Номер 22, страница 34, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 26. Ядерные реакции. Ядерная энергетика - номер 22, страница 34.

Условие.

22. Опишите основные преимущества и недостатки атомных электростанций по сравнению с тепловыми и гидроэлектростанциями.

Решение.

Преимущества атомных электростанций (АЭС)

По сравнению с тепловыми электростанциями (ТЭС):

• Экологическая чистота (в отношении выбросов в атмосферу): В процессе работы АЭС не происходит сгорания органического топлива, благодаря чему отсутствуют выбросы парниковых газов (например, $CO_2$), оксидов серы ($SO_2$) и азота ($NO_x$), которые являются основными причинами кислотных дождей и глобального потепления. ТЭС, работающие на угле, мазуте или газе, являются значительными источниками этих загрязнителей.

• Высокая энергоемкость топлива: Ядерное топливо (уран) обладает колоссальной концентрацией энергии. Один килограмм урана-235 при полном делении выделяет столько же энергии, сколько сжигание примерно 2.5–3 тысяч тонн угля. Это ведет к значительному сокращению объемов добычи, транспортировки и хранения топлива.

• Низкая стоимость топлива в себестоимости электроэнергии: Несмотря на высокую стоимость строительства, топливная составляющая в цене электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, значительно ниже, чем на ТЭС. Это делает стоимость электроэнергии АЭС менее зависимой от колебаний цен на ископаемое топливо.

По сравнению с гидроэлектростанциями (ГЭС):

• Свобода размещения: АЭС можно строить на равнинных территориях вблизи потребителей, при условии наличия источника воды для охлаждения. Строительство ГЭС возможно только на реках с большим расходом воды и подходящим рельефом для создания плотины и водохранилища, что сильно ограничивает географию их размещения.

• Меньшая занимаемая площадь (без учета зоны отчуждения): Непосредственно сама станция АЭС занимает относительно небольшую территорию. ГЭС требуют затопления огромных площадей под водохранилища, что приводит к потере сельскохозяйственных угодий, лесов, переселению людей и изменению экосистем.

• Стабильность выработки: АЭС способны работать в базовом режиме с постоянной высокой мощностью (коэффициент использования установленной мощности может превышать 90%) и не зависят от погодных условий или времени года. Мощность ГЭС может существенно колебаться в зависимости от сезона, полноводности реки и засушливых периодов.

Недостатки атомных электростанций (АЭС)

По сравнению с тепловыми электростанциями (ТЭС):

• Проблема радиоактивных отходов: Главный недостаток АЭС — образование высокоактивных радиоактивных отходов, которые требуют сложной, дорогостоящей и долговременной (на тысячи лет) изоляции от биосферы. ТЭС производят золу и шлаки, которые не являются радиоактивными (хотя могут содержать тяжелые металлы).

• Риск тяжелых аварий: Аварии на АЭС, хоть и маловероятны, могут иметь катастрофические последствия с выбросом радиоактивных веществ, приводя к радиоактивному загрязнению огромных территорий и долгосрочному ущербу для здоровья людей и окружающей среды (примеры — Чернобыль, Фукусима). Аварии на ТЭС, как правило, имеют локальный характер.

• Высокая стоимость и длительность строительства: Капитальные затраты на строительство АЭС значительно выше, чем на ТЭС, из-за сложности технологий и высочайших требований к безопасности. Сроки строительства также очень велики (10-15 лет и более).

• Сложность и дороговизна вывода из эксплуатации: После окончания срока службы (40-60 лет) АЭС требует сложной и очень дорогой процедуры вывода из эксплуатации, которая включает дезактивацию и демонтаж реактора и другого оборудования и может растянуться на десятилетия.

По сравнению с гидроэлектростанциями (ГЭС):

• Экологические риски и отходы: ГЭС не производят радиоактивных отходов и не несут риска радиационных катастроф. Их основные риски связаны с возможностью прорыва плотины. АЭС же создают проблему обращения с отработанным ядерным топливом.

• Эксплуатационные расходы и топливо: У ГЭС практически отсутствуют затраты на топливо (энергия текущей воды бесплатна), что делает их эксплуатационные расходы очень низкими. АЭС требуют постоянных затрат на закупку, обогащение ядерного топлива и обращение с отходами.

• Маневренность и гибкость: ГЭС обладают высокой маневренностью — они могут быстро изменять мощность, что позволяет использовать их для покрытия пиковых нагрузок в энергосистеме. АЭС работают в базовом режиме и не предназначены для быстрого регулирования мощности.

• Срок службы: Срок службы ГЭС при должном обслуживании может превышать 100 лет. Срок службы АЭС ограничен и составляет 40-60 лет.

• Тепловое загрязнение: АЭС сбрасывают в водоемы-охладители большое количество подогретой воды, что вызывает "тепловое загрязнение", изменяя экологический баланс в водоеме. ГЭС такого влияния не оказывают.

Ответ: Основные преимущества АЭС заключаются в отсутствии выбросов парниковых газов при работе, высокой энергоемкости топлива и независимости от цен на органическое топливо, а также в большей свободе географического размещения по сравнению с ГЭС. Ключевыми недостатками являются проблема обращения с радиоактивными отходами, потенциальный риск катастрофических аварий, высокая стоимость строительства и вывода из эксплуатации, а также низкая маневренность и тепловое загрязнение водоемов.