Номер 4, страница 311 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

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

4. Приведите примеры путей решения проблем атомной энергетики.

Современная атомная энергетика сталкивается с рядом серьезных проблем, однако для каждой из них существуют и разрабатываются конкретные пути решения. Ниже приведены примеры таких решений по основным направлениям.

1. Повышение безопасности АЭС

Одной из главных проблем является обеспечение безопасности и предотвращение тяжелых аварий, подобных Чернобыльской или Фукусимской. Пути решения этой проблемы включают:

• Разработка и внедрение реакторов новых поколений (III+ и IV). Современные проекты, такие как ВВЭР-1200 (Россия) или AP1000 (США), относятся к поколению III+ и оснащены пассивными системами безопасности. Эти системы не требуют внешнего электропитания или вмешательства оператора для охлаждения реактора в аварийной ситуации, используя естественные физические процессы, такие как гравитация и естественная конвекция.
• Исследование реакторов IV поколения. Ведутся разработки принципиально новых типов реакторов, обладающих так называемой «внутренне присущей безопасностью». К ним относятся высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (ВТГР), реакторы на расплавах солей (ЖСР), реакторы на быстрых нейтронах с натриевым или свинцовым теплоносителем. Например, в реакторах на расплавах солей топливо уже находится в жидком виде, что исключает аварию с расплавлением активной зоны, а работают они при низком давлении, что снижает риск разгерметизации.
• Усиление культуры безопасности и международного сотрудничества. После крупных аварий были значительно ужесточены требования к эксплуатации АЭС, подготовке персонала и международному контролю. Организации, такие как Всемирная ассоциация операторов атомных электростанций (WANO), способствуют обмену опытом и лучшими практиками для повышения безопасности на всех АЭС мира.

Ответ: Проблема безопасности решается за счет внедрения реакторов новых поколений с пассивными системами безопасности (поколение III+), разработки реакторов с внутренне присущей безопасностью (поколение IV), а также постоянного совершенствования стандартов эксплуатации и международного сотрудничества.

2. Обращение с радиоактивными отходами (РАО)

Проблема долгосрочного и безопасного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и других РАО является ключевым барьером для развития атомной энергетики. Основные пути решения:

• Глубокая геологическая изоляция. Международным научным сообществом признано, что наиболее надежным способом окончательной изоляции высокоактивных отходов является их захоронение в стабильных геологических формациях на глубине нескольких сотен метров. Ведущим примером является строительство хранилища «Онкало» в Финляндии.
• Замыкание ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ). Эта концепция предполагает переработку ОЯТ для извлечения из него ценных компонентов (невыгоревшего урана и плутония) и их повторного использования в производстве свежего ядерного топлива (например, МОКС-топлива). Это позволяет многократно сократить объем и радиотоксичность отходов, подлежащих окончательной изоляции. Ключевую роль в ЗЯТЦ играют реакторы на быстрых нейтронах, способные эффективно «сжигать» наиболее опасные долгоживущие изотопы – трансурановые элементы.
• Трансмутация. Это технология «дожигания» долгоживущих радиоактивных изотопов путем их облучения в реакторах или ускорителях заряженных частиц, что превращает их в короткоживущие или стабильные изотопы. Хотя эта технология находится на стадии исследований, она является перспективным дополнением к ЗЯТЦ.

Ответ: Проблема РАО решается путем создания глубоких геологических хранилищ для окончательной изоляции, а также через замыкание топливного цикла, включающего переработку ОЯТ и использование реакторов на быстрых нейтронах для «сжигания» наиболее опасных изотопов.

3. Снижение риска распространения ядерного оружия

Существуют опасения, что технологии и материалы из гражданской ядерной программы могут быть использованы для создания ядерного оружия. Для минимизации этих рисков предпринимаются следующие шаги:

• Укрепление режима нераспространения. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) осуществляет строгий контроль (гарантии) над ядерными материалами на всех объектах гражданской атомной энергетики в странах-участницах Договора о нераспространении ядерного оружия.
• Разработка устойчивых к распространению топливных циклов. Ведутся работы по созданию технологий, которые делают извлечение оружейных материалов затруднительным. Примером является ториевый топливный цикл, который производит уран-233, содержащий примеси, усложняющие его использование в военных целях. Также разрабатываются методы, позволяющие оставлять плутоний в смеси с другими элементами, что делает его непригодным для оружия.

Ответ: Риски распространения снижаются благодаря строгому международному контролю со стороны МАГАТЭ и разработке новых топливных циклов (например, на основе тория), которые технологически затрудняют получение материалов для ядерного оружия.

4. Повышение экономической конкурентоспособности

Высокая стоимость строительства и длительные сроки ввода АЭС в эксплуатацию являются серьезным экономическим препятствием. Решения включают:

• Разработка малых модульных реакторов (ММР). Это реакторы небольшой мощности (до 300 МВт), которые могут производиться серийно на заводах и доставляться на площадку в готовом виде. Ожидается, что это значительно снизит капитальные затраты, сократит сроки строительства и позволит более гибко наращивать энергетические мощности.
• Стандартизация и серийное строительство. Строительство нескольких энергоблоков по одному и тому же стандартизированному проекту позволяет снизить затраты за счет «эффекта обучения» и оптимизации цепочек поставок.
• Продление срока эксплуатации действующих АЭС. Безопасное продление срока службы существующих реакторов с 40 до 60, а в перспективе и до 80 лет, является экономически выгодным решением, так как позволяет производить дешевую электроэнергию без новых капитальных вложений.

Ответ: Экономическая эффективность повышается за счет разработки и внедрения малых модульных реакторов, стандартизации проектов крупных АЭС и программ по продлению сроков эксплуатации существующих станций.