διεθνής συνεργασία για την ανάπτυξη πυρηνικών συστημάτων νέας γενιάς.

Είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η συσσώρευση, διατήρηση και μεταφορά γνώσης και εμπειρίας στον πυρηνικό τομέα, με την ενεργό συμμετοχή ερευνητών στην πυρηνική βιομηχανία μέσω οικονομικών (οικονομικών κ.λπ.) και οργανωτικών κινήτρων για φοιτητές, μεταπτυχιακούς φοιτητές και την προσέλκυση κορυφαίοι μηχανικοί, ερευνητές και επιστήμονες που θα εργαστούν στα «πρωταγωνιστικά» πυρηνικά πανεπιστήμια και τμήματα της χώρας: MEPhI, OIATE, MVTU, MPEI, MIPT, MAI, MSU κ.λπ. Η πρακτική εφαρμογή του έργου της διατήρησης της πυρηνικής γνώσης και εμπειρίας να επιτευχθεί μέσω της ανάπτυξης, έγκρισης και εφαρμογής ενός «εθνικού προγράμματος» στον τομέα αυτό, της δημιουργίας γνώσης και τεχνολογίας του Ρωσικού Πυρηνικού Κέντρου (ολοκληρωμένο επιστημονικό και εκπαιδευτικό κέντρο).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Τα μακροπρόθεσμα συμφέροντα της ενέργειας και της εθνικής ασφάλειας της Ρωσίας, καθώς και η βιώσιμη ανάπτυξη της χώρας, απαιτούν αύξηση του μεριδίου της πυρηνικής ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, υδρογόνου, βιομηχανικής και οικιακής θερμότητας. Η τεράστια τεχνολογική εμπειρία και το επιστημονικό και τεχνικό δυναμικό που έχουν συσσωρευτεί πάνω από 50 χρόνια πυρηνικής ενέργειας στη χώρα επιτρέπουν στη Ρωσία, υπό κατάλληλες συνθήκες και πολιτική καινοτομίας, να φτάσει στο «πυρηνικό προσκήνιο» και να γίνει ένας από τους ηγέτες της επόμενης πυρηνικής εποχής προς όφελος των ανθρώπων της, καθώς και κορυφαίος προμηθευτής πυρηνικών τεχνολογιών, εξοπλισμού, γνώσης και εμπειρίας στις αναπτυσσόμενες χώρες.

Βασικές πυρηνικές τεχνολογίες Οι πυρηνικές τεχνολογίες είναι τεχνολογίες που βασίζονται στην εκδήλωση πυρηνικών αντιδράσεων, καθώς και τεχνολογίες που στοχεύουν στην αλλαγή των ιδιοτήτων και της επεξεργασίας υλικών που περιέχουν ραδιενεργά στοιχεία ή στοιχεία στα οποία συμβαίνουν πυρηνικές αντιδράσεις Τεχνολογίες πυρηνικής ενέργειας: - Τεχνολογίες πυρηνικών αντιδραστήρων που χρησιμοποιούν θερμικά νετρόνια -Τεχνολογίες πυρηνικών αντιδραστήρων ταχέων νετρονίων -Τεχνολογίες πυρηνικών αντιδραστήρων υψηλής και υπερυψηλής θερμοκρασίας

Πυρηνικές χημικές τεχνολογίες: - Τεχνολογίες πυρηνικών πρώτων υλών και πυρηνικών καυσίμων - Τεχνολογίες υλικών πυρηνικής τεχνολογίας Πυρηνικές τεχνολογίες εμπλουτισμού ισοτόπων και παραγωγής μονοϊσοτοπικών και ουσιών υψηλής καθαρότητας: - Τεχνολογίες διάχυσης αερίων - Τεχνολογίες φυγοκέντρησης - Τεχνολογίες λέιζερ Πυρηνικές ιατρικές τεχνολογίες

Η αύξηση του πληθυσμού και η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας στον κόσμο, μια οξεία έλλειψη ενέργειας, η οποία θα αυξηθεί μόνο καθώς οι φυσικοί πόροι εξαντλούνται και η ζήτηση για αυτήν αυξάνεται ταχύτερα. Αύξηση του ανταγωνισμού για περιορισμένους και άνισα κατανεμημένους πόρους ορυκτών καυσίμων. επιδείνωση ενός συνόλου περιβαλλοντικών προβλημάτων και αύξηση των περιβαλλοντικών περιορισμών· αυξανόμενη εξάρτηση από την ασταθή κατάσταση στις περιοχές των χωρών εξαγωγής πετρελαίου και τη σταδιακή αύξηση των τιμών των υδρογονανθράκων· Προβλέψεις που είναι αμετάβλητες για την πραγματοποίηση προβλέψεων στον τομέα των μελλοντικών σεναρίων:

Η αυξανόμενη διαφορά στο επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας των πλουσιότερων και φτωχότερων χωρών, η διαφορά στα επίπεδα κατανάλωσης ενέργειας των διαφορετικών χωρών, δημιουργώντας δυνατότητες κοινωνικής σύγκρουσης. έντονος ανταγωνισμός μεταξύ προμηθευτών τεχνολογίας για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής· την ανάγκη να επεκταθεί το πεδίο εφαρμογής των πυρηνικών τεχνολογιών και η μεγάλης κλίμακας ενεργειακή τεχνολογία χρήσης πυρηνικών αντιδραστήρων για περιοχές παραγωγής· την ανάγκη πραγματοποίησης διαρθρωτικών αλλαγών και μεταρρυθμίσεων στις δύσκολες συνθήκες της οικονομίας της αγοράς κ.λπ. Προβλέψεις που είναι ακλόνητες για την πραγματοποίηση προβλέψεων στον τομέα των μελλοντικών σεναρίων:

Μερίδια χωρών στις παγκόσμιες εκπομπές CO 2 ΗΠΑ - 24,6% Κίνα - 13% Ρωσία - 6,4% Ιαπωνία - 5% Ινδία - 4% Γερμανία - 3,8%. Ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτρικής ισχύος 1 GW εξοικονομεί 7 εκατομμύρια τόνους εκπομπών CO 2 ετησίως σε σύγκριση με θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση άνθρακα και 3,2 εκατομμύρια τόνους εκπομπές CO 2 σε σύγκριση με θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση αερίου.

