Звідки ядро Землі бере енергію

Звідки береться ядерна енергія? Наукові засади ядерної енергетики

Бажаєте дізнатися більше про діяльність МАГАТЕ? Підпишіться на нашу щомісячну електронну розсилку, щоб бути в курсі найважливіших новин, отримувати аудіо- та відеоматеріали та багато іншого.

Ядерна енергія є різновидом енергії, яка вивільняється з ядра — центральної частини атомів, що складається з протонів і нейтронів. Джерелом цієї енергії можуть бути два фізичні процеси: розподіл, коли ядра атомів розпадаються на кілька частин, і синтез, коли ядра зливаються разом.

Ядерна енергія, що використовується сьогодні у всьому світі для виробництва електроенергії, виробляється за допомогою поділу ядра, тоді як технологія виробництва електроенергії на основі синтезу поки що знаходиться на етапі досліджень та експериментальних розробок. У цій статті ми докладніше зупинимося на розподілі ядра. Дізнатися більше про ядерний синтез можна з цієї статті.

Що таке ядерний поділ?

Ядерний поділ - це реакція, в ході якої ядро атома розщеплюється на два або більше ядра, при цьому відбувається вивільнення енергії.

Наприклад, ядро атома урану-235, при попаданні в нього нейтрону, розщеплюється на ядро барію та ядро криптону і ще два або три нейтрони. Ці додаткові нейтрони стикаються з іншими ядрами урану-235, що знаходяться навколо, які також розщеплюються і породжують додаткові нейтрони з ефектом багаторазового збільшення, в результаті чого за частку секунди формується ланцюгова реакція.

Щоразу така реакція супроводжується вивільненням енергії у вигляді тепла та випромінювання.Подібно до того, як для отримання електроенергії використовується тепло від викопних видів палива, таких як вугілля, газ і нафта, на атомній електростанції ця теплова енергія може бути перетворена на електроенергію.

Ядерна реакція поділу (Графіка: А. Варгас/МАГАТЕ)

Як працює атомна електростанція?

У реакторі атомної електростанції за допомогою відповідного обладнання локалізується та контролюється ланцюгова ядерна реакція, найчастіше з використанням палива на основі урану-235, в результаті розподілу якого виробляється тепло. Це тепло використовується для нагрівання теплоносія реактора, як правило, води, щоб отримати пару. Потім пара прямує на турбіни, змушуючи їх обертатися та активуючи електричний генератор, що дозволяє виробляти електроенергію без викидів вуглекислого газу.

Докладніше про різні типи ядерних енергетичних реакторів читайте на цій сторінці.

Найбільшого поширення у світі набули реактори з водою під тиском (PWR). (Графіка: А. Варгас/МАГАТЕ)

Видобуток, збагачення та утилізація урану

Уран це метал, який зустрічається в гірських породах по всьому світу. Уран має кілька природних ізотопів, які являють собою форми елемента, що відрізняються за масою та фізичними властивостями, але з однаковими хімічними властивостями. Уран має два первинні ізотопи: уран-238 і уран-235. На уран-238 припадає більша частина урану у світі, але він не здатний вступати в ланцюгову реакцію розподілу, тоді як уран-235 може використовуватися для отримання енергії в результаті розподілу, але становить менше 1 відсотка від світових запасів урану.

Щоб підвищити ймовірність поділу природного урану, необхідно збільшити кількість урану-235, що міститься в ньому, за допомогою процесу, званого збагаченням урану. Після збагачення урану він може ефективно використовуватися протягом трьох-п'яти років як ядерне паливо на АЕС, після чого він все ще залишається радіоактивним і повинен утилізуватися відповідно до суворих нормативних вимог щодо захисту людей та навколишнього середовища. Використане паливо, так зване відпрацьоване паливо, може також бути перероблене в інші види палива, які можуть застосовуватися як нове паливо для спеціальних АЕС.

Що таке ядерний паливний цикл?

Ядерний паливний цикл — це виробничий процес, який включає кілька етапів, необхідний для вироблення електроенергії з використанням урану в ядерних енергетичних реакторах. Цей цикл починається зі видобутку урану та завершується похованням радіоактивних відходів.

Ядерні відходи

У процесі експлуатації АЕС утворюються відходи з різним рівнем радіоактивності. Залежно від рівня радіоактивності та кінцевої мети застосовуються різні стратегії поводження з ними. Більш детальну інформацію на цю тему ви знайдете в наведеному нижче анімованому ролику.

Поводження з радіоактивними відходами

На радіоактивні відходи посідає невелика частка загального обсягу відходів. Це побічний продукт мільйонів медичних процедур, що проводяться щороку, промислових та сільськогосподарських застосувань випромінювання та роботи ядерних реакторів, які виробляють близько 10 відсотків електрики у світі.В анімаційному відео розповідається про те, як здійснюється поводження з радіоактивними відходами, щоб забезпечити захист людей та навколишнього середовища від випромінювання сьогодні та в майбутньому.

При роботі наступного покоління АЕС на основі так званих інноваційних удосконалених реакторів утворюватиметься значно менше ядерних відходів, ніж сьогоднішніх реакторів. Очікується, що будівництво таких станцій розпочнеться ближче до 2030 року.

