Номер 5, страница 255 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Какое применение получила ядерная энергия?

Решение

Ядерная энергия, высвобождающаяся в результате ядерных реакций, нашла широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Основные направления ее использования можно разделить на мирные и военные.

1. Энергетика (производство электричества и тепла)

Это наиболее известное и масштабное мирное применение ядерной энергии. На Атомных Электростанциях (АЭС) в ядерных реакторах осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер, чаще всего урана ($ ^{235}U $). Выделяемое при этом огромное количество тепловой энергии используется для превращения воды в пар. Пар под высоким давлением вращает турбины, которые приводят в действие электрогенераторы, вырабатывающие электрический ток. Преимуществом АЭС является производство большого количества энергии при малом расходе топлива и отсутствие выбросов парниковых газов. Также тепло от ядерных реакторов может использоваться для опреснения морской воды и централизованного теплоснабжения городов (Атомные Станции Теплоснабжения).

2. Военная сфера

Исторически, первым применением энергии атомного ядра стало создание ядерного оружия. Неуправляемая цепная реакция деления (в атомных бомбах) или реакция термоядерного синтеза (в водородных бомбах) высвобождает колоссальную энергию взрывного характера. Кроме оружия, ядерная энергия используется в качестве силовых установок на подводных лодках и крупных надводных кораблях (авианосцах, крейсерах). Ядерные реакторы обеспечивают им высочайшую автономность, позволяя не пополнять запасы топлива месяцами и годами.

3. Медицина

В ядерной медицине радиоактивные изотопы (радионуклиды) и ионизирующее излучение активно используются для диагностики и лечения заболеваний. Для диагностики в организм пациента вводят радиофармпрепараты, которые накапливаются в определенных органах или тканях. Их излучение регистрируется специальным оборудованием (например, при позитронно-эмиссионной томографии - ПЭТ), что позволяет врачам "увидеть" работу внутренних органов и выявить патологии на ранней стадии. Для терапии, в первую очередь онкологических заболеваний, используется лучевая терапия, при которой пучок ионизирующего излучения направляется на опухоль для уничтожения раковых клеток. Также гамма-излучение применяется для стерилизации медицинских инструментов, шприцев и перевязочных материалов.

4. Сельское хозяйство и пищевая промышленность

Облучение семян растений ионизирующим излучением вызывает мутации, что позволяет селекционерам создавать новые, более продуктивные и устойчивые к болезням сорта (радиационная селекция). Другое применение – борьба с насекомыми-вредителями: самцов облучают для стерилизации и выпускают в природу, что приводит к резкому сокращению их популяции. В пищевой промышленности обработка продуктов (зерна, картофеля, мяса, специй) гамма-лучами убивает микроорганизмы и насекомых-вредителей, а также замедляет прорастание, что значительно увеличивает сроки их хранения.

5. Промышленность и наука

Радиоизотопные приборы используются для контроля технологических процессов: измерения толщины листового металла или бумаги, плотности жидкостей, уровня сыпучих материалов в закрытых емкостях. Гамма-дефектоскопия позволяет проверять качество сварных швов и целостность конструкций без их разрушения. В науке широкую известность получил радиоуглеродный анализ, позволяющий определять возраст органических останков и археологических находок по содержанию в них изотопа углерода $ ^{14}C $. Кроме того, во многих бытовых датчиках дыма используется небольшое количество радиоактивного изотопа америция-241 ($ ^{241}Am $).

6. Космическая отрасль

Для энергоснабжения автоматических межпланетных станций и марсоходов, работающих вдали от Солнца, где солнечные батареи неэффективны, применяются Радиоизотопные Термоэлектрические Генераторы (РИТЭГи). В них тепло, выделяющееся при естественном радиоактивном распаде плутония-238 ($ ^{238}Pu $), напрямую преобразуется в электрическую энергию, питающую аппарат в течение многих лет.

Ответ: Ядерная энергия получила широкое применение в различных областях: производство электроэнергии и тепла на АЭС, создание ядерного оружия и силовых установок для военного флота, диагностика и лечение заболеваний в медицине, повышение урожайности и сохранности продуктов в сельском хозяйстве, контроль и дефектоскопия в промышленности, научные исследования (например, датирование), а также энергоснабжение космических аппаратов.