Πυρηνική εξέλιξη Υπάρχουν περίπου 440 εμπορικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν σε όλο τον κόσμο. Τα περισσότερα από αυτά βρίσκονται στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία, τη Ρωσία, τη Νότια Κορέα, τον Καναδά, την Ινδία, την Ουκρανία και την Κίνα. Ο ΔΟΑΕ εκτιμά ότι τουλάχιστον 60 ακόμη αντιδραστήρες θα συνδεθούν εντός 15 ετών. Παρά την ποικιλία τύπων και μεγεθών, υπάρχουν μόνο τέσσερις κύριες κατηγορίες αντιδραστήρων: Γενιά 1 - οι αντιδραστήρες αυτής της γενιάς αναπτύχθηκαν τις δεκαετίες του 1950 και του 1960 και είναι τροποποιημένοι και διευρυμένοι πυρηνικοί αντιδραστήρες για στρατιωτικούς σκοπούς, που προορίζονται για την πρόωση υποβρυχίων ή για την παραγωγή πλουτωνίου Γενιά 2 – η συντριπτική πλειονότητα των αντιδραστήρων σε εμπορική λειτουργία ανήκει σε αυτήν την ταξινόμηση. Γενιά 3 – αντιδραστήρες αυτής της κατηγορίας τίθενται επί του παρόντος σε λειτουργία σε ορισμένες χώρες, κυρίως στην Ιαπωνία. Γενιά 4 – περιλαμβάνει αντιδραστήρες που βρίσκονται σε στάδιο ανάπτυξης και οι οποίοι σχεδιάζονται να τεθούν σε κυκλοφορία σε λίγα χρόνια.

Πυρηνική εξέλιξη Οι αντιδραστήρες Γενιάς 3 ονομάζονται «προηγμένοι αντιδραστήρες». Τρεις τέτοιοι αντιδραστήρες λειτουργούν ήδη στην Ιαπωνία και περισσότεροι βρίσκονται υπό ανάπτυξη ή κατασκευή. Υπάρχουν περίπου είκοσι διαφορετικοί τύποι αντιδραστήρων αυτής της γενιάς υπό ανάπτυξη. Τα περισσότερα από αυτά είναι «εξελικτικά» μοντέλα, που αναπτύχθηκαν με βάση αντιδραστήρες δεύτερης γενιάς, με αλλαγές που έγιναν με βάση καινοτόμες προσεγγίσεις. Σύμφωνα με την Παγκόσμια Ένωση Πυρηνικών, η Γενιά 3 χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα σημεία: Ένας τυποποιημένος σχεδιασμός για κάθε τύπο αντιδραστήρα επιτρέπει την επιτάχυνση της διαδικασίας αδειοδότησης, τη μείωση του κόστους των πάγιων στοιχείων ενεργητικού και τη διάρκεια των κατασκευαστικών εργασιών. Απλοποιημένος και πιο στιβαρός σχεδιασμός, καθιστώντας τους ευκολότερους στο χειρισμό και λιγότερο επιρρεπείς σε αστοχίες κατά τη λειτουργία. Υψηλή διαθεσιμότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής - περίπου εξήντα χρόνια. Μείωση της πιθανότητας ατυχημάτων με τήξη του πυρήνα Ελάχιστες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Βαθιά εξάντληση καυσίμου για μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και της σπατάλης παραγωγής. Γενιά 3

Πυρηνικοί αντιδραστήρες τρίτης γενιάς Ευρωπαϊκός αντιδραστήρας υπό πίεση νερού (EPR) Το EPR είναι ένα μοντέλο που αναπτύχθηκε από το γαλλικό N4 και το γερμανικό KONVOI, σχέδια δεύτερης γενιάς που παραγγέλθηκαν στη Γαλλία και τη Γερμανία. Modular Reactor (PBMR) Ball Bed Modular Reactor (PBMR) Ο PBMR είναι ένας αντιδραστήρας υψηλής θερμοκρασίας ψύξης αερίου (HTGR). Αντιδραστήρας υπό πίεση νερού Διατίθενται οι ακόλουθοι τύποι σχεδίων μεγάλων αντιδραστήρων: APWR (αναπτύχθηκε από τη Mitsubishi και τη Westinghouse), APWR+ (ιαπωνική Mitsubishi), EPR (γαλλικό Framatome ANP), AP-1000 (American Westinghouse), KSNP+ και APR-140 εταιρείες) και CNP-1000 (China National Nuclear Corporation). Στη Ρωσία, οι εταιρείες Atomenergoproekt και Gidropress έχουν αναπτύξει ένα βελτιωμένο VVER-1200.

Έννοιες αντιδραστήρα που επιλέχθηκαν για τη Γενιά 4 GFR - Γρήγορος αντιδραστήρας αερίου ψύξης LFRLΤαχύς αντιδραστήρας με ψύξη με μόλυβδο MSR - Αντιδραστήρας λιωμένου άλατος: Το καύσιμο ουρανίου τήκεται σε άλας φθοριούχου νατρίου που κυκλοφορεί μέσω των καναλιών γραφίτη του πυρήνα. Η θερμότητα που παράγεται στο τετηγμένο αλάτι απομακρύνεται στο δευτερεύον κύκλωμα Γρήγορος αντιδραστήρας ψύξης νατρίου VHTR - Αντιδραστήρας εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας: Ισχύς αντιδραστήρα 600 MW, πυρήνας ψύχεται με ήλιο, συντονιστής γραφίτη. Θεωρείται ως το πιο πολλά υποσχόμενο και πολλά υποσχόμενο σύστημα που στοχεύει στην παραγωγή υδρογόνου. Η παραγωγή ενέργειας VHTR αναμένεται να γίνει ιδιαίτερα αποδοτική.

Η επιστημονική έρευνα είναι η βάση για τη δραστηριότητα και την ανάπτυξη της πυρηνικής βιομηχανίας Όλες οι πρακτικές δραστηριότητες της πυρηνικής ενέργειας βασίζονται στα αποτελέσματα θεμελιώδους και εφαρμοσμένης έρευνας για τις ιδιότητες της ύλης Θεμελιώδης έρευνα: θεμελιώδεις ιδιότητες και δομή της ύλης, νέες πηγές ενέργειας στο επίπεδο θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων Έρευνα και έλεγχος των ιδιοτήτων των υλικών - Επιστήμη των υλικών ακτινοβολίας, δημιουργία δομικών χάλυβων, κραμάτων και σύνθετων υλικών ανθεκτικών στη διάβρωση, ανθεκτικών στη θερμότητα, ανθεκτικών στην ακτινοβολία

Η επιστημονική έρευνα είναι η βάση για τη δραστηριότητα και την ανάπτυξη της πυρηνικής βιομηχανίας Σχεδιασμός, σχεδιασμός, τεχνολογία. Δημιουργία συσκευών, εξοπλισμού, αυτοματισμών, διαγνωστικών, ελέγχου (γενικής, μεσαίας και μηχανικής ακριβείας, κατασκευή οργάνων) Μοντελοποίηση διαδικασιών. Ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων, μεθόδων υπολογισμού και αλγορίθμων. Ανάπτυξη παράλληλων υπολογιστικών μεθόδων για τη διεξαγωγή νετρονικών, θερμοδυναμικών, μηχανικών, χημικών και άλλων υπολογιστικών μελετών με χρήση υπερυπολογιστών