Ядерна енергетика та зміна клімату

Ядерна енергія є низьковуглецевим джерелом енергії, оскільки, на відміну від електростанцій, що працюють на вугіллі, нафтопродуктах або природному газі, атомні електростанції під час своєї роботи практично не виробляють CO.₂. Атомні електростанції використовуються для генерації майже третини світової безвуглецевої електроенергії та мають вирішальне значення для досягнення цілей у галузі боротьби зі зміною клімату.

Яку роль грає МАГАТЕ?

МАГАТЕ встановлює міжнародні норми та керівні принципи безпечного та надійного використання ядерної енергії для захисту людей та навколишнього середовища та сприяє проведенню їх у життя.
МАГАТЕ підтримує існуючі та нові ядерно-енергетичні програми по всьому світу, пропонуючи технічну допомогу та послуги з управління знаннями. Дотримуючись віхового підходу, МАГАТЕ надає необхідні технічні знання та рекомендації країнам, які виводять свої ядерні об'єкти з експлуатації.
У рамках своєї діяльності в галузі гарантій та перевірки МАГАТЕ стежить за тим, щоб не відбувалося перемикання ядерних матеріалів та технологій із мирного використання на інші цілі.
Методичну основу для організації необхідної діяльності протягом усього життєвого циклу виробництва ядерної енергії, від видобутку урану до спорудження, технічного обслуговування та виведення з експлуатації атомних електростанцій та поводження з ядерними відходами забезпечують місії з експертної оцінки та консультаційні послуги під керівництвом МАГАТЕ.
Під управлінням МАГАТЕ знаходиться запас низькозбагаченого урану (НОУ) в Казахстані, який може використовуватися у разі нагальної потреби країнами, які терміново потребують постачання НОУ для мирних цілей.

Матеріали на тему

Переломний момент: у Брюсселі завершився перший в історії саміт з ядерної енергії

Ядерна наука сприяє досягненню цілей у сфері сталого розвитку: боротьба зі зміною клімату

Ресурси на тему

Звідки береться ядерна енергія?

Хочете дізнатися більше про діяльність МАГАТЕ?

Ядерна енергія, що використовується сьогодні в усьому світі для виробництва електроенергії, виробляється за допомогою поділу ядра, тоді як технологія виробництва електроенергії на основі синтезу поки що знаходиться на етапі досліджень та експериментальних розробок.Дізнатися більше про ядерний синтез можна з цієї статті.

Що таке ядерний поділ?

Щоразу така реакція супроводжується вивільненням енергії у вигляді тепла та випромінювання. Подібно до того, як для отримання електроенергії використовується тепло від викопних видів палива, таких як вугілля, газ і нафта, на атомній електростанції ця теплова енергія може бути перетворена на електроенергію.

Ядерна реакція поділу (Графіка: А. Варгас/МАГАТЕ)

Як працює атомна електростанція?

Докладніше про різні типи ядерних енергетичних реакторів читайте на цій сторінці.

Найбільшого поширення у світі набули реактори з водою під тиском (PWR). (Графіка: А.Варгас/МАГАТЕ)

Видобуток, збагачення та утилізація урану

Що таке ядерний паливний цикл?

Ядерні відходи

У процесі експлуатації АЕС утворюються відходи з різним рівнем радіоактивності.Залежно від рівня радіоактивності та кінцевої мети застосовуються різні стратегії поводження з ними. Більш детальну інформацію на цю тему ви знайдете в наведеному нижче анімованому ролику.

Поводження з радіоактивними відходами

На радіоактивні відходи посідає невелика частка загального обсягу відходів. Це побічний продукт мільйонів медичних процедур, що проводяться щороку, промислових та сільськогосподарських застосувань випромінювання та роботи ядерних реакторів, які виробляють близько 10 відсотків електрики у світі. В анімаційному відео розповідається про те, як здійснюється поводження з радіоактивними відходами, щоб забезпечити захист людей та навколишнього середовища від випромінювання сьогодні та в майбутньому.

Ядерна енергетика та зміна клімату

Яку роль грає МАГАТЕ?

МАГАТЕ встановлює міжнародні норми та керівні принципи безпечного та надійного використання ядерної енергії для захисту людей та навколишнього середовища та сприяє проведенню їх у життя.
МАГАТЕ підтримує існуючі та нові ядерно-енергетичні програми по всьому світу, пропонуючи технічну допомогу та послуги з управління знаннями. Дотримуючись віхового підходу, МАГАТЕ надає необхідні технічні знання та рекомендації країнам, які виводять свої ядерні об'єкти з експлуатації.
У рамках своєї діяльності в галузі гарантій та перевірки МАГАТЕ стежить за тим, щоб не відбувалося перемикання ядерних матеріалів та технологій із мирного використання на інші цілі.
Методичну основу для організації необхідної діяльності протягом усього життєвого циклу виробництва ядерної енергії, від видобутку урану до спорудження, технічного обслуговування та виведення з експлуатації атомних електростанцій та поводження з ядерними відходами забезпечують місії з експертної оцінки та консультаційні послуги під керівництвом МАГАТЕ.
Під управлінням МАГАТЕ знаходиться запас низькозбагаченого урану (НОУ) в Казахстані, який може використовуватися у разі нагальної потреби країнами, які терміново потребують постачання НОУ для мирних цілей.