Номер 2, страница 311 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 65. Атомная энергетика. Ответь на вопросы - номер 2, страница 311.

Условие.

2. Назовите два основных преимущества АЭС перед ТЭС. Ответ обоснуйте.

Решение.

Решение 2.

В середине XX века необходимость в поиске новых источников энергии возникла по совокупности нескольких ключевых причин, связанных с глобальными изменениями в экономике, демографии и науке:

• Рост энергопотребления. Послевоенный экономический бум, стремительная индустриализация во многих странах мира и рост населения привели к резкому увеличению спроса на энергию для промышленности, транспорта и бытовых нужд.
• Ограниченность традиционных ресурсов. Основными источниками энергии были ископаемые виды топлива — уголь, нефть и газ. Стало очевидно, что их запасы конечны и невозобновляемы, что создавало угрозу энергетического кризиса в будущем.
• Геополитический фактор. Месторождения ископаемого топлива распределены по планете неравномерно. Это ставило страны-импортеры в экономическую и политическую зависимость от стран-экспортеров, что приводило к нестабильности на мировых рынках.
• Экологические проблемы. Массовое сжигание угля и мазута приводило к серьезному загрязнению атмосферы, возникновению смога в крупных городах и кислотных дождей, что наносило вред здоровью людей и окружающей среде.
• Научно-технический прогресс. Открытие деления ядра урана и развитие ядерной физики в 1930-1940-х годах открыли доступ к принципиально новому, колоссальному по своей мощности источнику энергии. Атомная энергия представлялась перспективным решением для удовлетворения растущих энергетических потребностей человечества.

Ответ: Необходимость поиска новых источников энергии в середине ХХ века была вызвана резким ростом мирового энергопотребления, осознанием конечности ископаемых ресурсов, геополитической зависимостью и негативными экологическими последствиями их использования, а также появлением новой технологии — ядерной энергетики.

2. Атомные электростанции (АЭС) имеют два основных преимущества перед тепловыми электростанциями (ТЭС), работающими на органическом топливе (уголь, газ, мазут).

Первое преимущество — экологическая чистота в отношении атмосферных выбросов.

Обоснование: Работа АЭС основана на реакции деления ядер, а не на сжигании топлива. В результате этого процесса не происходит выбросов в атмосферу парниковых газов (например, углекислого газа $CO_2$), оксидов серы ($SO_2$) и азота ($NO_x$), которые являются причиной кислотных дождей, а также золы и сажи. ТЭС, напротив, являются одними из главных источников этих загрязняющих веществ, вносящих вклад в глобальное изменение климата и ухудшение качества воздуха.

Второе преимущество — колоссальная энергоемкость ядерного топлива.

Обоснование: Ядерное топливо (например, обогащенный уран) обладает чрезвычайно высокой плотностью энергии. Для производства одинакового количества электроэнергии АЭС требуется в миллионы раз меньше топлива по массе, чем ТЭС. Например, несколько десятков тонн ядерного топлива обеспечивают работу энергоблока АЭС в течение года, в то время как угольной ТЭС такой же мощности для этого потребовались бы миллионы тонн угля (несколько железнодорожных составов в сутки). Это кардинально снижает затраты на транспортировку и хранение топлива, а также делает стоимость электроэнергии менее зависимой от цен на ископаемые ресурсы.

Ответ: Два основных преимущества АЭС перед ТЭС — это отсутствие выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов в атмосферу и огромная энергоемкость ядерного топлива, что значительно сокращает объемы его потребления и транспортировки.

3. Безопасность современных АЭС обеспечивается концепцией так называемой "глубокоэшелонированной защиты", которая включает в себя систему последовательных физических барьеров на пути распространения радиоактивных веществ. Можно выделить три основных барьера:

1. Топливная матрица и оболочка твэла. Первый и самый важный барьер — это само ядерное топливо. Радиоактивные продукты деления в основном удерживаются в кристаллической структуре топливной таблетки из диоксида урана. Эти таблетки герметично запаяны в прочную и коррозионно-стойкую оболочку из циркониевого сплава. Эта оболочка (твэл — тепловыделяющий элемент) предотвращает попадание продуктов деления в теплоноситель первого контура.
2. Границы первого контура. Все твэлы, собранные в тепловыделяющие сборки, находятся внутри толстостенного стального корпуса реактора. Корпус реактора вместе с трубопроводами и оборудованием (парогенераторами, циркуляционными насосами) образуют герметичный и прочный первый контур. Эта система рассчитана на работу при высоких давлениях и температурах и удерживает радиоактивный теплоноситель внутри себя.
3. Защитная герметичная оболочка (контейнмент). Весь реактор и оборудование первого контура размещаются внутри массивного здания из предварительно напряженного железобетона со стальной внутренней облицовкой — контейнмента. Эта оболочка является последним, самым прочным барьером. Она спроектирована так, чтобы выдержать экстремальные внутренние (например, повышение давления при разрыве трубопровода) и внешние (например, ураган, падение самолета) воздействия и не допустить выхода радиоактивных веществ в окружающую среду даже в случае тяжелой аварии.

Ответ: Три принципиальных барьера безопасности на АЭС: 1) герметичная оболочка твэла, удерживающая продукты деления внутри топливной таблетки; 2) прочный герметичный корпус реактора и первый контур, изолирующие радиоактивный теплоноситель; 3) защитная герметичная оболочка (контейнмент), предотвращающая утечку радиоактивности в окружающую среду.