AE μεσοπρόθεσμα Ο κόσμος αναμένεται να διπλασιάσει την ικανότητα πυρηνικής ενέργειας έως το 2030. Η αναμενόμενη αύξηση της ικανότητας πυρηνικής ενέργειας μπορεί να επιτευχθεί με βάση την περαιτέρω ανάπτυξη των τεχνολογιών των αντιδραστήρων θερμικών νετρονίων και του κύκλου πυρηνικού καυσίμου ανοιχτού βρόχου Τα κύρια προβλήματα του σύγχρονου πυρηνικού οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής σχετίζονται με τη συσσώρευση αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου (αυτό δεν είναι ραδιενεργά απόβλητα!) και τον κίνδυνο διάδοσης στον κόσμο των ευαίσθητων τεχνολογιών του κύκλου πυρηνικών καυσίμων και των πυρηνικών υλικών

Καθήκοντα για τη δημιουργία μιας τεχνολογικής βάσης για πυρηνικούς σταθμούς μεγάλης κλίμακας Ανάπτυξη και εφαρμογή αντιδραστήρων ταχείας αναπαραγωγής νετρονίων σε πυρηνικούς σταθμούς Ολοκληρωμένο κλείσιμο του κύκλου πυρηνικού καυσίμου σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής για όλα τα σχάσιμα υλικά Οργάνωση ενός δικτύου διεθνών πυρηνικών καυσίμων και ενέργειας κέντρα για την παροχή μιας σειράς υπηρεσιών στον τομέα του κύκλου πυρηνικών καυσίμων Ανάπτυξη και υλοποίηση αντιδραστήρων σε πυρηνικούς σταθμούς για βιομηχανική παροχή θερμότητας, παραγωγή υδρογόνου, αφαλάτωση νερού και άλλους σκοπούς Εφαρμογή ενός βέλτιστου συστήματος για την ανακύκλωση εξαιρετικά ραδιοτοξικών δευτερευόντων ακτινιδών στην πυρηνική ενέργεια φυτά

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Κατά την οξείδωση του μεθανίου σε έναν καταλύτη νικελίου, είναι δυνατές οι ακόλουθες κύριες αντιδράσεις: CH 4 + H 2 O CO + ZH 2 – 206 kJ CH 4 + CO 2 2CO + 2H 2 – 248 kJ CH 4 + 0,5 O 2 CO + 2H kJ CO + H 2 O CO 2 + N kJ Η μετατροπή σε υψηλή θερμοκρασία πραγματοποιείται απουσία καταλυτών σε θερμοκρασίες °C και πιέσεις έως 3035 kgf/cm 2 ή 33,5 Mn/m 2. Στην περίπτωση αυτή, λαμβάνει χώρα σχεδόν πλήρης οξείδωση του μεθανίου και άλλων υδρογονανθράκων με οξυγόνο σε CO και H 2.

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Αναγωγή του σιδήρου από μετάλλευμα: 3CO + Fe 2 O 3 2Fe + 3CO 2 Το υδρογόνο είναι ικανό να αναγάγει πολλά μέταλλα από τα οξείδια τους (όπως σίδηρο (Fe), νικέλιο (Ni), μόλυβδο (Pb), βολφράμιο (W) , χαλκός (Cu), κ.λπ.). Έτσι, όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία °C και άνω, ο σίδηρος (Fe) ανάγεται με υδρογόνο από οποιοδήποτε από τα οξείδια του, για παράδειγμα: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Συμπέρασμα Παρά όλα τα προβλήματά της, η Ρωσία παραμένει μια μεγάλη «πυρηνική» δύναμη, τόσο από άποψη στρατιωτικής ισχύος όσο και από άποψη δυναμικού οικονομικής ανάπτυξης (πυρηνική τεχνολογία στη ρωσική οικονομία). Η πυρηνική ασπίδα είναι εγγυητής της ανεξάρτητης οικονομικής πολιτικής και της σταθερότητας της Ρωσίας σε όλο τον κόσμο. Η επιλογή της πυρηνικής βιομηχανίας ως κινητήρα της οικονομίας θα επιτρέψει καταρχάς να ανέβουν σε ένα αξιοπρεπές επίπεδο η μηχανολογία, η κατασκευή οργάνων, ο αυτοματισμός και τα ηλεκτρονικά κ.λπ., κατά το οποίο θα υπάρξει μια φυσική μετάβαση από την ποσότητα στην ποιότητα.

Οι αντιδραστήρες 3ης γενιάς ονομάζονται «προηγμένοι αντιδραστήρες». Τρεις τέτοιοι αντιδραστήρες λειτουργούν ήδη στην Ιαπωνία και περισσότεροι βρίσκονται υπό ανάπτυξη ή κατασκευή. Υπάρχουν περίπου είκοσι διαφορετικοί τύποι αντιδραστήρων αυτής της γενιάς υπό ανάπτυξη. Τα περισσότερα από αυτά είναι «εξελικτικά» μοντέλα, που αναπτύχθηκαν με βάση αντιδραστήρες δεύτερης γενιάς, με αλλαγές που έγιναν με βάση καινοτόμες προσεγγίσεις. Σύμφωνα με την Παγκόσμια Ένωση Πυρηνικών, η Γενιά 3 χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα σημεία: Ένας τυποποιημένος σχεδιασμός για κάθε τύπο αντιδραστήρα επιτρέπει ταχύτερη διαδικασία αδειοδότησης, μειώνοντας το κόστος των παγίων στοιχείων ενεργητικού και τη διάρκεια των κατασκευαστικών εργασιών. Απλοποιημένος και πιο στιβαρός σχεδιασμός, καθιστώντας τους ευκολότερους στο χειρισμό και λιγότερο επιρρεπείς σε αστοχίες κατά τη λειτουργία. Υψηλή διαθεσιμότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής - περίπου εξήντα χρόνια. Μείωση της πιθανότητας ατυχημάτων με τήξη του πυρήνα Ελάχιστες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Βαθιά εξάντληση καυσίμου για μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και της σπατάλης παραγωγής.

Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια δέσμευσης κάθε νουκλεονίου με άλλα εξαρτάται από τον συνολικό αριθμό των νουκλεονίων στον πυρήνα, όπως φαίνεται στο γράφημα στα δεξιά. Το γράφημα δείχνει ότι για τους ελαφρούς πυρήνες, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των νουκλεονίων, η ενέργεια δέσμευσης αυξάνεται και για τους βαρείς πυρήνες μειώνεται. Εάν προσθέσετε νουκλεόνια σε ελαφρούς πυρήνες ή αφαιρέσετε νουκλεόνια από βαριά άτομα, αυτή η διαφορά στην ενέργεια δέσμευσης θα απελευθερωθεί ως η κινητική ενέργεια των σωματιδίων που απελευθερώνονται ως αποτέλεσμα αυτών των ενεργειών. Η κινητική ενέργεια (ενέργεια κίνησης) των σωματιδίων μετατρέπεται σε θερμική κίνηση των ατόμων μετά τη σύγκρουση των σωματιδίων με τα άτομα. Έτσι η πυρηνική ενέργεια εκδηλώνεται με τη μορφή θερμότητας.

