Номер 7, страница 32 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Глава 1. От атома до вещества. §3. Неустойчивые атомы. Вопросы и задания - номер 7, страница 32.

Условие.

7. Почему атомную энергию считают неисчерпаемой?

Решение.

Решение 2.

Атомную (или ядерную) энергию считают практически неисчерпаемой по нескольким ключевым причинам, связанным с колоссальной энергоемкостью ядерного топлива и доступностью его ресурсов в долгосрочной перспективе.

1. Высочайшая концентрация энергии.

В основе получения атомной энергии лежат ядерные реакции (деление тяжелых ядер или синтез легких), в ходе которых часть массы вещества превращается в энергию в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна $E=mc^2$. Поскольку скорость света $c$ является очень большой величиной ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с), даже крошечное изменение массы $\Delta m$ приводит к высвобождению огромного количества энергии $\Delta E$. Например, при делении 1 грамма урана-235 ($^{235}\text{U}$) выделяется столько же энергии, сколько при сжигании примерно 2.5 тонн высококачественного угля. Такая высокая энергоемкость означает, что для обеспечения мировых потребностей в энергии требуется сравнительно небольшое количество ядерного топлива.

2. Огромные запасы потенциального топлива.

Хотя запасы легкодоступного урана-235, используемого в большинстве современных реакторов, ограничены, существуют технологии и ресурсы, которые многократно расширяют топливную базу атомной энергетики:

• Реакторы-размножители (бридеры): Основную часть природного урана (более 99%) составляет изотоп уран-238 ($^{238}\text{U}$), который сам по себе не делится под действием тепловых нейтронов. Однако в реакторах на быстрых нейтронах (бридерах) уран-238 может захватывать нейтрон и превращаться в плутоний-239 ($^{239}\text{Pu}$), который уже является эффективным ядерным топливом. Таким образом, можно использовать практически весь природный уран, а не только редкий изотоп $^{235}\text{U}$. Это увеличивает запасы ядерного топлива в десятки раз, делая их достаточными на тысячи лет.
• Ториевый топливный цикл: Другим потенциальным источником является торий, которого в земной коре в 3-4 раза больше, чем урана. Природный торий ($^{232}\text{Th}$) после поглощения нейтрона превращается в уран-233 ($^{233}\text{U}$), который также является отличным ядерным топливом. Освоение ториевого цикла еще больше расширяет ресурсную базу.
• Уран в морской воде: В мировом океане растворено огромное количество урана (около 4.5 миллиардов тонн), что в тысячи раз превышает разведанные наземные запасы. Хотя технологии его извлечения пока дороги, они могут стать экономически выгодными в будущем, что сделает источник топлива практически бесконечным.

3. Перспективы термоядерного синтеза.

Помимо энергии деления, огромный потенциал имеет энергия термоядерного синтеза — процесс, питающий Солнце и звезды. В будущих термоядерных реакторах планируется использовать изотопы водорода — дейтерий ($^2\text{H}$) и тритий ($^3\text{H}$).

• Дейтерий в огромных количествах содержится в обычной воде (примерно 1 атом дейтерия на 6420 атомов обычного водорода). Его запасы в мировом океане поистине неисчерпаемы.
• Тритий можно производить непосредственно в реакторе из лития, запасы которого также очень велики.

Термоядерный синтез обещает еще больший выход энергии на единицу массы топлива по сравнению с реакциями деления и считается более безопасным с точки зрения радиоактивных отходов. Хотя управляемый термоядерный синтез — это технология будущего, его потенциал является главным аргументом в пользу неисчерпаемости атомной энергии в целом.

Таким образом, хотя конкретные виды топлива для существующих АЭС являются исчерпаемыми, общий ресурсный потенциал атомной энергетики, включая технологии будущего (бридеры, ториевый цикл, термоядерный синтез), настолько велик, что в масштабах человеческой цивилизации его можно считать неисчерпаемым.

Ответ:

Атомную энергию считают неисчерпаемой, потому что, во-первых, ядерное топливо обладает колоссальной энергоемкостью (из малой массы высвобождается огромное количество энергии), а во-вторых, потенциальные запасы этого топлива на Земле огромны. Помимо используемого сегодня урана-235, в энергетику можно вовлечь гораздо более распространенные уран-238 и торий (с помощью реакторов-размножителей), а также извлекать уран из морской воды. В долгосрочной перспективе главным источником может стать термоядерный синтез, топливо для которого (изотопы водорода) содержится в практически неограниченном количестве в воде мирового океана.