Μια αλλαγή στη σύνθεση ενός πυρήνα ονομάζεται πυρηνικός μετασχηματισμός ή πυρηνική αντίδραση. Μια πυρηνική αντίδραση με αύξηση του αριθμού των νουκλεονίων στον πυρήνα ονομάζεται θερμοπυρηνική αντίδραση ή πυρηνική σύντηξη. Μια πυρηνική αντίδραση με μείωση του αριθμού των νουκλεονίων στον πυρήνα ονομάζεται πυρηνική διάσπαση ή πυρηνική σχάση.

Πυρηνική διάσπαση

Η πυρηνική σχάση μπορεί να είναι αυθόρμητη (αυθόρμητη) ή να προκληθεί από εξωτερικές επιρροές (επαγόμενη).

Αυθόρμητη σχάση

Η σύγχρονη επιστήμη πιστεύει ότι όλα τα χημικά στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο συντέθηκαν ως αποτέλεσμα θερμοπυρηνικών αντιδράσεων μέσα στα αστέρια. Ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων, ο πυρήνας μπορεί να είναι σταθερός ή να τείνει να διαιρείται αυθόρμητα σε πολλά μέρη. Μετά το τέλος της ζωής των αστεριών, σταθερά άτομα σχημάτισαν τον κόσμο που γνωρίζουμε και τα ασταθή άτομα σταδιακά αποσυντέθηκαν πριν από το σχηματισμό σταθερών. Στη Γη μέχρι σήμερα, μόνο δύο τέτοιες ασταθείς ουσίες έχουν επιβιώσει σε βιομηχανικές ποσότητες ( ραδιενεργός) χημικά στοιχεία - ουράνιο και θόριο. Άλλα ασταθή στοιχεία παράγονται τεχνητά σε επιταχυντές ή αντιδραστήρες.

Αλυσιδωτή αντίδραση

Μερικοί βαρείς πυρήνες συνδέονται εύκολα με ένα εξωτερικό ελεύθερο νετρόνιο, γίνονται ασταθείς και διασπώνται, εκπέμποντας αρκετά νέα ελεύθερα νετρόνια. Με τη σειρά τους, αυτά τα απελευθερωμένα νετρόνια μπορούν να εισέλθουν στους γειτονικούς πυρήνες και επίσης να προκαλέσουν τη διάσπασή τους με την απελευθέρωση περαιτέρω ελεύθερων νετρονίων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση. Για να συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν συγκεκριμένες συνθήκες: να συγκεντρωθεί σε ένα μέρος μια αρκετά μεγάλη ποσότητα μιας ουσίας ικανής για αλυσιδωτή αντίδραση. Η πυκνότητα και ο όγκος αυτής της ουσίας πρέπει να είναι επαρκής ώστε τα ελεύθερα νετρόνια να μην έχουν χρόνο να φύγουν από την ουσία, αλληλεπιδρώντας με πυρήνες με μεγάλη πιθανότητα. Αυτή η πιθανότητα χαρακτηρίζεται συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων. Όταν ο όγκος, η πυκνότητα και η διαμόρφωση της ουσίας επιτρέπουν στον παράγοντα πολλαπλασιασμού των νετρονίων να φτάσει σε ενότητα, θα ξεκινήσει μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση και η μάζα της σχάσιμης ουσίας θα ονομάζεται κρίσιμη μάζα. Φυσικά, κάθε αποσύνθεση σε αυτή την αλυσίδα οδηγεί στην απελευθέρωση ενέργειας.

Οι άνθρωποι έχουν μάθει να πραγματοποιούν αλυσιδωτές αντιδράσεις σε ειδικές δομές. Ανάλογα με τον απαιτούμενο ρυθμό αλυσιδωτής αντίδρασης και την παραγωγή θερμότητας, αυτά τα σχέδια ονομάζονται πυρηνικά όπλα ή πυρηνικοί αντιδραστήρες. Στα πυρηνικά όπλα, πραγματοποιείται μια ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση που μοιάζει με χιονοστιβάδα με τον μέγιστο δυνατό συντελεστή πολλαπλασιασμού νετρονίων προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη απελευθέρωση ενέργειας πριν συμβεί η θερμική καταστροφή της δομής. Στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, προσπαθούν να επιτύχουν μια σταθερή ροή νετρονίων και απελευθέρωση θερμότητας, έτσι ώστε ο αντιδραστήρας να εκτελεί τα καθήκοντά του και να μην καταρρέει από υπερβολικά θερμικά φορτία. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση.

Ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση

Στους πυρηνικούς αντιδραστήρες δημιουργούνται συνθήκες για ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση. Όπως είναι σαφές από την έννοια της αλυσιδωτής αντίδρασης, ο ρυθμός της μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας τον παράγοντα πολλαπλασιασμού νετρονίων. Για να γίνει αυτό, μπορείτε να αλλάξετε διάφορες παραμέτρους σχεδιασμού: την πυκνότητα της σχάσιμης ουσίας, το ενεργειακό φάσμα των νετρονίων, να εισάγετε ουσίες που απορροφούν νετρόνια, να προσθέσετε νετρόνια από εξωτερικές πηγές κ.λπ.

Ωστόσο, η αλυσιδωτή αντίδραση είναι μια πολύ γρήγορη διαδικασία που μοιάζει με χιονοστιβάδα, είναι σχεδόν αδύνατο να την ελέγξουμε με αξιοπιστία. Επομένως, για τον έλεγχο της αλυσιδωτής αντίδρασης, τα καθυστερημένα νετρόνια έχουν μεγάλη σημασία - τα νετρόνια που σχηματίζονται κατά την αυθόρμητη διάσπαση ασταθών ισοτόπων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα των πρωτογενών διασπάσεων του σχάσιμου υλικού. Ο χρόνος από την πρωτογενή διάσπαση έως τα καθυστερημένα νετρόνια ποικίλλει από χιλιοστά του δευτερολέπτου σε λεπτά και το μερίδιο των καθυστερημένων νετρονίων στο ισοζύγιο νετρονίων του αντιδραστήρα φτάνει σε λίγα τοις εκατό. Τέτοιες χρονικές τιμές καθιστούν ήδη δυνατή τη ρύθμιση της διαδικασίας χρησιμοποιώντας μηχανικές μεθόδους. Ο παράγοντας πολλαπλασιασμού νετρονίων, λαμβάνοντας υπόψη τα καθυστερημένα νετρόνια, ονομάζεται αποτελεσματικός παράγοντας πολλαπλασιασμού νετρονίων και αντί για την κρίσιμη μάζα, εισήχθη η έννοια της αντιδραστικότητας του πυρηνικού αντιδραστήρα.

Η δυναμική μιας ελεγχόμενης αλυσιδωτής αντίδρασης επηρεάζεται επίσης από άλλα προϊόντα σχάσης, μερικά από τα οποία μπορούν να απορροφήσουν αποτελεσματικά τα νετρόνια (τα λεγόμενα δηλητήρια νετρονίων). Μόλις ξεκινήσει η αλυσιδωτή αντίδραση, συσσωρεύονται στον αντιδραστήρα, μειώνοντας τον αποτελεσματικό παράγοντα πολλαπλασιασμού νετρονίων και την αντιδραστικότητα του αντιδραστήρα. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, εμφανίζεται μια ισορροπία στη συσσώρευση και αποσύνθεση τέτοιων ισοτόπων και ο αντιδραστήρας μπαίνει σε σταθερή λειτουργία. Εάν ο αντιδραστήρας κλείσει, τα δηλητήρια νετρονίων παραμένουν στον αντιδραστήρα για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθιστώντας δύσκολη την επανεκκίνηση. Η χαρακτηριστική διάρκεια ζωής των δηλητηρίων νετρονίων στην αλυσίδα διάσπασης του ουρανίου είναι έως και μισή ημέρα. Τα δηλητήρια νετρονίων εμποδίζουν τους πυρηνικούς αντιδραστήρες να αλλάζουν γρήγορα ισχύ.

Πυρηνική σύντηξη

Φάσμα νετρονίων

Η κατανομή των ενεργειών νετρονίων σε μια ροή νετρονίων συνήθως ονομάζεται φάσμα νετρονίων. Η ενέργεια νετρονίων καθορίζει το μοτίβο αλληλεπίδρασης του νετρονίου με τον πυρήνα. Είναι σύνηθες να διακρίνουμε διάφορες περιοχές ενέργειας νετρονίων, από τις οποίες τα ακόλουθα είναι σημαντικά για τις πυρηνικές τεχνολογίες:

Θερμικά νετρόνια. Ονομάζονται έτσι επειδή βρίσκονται σε ενεργειακή ισορροπία με τις θερμικές δονήσεις των ατόμων και δεν μεταφέρουν την ενέργειά τους σε αυτά κατά τις ελαστικές αλληλεπιδράσεις.
Συντονιζόμενα νετρόνια. Ονομάζονται έτσι επειδή η διατομή για την αλληλεπίδραση ορισμένων ισοτόπων με νετρόνια αυτών των ενεργειών έχει έντονες ανωμαλίες.
Γρήγορα νετρόνια. Τα νετρόνια αυτών των ενεργειών παράγονται συνήθως από πυρηνικές αντιδράσεις.

Άμεσα και καθυστερημένα νετρόνια

Η αλυσιδωτή αντίδραση είναι μια πολύ γρήγορη διαδικασία. Η διάρκεια ζωής μιας γενιάς νετρονίων (δηλαδή ο μέσος χρόνος από την εμφάνιση ενός ελεύθερου νετρονίου έως την απορρόφησή του από το επόμενο άτομο και τη γέννηση των επόμενων ελεύθερων νετρονίων) είναι πολύ μικρότερος από ένα μικροδευτερόλεπτο. Τέτοια νετρόνια ονομάζονται prompt. Σε μια αλυσιδωτή αντίδραση με συντελεστή πολλαπλασιασμού 1,1, μετά από 6 μs ο αριθμός των εντολών νετρονίων και η ενέργεια που απελευθερώνεται θα αυξηθούν κατά 10 26 φορές. Είναι αδύνατο να διαχειριστεί κανείς αξιόπιστα μια τόσο γρήγορη διαδικασία. Επομένως, τα καθυστερημένα νετρόνια έχουν μεγάλη σημασία για μια ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση. Τα καθυστερημένα νετρόνια προκύπτουν από την αυθόρμητη διάσπαση των θραυσμάτων σχάσης που παραμένουν μετά από πρωτογενείς πυρηνικές αντιδράσεις.

Επιστήμη υλικών

Ισότοπα

Στη γύρω φύση, οι άνθρωποι συνήθως συναντούν τις ιδιότητες των ουσιών που καθορίζονται από τη δομή των ηλεκτρονικών κελυφών των ατόμων. Για παράδειγμα, είναι τα κελύφη ηλεκτρονίων που είναι εξ ολοκλήρου υπεύθυνα για τις χημικές ιδιότητες του ατόμου. Επομένως, πριν από την πυρηνική εποχή, η επιστήμη δεν διαχώριζε τις ουσίες με τη μάζα του πυρήνα, αλλά μόνο με το ηλεκτρικό του φορτίο. Ωστόσο, με την έλευση της πυρηνικής τεχνολογίας, έγινε σαφές ότι όλα τα γνωστά απλά χημικά στοιχεία έχουν πολλές - μερικές φορές δεκάδες - ποικιλίες με διαφορετικό αριθμό νετρονίων στον πυρήνα και, κατά συνέπεια, εντελώς διαφορετικές πυρηνικές ιδιότητες. Αυτές οι ποικιλίες ονομάστηκαν ισότοπα χημικών στοιχείων. Τα περισσότερα φυσικά χημικά στοιχεία είναι μείγματα πολλών διαφορετικών ισοτόπων.

Η συντριπτική πλειοψηφία των γνωστών ισοτόπων είναι ασταθή και δεν υπάρχουν στη φύση. Λαμβάνονται τεχνητά για μελέτη ή χρήση στην πυρηνική τεχνολογία. Ο διαχωρισμός μιγμάτων ισοτόπων ενός χημικού στοιχείου, η τεχνητή παραγωγή ισοτόπων και η μελέτη των ιδιοτήτων αυτών των ισοτόπων είναι μερικά από τα κύρια καθήκοντα της πυρηνικής τεχνολογίας.

Σχάσιμα υλικά

Ορισμένα ισότοπα είναι ασταθή και αποσυντίθενται. Ωστόσο, η διάσπαση δεν συμβαίνει αμέσως μετά τη σύνθεση του ισοτόπου, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα χαρακτηριστικό αυτού του ισοτόπου, που ονομάζεται χρόνος ημιζωής. Από το όνομα είναι προφανές ότι αυτός είναι ο χρόνος κατά τον οποίο οι μισοί από τους υπάρχοντες πυρήνες ενός ασταθούς ισοτόπου αποσυντίθενται.

Ασταθή ισότοπα δεν βρίσκονται σχεδόν ποτέ στη φύση, αφού ακόμη και τα μακροβιότερα κατάφεραν να αποσυντεθούν πλήρως στα δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τη σύνθεση των ουσιών γύρω μας στον θερμοπυρηνικό κλίβανο ενός μακροχρόνιου εξαφανισμένου άστρου. Υπάρχουν μόνο τρεις εξαιρέσεις: πρόκειται για δύο ισότοπα ουρανίου (ουράνιο-235 και ουράνιο-238) και ένα ισότοπο θορίου - θόριο-232. Εκτός από αυτά, στη φύση μπορείτε να βρείτε ίχνη άλλων ασταθών ισοτόπων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα φυσικών πυρηνικών αντιδράσεων: τη διάσπαση αυτών των τριών εξαιρέσεων και την επίδραση των κοσμικών ακτίνων στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Τα ασταθή ισότοπα αποτελούν τη βάση σχεδόν όλων των πυρηνικών τεχνολογιών.

Υποστήριξη της αλυσιδωτής αντίδρασης

Ξεχωριστά, υπάρχει μια ομάδα ασταθών ισοτόπων που είναι πολύ σημαντικά για την πυρηνική τεχνολογία και ικανά να διατηρήσουν μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. Για να διατηρηθεί μια αλυσιδωτή αντίδραση, το ισότοπο πρέπει να απορροφήσει καλά τα νετρόνια, ακολουθούμενη από διάσπαση, με αποτέλεσμα το σχηματισμό πολλών νέων ελεύθερων νετρονίων. Η ανθρωπότητα είναι απίστευτα τυχερή που ανάμεσα στα ασταθή ισότοπα που διατηρούνται στη φύση σε βιομηχανικές ποσότητες υπήρχε ένα που υποστηρίζει μια αλυσιδωτή αντίδραση: το ουράνιο-235. Δύο άλλα φυσικά ισότοπα (ουράνιο-238 και θόριο-232) μπορούν σχετικά εύκολα να μετατραπούν σε ισότοπα αλυσιδωτής αντίδρασης (πλουτώνιο-239 και ουράνιο-233, αντίστοιχα). Οι τεχνολογίες για τη συμμετοχή του ουρανίου-238 στη βιομηχανική ενέργεια βρίσκονται επί του παρόντος σε δοκιμαστική λειτουργία ως μέρος του κλεισίματος του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου. Οι τεχνολογίες για τη συμμετοχή του θορίου-232 περιορίζονται στην έρευνα και την ανάπτυξη.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

Απορροφητές νετρονίων, συντονιστές και ανακλαστήρες

Για τη λήψη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης και τον έλεγχο της, τα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης των υλικών με τα νετρόνια είναι πολύ σημαντικά. Υπάρχουν τρεις κύριες ιδιότητες νετρονίων των υλικών: μέτρο νετρονίων, απορρόφηση νετρονίων και ανάκλαση νετρονίων.

Κατά τη διάρκεια της ελαστικής σκέδασης, το διάνυσμα κίνησης νετρονίων αλλάζει. Εάν περιβάλετε τον πυρήνα του αντιδραστήρα ή το πυρηνικό φορτίο με μια ουσία με μεγάλη διατομή σκέδασης, τότε με κάποια πιθανότητα το νετρόνιο που εκπέμπεται από τη ζώνη της αλυσιδωτής αντίδρασης θα ανακλαστεί πίσω και δεν θα χαθεί. Επίσης, ουσίες που αντιδρούν με νετρόνια για να σχηματίσουν νέα νετρόνια, για παράδειγμα το ουράνιο-235, χρησιμοποιούνται ως ανακλαστήρες νετρονίων. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει επίσης μια σημαντική πιθανότητα το νετρόνιο που εκπέμπεται από τον πυρήνα να αντιδράσει με τον πυρήνα της ανακλαστικής ουσίας και τα νεοσχηματισμένα ελεύθερα νετρόνια να επιστρέψουν στη ζώνη της αλυσιδωτής αντίδρασης. Οι ανακλαστήρες χρησιμοποιούνται για τη μείωση της διαρροής νετρονίων από μικρούς πυρηνικούς αντιδραστήρες και την αύξηση της απόδοσης των πυρηνικών φορτίων.

Ένα νετρόνιο μπορεί να απορροφηθεί από έναν πυρήνα χωρίς να εκπέμπει νέα νετρόνια. Από την άποψη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης, ένα τέτοιο νετρόνιο χάνεται. Σχεδόν όλα τα ισότοπα όλων των ουσιών μπορούν να απορροφήσουν νετρόνια, αλλά η πιθανότητα (διατομή) απορρόφησης είναι διαφορετική για όλα τα ισότοπα. Υλικά με σημαντικές διατομές απορρόφησης νετρονίων χρησιμοποιούνται μερικές φορές σε πυρηνικούς αντιδραστήρες για τον έλεγχο των αλυσιδωτών αντιδράσεων. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται απορροφητές νετρονίων. Για παράδειγμα, το βόριο-10 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της αλυσιδωτής αντίδρασης. Το γαδολίνιο-157 και το έρβιο-167 χρησιμοποιούνται ως καύσιμοι απορροφητές νετρονίων που αντισταθμίζουν την καύση σχάσιμου υλικού σε πυρηνικούς αντιδραστήρες με μεγάλες εκστρατείες καυσίμου.

Ιστορία

Ανοιγμα

Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο Ράδερφορντ συνέβαλε τεράστια στη μελέτη της ιονίζουσας ακτινοβολίας και της δομής των ατόμων. Ο Ernest Walton και ο John Cockcroft κατάφεραν να διασπάσουν τον πυρήνα ενός ατόμου για πρώτη φορά.

Προγράμματα πυρηνικών όπλων

Στα τέλη της δεκαετίας του '30 του 20ου αιώνα, οι φυσικοί συνειδητοποίησαν τη δυνατότητα δημιουργίας ισχυρών όπλων με βάση μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. Αυτό οδήγησε σε υψηλό κυβερνητικό ενδιαφέρον για την πυρηνική τεχνολογία. Το πρώτο μεγάλης κλίμακας κρατικό ατομικό πρόγραμμα εμφανίστηκε στη Γερμανία το 1939 (βλ. Γερμανικό πυρηνικό πρόγραμμα). Ωστόσο, ο πόλεμος περιέπλεξε τον εφοδιασμό του προγράμματος και μετά την ήττα της Γερμανίας το 1945, το πρόγραμμα έκλεισε χωρίς σημαντικά αποτελέσματα. Το 1943, ένα πρόγραμμα μεγάλης κλίμακας με την κωδική ονομασία Manhattan Project ξεκίνησε στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το 1945, ως μέρος αυτού του προγράμματος, δημιουργήθηκε και δοκιμάστηκε η πρώτη πυρηνική βόμβα στον κόσμο. Η πυρηνική έρευνα στην ΕΣΣΔ διεξάγεται από τη δεκαετία του '20. Το 1940, αναπτύσσεται το πρώτο σοβιετικό θεωρητικό σχέδιο για μια πυρηνική βόμβα. Οι πυρηνικές εξελίξεις στην ΕΣΣΔ έχουν ταξινομηθεί από το 1941. Η πρώτη σοβιετική πυρηνική βόμβα δοκιμάστηκε το 1949.

Η κύρια συμβολή στην απελευθέρωση ενέργειας των πρώτων πυρηνικών όπλων έγινε από την αντίδραση σχάσης. Ωστόσο, η αντίδραση σύντηξης χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετη πηγή νετρονίων για να αυξηθεί η ποσότητα του αντιδρώντος σχάσιμου υλικού. Το 1952 στις ΗΠΑ και το 1953 στην ΕΣΣΔ, δοκιμάστηκαν σχέδια στα οποία το μεγαλύτερο μέρος της απελευθέρωσης ενέργειας δημιουργήθηκε από την αντίδραση σύντηξης. Ένα τέτοιο όπλο ονομαζόταν θερμοπυρηνικό. Στα θερμοπυρηνικά πυρομαχικά, η αντίδραση σχάσης χρησιμεύει για να «ανάψει» τη θερμοπυρηνική αντίδραση χωρίς να συνεισφέρει σημαντικά στη συνολική ενέργεια του όπλου.

Πυρηνική ενέργεια

Οι πρώτοι πυρηνικοί αντιδραστήρες ήταν είτε πειραματικοί είτε οπλικοί, δηλαδή σχεδιασμένοι να παράγουν πλουτώνιο οπλικής ποιότητας από ουράνιο. Η θερμότητα που δημιούργησαν απελευθερώθηκε στο περιβάλλον. Οι χαμηλές ισχύς λειτουργίας και οι μικρές διαφορές θερμοκρασίας κατέστησαν δύσκολη την αποτελεσματική χρήση τέτοιας χαμηλής ποιότητας θερμότητας για τη λειτουργία παραδοσιακών θερμικών μηχανών. Το 1951, αυτή η θερμότητα χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για παραγωγή ενέργειας: στις ΗΠΑ, ένας ατμοστρόβιλος με ηλεκτρική γεννήτρια εγκαταστάθηκε στο κύκλωμα ψύξης ενός πειραματικού αντιδραστήρα. Το 1954, κατασκευάστηκε ο πρώτος πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής στην ΕΣΣΔ, ο οποίος αρχικά σχεδιάστηκε για σκοπούς ηλεκτρικής ενέργειας.

τεχνολογίες

Πυρηνικά όπλα

Υπάρχουν πολλοί τρόποι να βλάψετε τους ανθρώπους που χρησιμοποιούν πυρηνική τεχνολογία. Αλλά τα κράτη υιοθέτησαν μόνο εκρηκτικά πυρηνικά όπλα βασισμένα σε μια αλυσιδωτή αντίδραση. Η αρχή λειτουργίας τέτοιων όπλων είναι απλή: είναι απαραίτητο να μεγιστοποιηθεί ο παράγοντας πολλαπλασιασμού νετρονίων στην αλυσιδωτή αντίδραση, έτσι ώστε όσο το δυνατόν περισσότεροι πυρήνες να αντιδράσουν και να απελευθερώσουν ενέργεια πριν καταστραφεί η δομή του όπλου από την παραγόμενη θερμότητα. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο είτε να αυξηθεί η μάζα της σχάσιμης ουσίας είτε να αυξηθεί η πυκνότητά της. Επιπλέον, αυτό πρέπει να γίνει όσο το δυνατόν γρηγορότερα, διαφορετικά η αργή αύξηση της απελευθέρωσης ενέργειας θα λιώσει και θα εξατμίσει τη δομή χωρίς έκρηξη. Κατά συνέπεια, έχουν αναπτυχθεί δύο προσεγγίσεις για την κατασκευή ενός πυρηνικού εκρηκτικού μηχανισμού:

Ένα σχήμα με αυξανόμενη μάζα, το λεγόμενο σχήμα κανονιού. Δύο υποκρίσιμα κομμάτια σχάσιμου υλικού τοποθετήθηκαν στην κάννη ενός πυροβόλου πυροβολικού. Το ένα κομμάτι ήταν στερεωμένο στην άκρη της κάννης, το άλλο λειτουργούσε ως βλήμα. Η βολή έφερε κοντά τα κομμάτια, ξεκίνησε μια αλυσιδωτή αντίδραση και σημειώθηκε μια εκρηκτική απελευθέρωση ενέργειας. Οι επιτεύξιμες ταχύτητες προσέγγισης σε ένα τέτοιο σχήμα περιορίζονταν σε μερικά km/sec.
Ένα σχήμα με αυξανόμενη πυκνότητα, το λεγόμενο εκρηκτικό σχήμα. Με βάση τις ιδιαιτερότητες της μεταλλουργίας του τεχνητού ισοτόπου του πλουτωνίου. Το πλουτώνιο είναι ικανό να σχηματίζει σταθερές αλλοτροπικές τροποποιήσεις που διαφέρουν σε πυκνότητα. Ένα κρουστικό κύμα που διέρχεται από τον όγκο του μετάλλου είναι ικανό να μετατρέψει το πλουτώνιο από μια ασταθή τροποποίηση χαμηλής πυκνότητας σε μια υψηλής πυκνότητας. Αυτό το χαρακτηριστικό κατέστησε δυνατή τη μεταφορά του πλουτωνίου από μια υποκρίσιμη κατάσταση χαμηλής πυκνότητας σε μια υπερκρίσιμη κατάσταση με την ταχύτητα διάδοσης του κρουστικού κύματος στο μέταλλο. Για να δημιουργήσουν ένα ωστικό κύμα, χρησιμοποίησαν συμβατικά χημικά εκρηκτικά, τοποθετώντας τα γύρω από το συγκρότημα πλουτωνίου έτσι ώστε η έκρηξη να συμπιέζει το σφαιρικό συγκρότημα από όλες τις πλευρές.

Και τα δύο σχέδια δημιουργήθηκαν και δοκιμάστηκαν σχεδόν ταυτόχρονα, αλλά το σχέδιο έκρηξης αποδείχθηκε πιο αποτελεσματικό και πιο συμπαγές.

Πηγές νετρονίων

Ένας άλλος περιοριστής στην απελευθέρωση ενέργειας είναι ο ρυθμός αύξησης του αριθμού των νετρονίων στην αλυσιδωτή αντίδραση. Σε υποκρίσιμο σχάσιμο υλικό, συμβαίνει αυθόρμητη αποσύνθεση των ατόμων. Τα νετρόνια από αυτές τις διασπάσεις γίνονται τα πρώτα σε μια αλυσιδωτή αντίδραση που μοιάζει με χιονοστιβάδα. Ωστόσο, για μέγιστη απελευθέρωση ενέργειας, είναι πλεονεκτικό να αφαιρεθούν πρώτα όλα τα νετρόνια από την ουσία, στη συνέχεια να μεταφερθούν σε υπερκρίσιμη κατάσταση και μόνο τότε να εισαχθούν νετρόνια ανάφλεξης στην ουσία στη μέγιστη ποσότητα. Για να επιτευχθεί αυτό, επιλέγεται μια σχάσιμη ουσία με ελάχιστη μόλυνση από ελεύθερα νετρόνια από αυθόρμητες διασπάσεις και τη στιγμή της μεταφοράς στην υπερκρίσιμη κατάσταση, προστίθενται νετρόνια από εξωτερικές παλμικές πηγές νετρονίων.

Οι πηγές πρόσθετων νετρονίων βασίζονται σε διαφορετικές φυσικές αρχές. Αρχικά, οι πηγές εκρηκτικών που βασίζονταν στην ανάμειξη δύο ουσιών έγιναν ευρέως διαδεδομένες. Ένα ραδιενεργό ισότοπο, συνήθως πολώνιο-210, αναμίχθηκε με ένα ισότοπο βηρυλλίου. Η ακτινοβολία άλφα από το πολώνιο προκάλεσε μια πυρηνική αντίδραση βηρυλλίου με την απελευθέρωση νετρονίων. Στη συνέχεια, αντικαταστάθηκαν από πηγές που βασίζονται σε μικροσκοπικούς επιταχυντές, στους στόχους των οποίων πραγματοποιήθηκε αντίδραση πυρηνικής σύντηξης με απόδοση νετρονίων.

Εκτός από τις πηγές νετρονίων ανάφλεξης, αποδείχθηκε πλεονεκτικό να εισαχθούν πρόσθετες πηγές στο κύκλωμα που ενεργοποιούνται από την έναρξη μιας αλυσιδωτής αντίδρασης. Τέτοιες πηγές κατασκευάστηκαν με βάση αντιδράσεις σύνθεσης ελαφρών στοιχείων. Φύσιγγες που περιείχαν ουσίες όπως το δευτερίδιο του λιθίου-6 εγκαταστάθηκαν σε μια κοιλότητα στο κέντρο του πυρηνικού συγκροτήματος πλουτωνίου. Ρεύματα νετρονίων και ακτίνων γάμμα από την αναπτυσσόμενη αλυσιδωτή αντίδραση θέρμαιναν την αμπούλα σε θερμοκρασίες θερμοπυρηνικής σύντηξης και το πλάσμα έκρηξης συμπίεσε την αμπούλα, βοηθώντας τη θερμοκρασία με την πίεση. Η αντίδραση σύντηξης ξεκίνησε, παρέχοντας επιπλέον νετρόνια για την αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης.

Θερμοπυρηνικά όπλα

Οι πηγές νετρονίων που βασίζονταν στην αντίδραση σύντηξης ήταν οι ίδιες μια σημαντική πηγή θερμότητας. Ωστόσο, το μέγεθος της κοιλότητας στο κέντρο του συγκροτήματος πλουτωνίου δεν θα μπορούσε να φιλοξενήσει πολύ υλικό για σύνθεση, και εάν τοποθετηθεί έξω από τον σχάσιμο πυρήνα του πλουτωνίου, δεν θα ήταν δυνατό να ληφθούν οι συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης που απαιτούνται για τη σύνθεση. Ήταν απαραίτητο να περιβληθεί η ουσία για σύνθεση με ένα πρόσθετο κέλυφος, το οποίο, αντιλαμβανόμενο την ενέργεια μιας πυρηνικής έκρηξης, θα παρείχε συμπίεση κραδασμών. Έφτιαξαν μια μεγάλη αμπούλα από ουράνιο-235 και την τοποθέτησαν δίπλα στο πυρηνικό φορτίο. Ισχυρές ροές νετρονίων από την αλυσιδωτή αντίδραση θα προκαλέσουν μια χιονοστιβάδα σχάσης ατόμων ουρανίου στην αμπούλα. Παρά τον υποκριτικό σχεδιασμό της αμπούλας ουρανίου, η συνολική επίδραση των ακτίνων γάμμα και των νετρονίων από την αλυσιδωτή αντίδραση της πιλοτικής πυρηνικής έκρηξης και η ίδια η σχάση των πυρήνων της αμπούλας θα δημιουργήσει συνθήκες για σύντηξη μέσα στην αμπούλα. Τώρα το μέγεθος της αμπούλας με την ουσία για σύντηξη αποδείχθηκε πρακτικά απεριόριστο και η συμβολή της απελευθέρωσης ενέργειας από την πυρηνική σύντηξη υπερέβη πολλές φορές την απελευθέρωση ενέργειας της πυρηνικής έκρηξης ανάφλεξης. Τέτοια όπλα άρχισαν να ονομάζονται θερμοπυρηνικά.

Βασίζεται σε ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης βαρέων πυρήνων. Επί του παρόντος, αυτή είναι η μόνη πυρηνική τεχνολογία που παρέχει οικονομικά βιώσιμη βιομηχανική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Με βάση την αντίδραση σύντηξης ελαφρών πυρήνων. Παρά τη γνωστή φυσική της διαδικασίας, δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατό να κατασκευαστεί μια οικονομικά εφικτή μονάδα παραγωγής ενέργειας.

Πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής

Η καρδιά ενός πυρηνικού σταθμού είναι ένας πυρηνικός αντιδραστήρας - μια συσκευή στην οποία πραγματοποιείται μια ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης βαρέων πυρήνων. Η ενέργεια των πυρηνικών αντιδράσεων απελευθερώνεται με τη μορφή κινητικής ενέργειας θραυσμάτων σχάσης και μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω των ελαστικών συγκρούσεων αυτών των θραυσμάτων με άλλα άτομα.

Κύκλος καυσίμου

Μόνο ένα φυσικό ισότοπο είναι γνωστό που είναι ικανό για αλυσιδωτή αντίδραση - το ουράνιο-235. Τα βιομηχανικά της αποθέματα είναι μικρά. Ως εκ τούτου, σήμερα οι μηχανικοί αναζητούν ήδη τρόπους παραγωγής φθηνών τεχνητών ισοτόπων που υποστηρίζουν την αλυσιδωτή αντίδραση. Το πιο πολλά υποσχόμενο είναι το πλουτώνιο, που παράγεται από το κοινό ισότοπο ουράνιο-238 με τη σύλληψη ενός νετρονίου χωρίς σχάση. Είναι εύκολο να παραχθεί στους ίδιους αντιδραστήρες ενέργειας ως υποπροϊόν. Υπό ορισμένες προϋποθέσεις, είναι δυνατή μια κατάσταση όταν η παραγωγή τεχνητού σχάσιμου υλικού καλύπτει πλήρως τις ανάγκες των υφιστάμενων πυρηνικών σταθμών. Σε αυτή την περίπτωση κάνουν λόγο για κλειστό κύκλο καυσίμου, που δεν απαιτεί την προμήθεια σχάσιμου υλικού από φυσική πηγή.

Πυρηνικά απόβλητα

Τα αναλωμένα πυρηνικά καύσιμα (SNF) και τα δομικά υλικά του αντιδραστήρα με επαγόμενη ραδιενέργεια είναι ισχυρές πηγές επικίνδυνης ιονίζουσας ακτινοβολίας. Οι τεχνολογίες για την εργασία μαζί τους βελτιώνονται εντατικά προς την κατεύθυνση της ελαχιστοποίησης της ποσότητας των απορριμμάτων που βρίσκονται σε χώρους υγειονομικής ταφής και της μείωσης της περιόδου επικινδυνότητάς τους. Το SNF είναι επίσης πηγή πολύτιμων ραδιενεργών ισοτόπων για τη βιομηχανία και την ιατρική. Η επανεπεξεργασία SNF είναι ένα απαραίτητο βήμα για το κλείσιμο του κύκλου καυσίμου.