Атомна енергетика

А́ТОМНА ЕНЕРГЕ́ТИКА — галузь промисловості, що базується на пере­творен­ні ядерної енергії в теплову для викори­ста­н­ня її у виробництві електричної енергії чи з іншою метою. Інша назва — ядерна енергетика. Історично вивільне­н­ня ядерної енергії вперше виявлено в процесах поділу важких ядер (²³⁵U). При цьому вона пере­творюється пере­важно на кінетичну енергію уламків поділу (ядра меншої маси), а також частково пере­дається нейтронам і гамма-квантам, що су­проводжують діле­н­ня ядра. Гальмуючись, уламки від­дають свою кінетичну енергію теплоносієві (вода, рідкий метал, газ). У подальшому енергія теплоносія використовується для виробництва електро­енергії, як на будь-яких теплових станціях. Найчастіше в А. е. використовується уран, збагачений ізотопом ²³⁵U, або плутоній.

Ядерне паливо має над­звичайно високу теплотворну здатність (у декілька міль­йонів разів вищу, ніж вугі­л­ля). Це одна з сут­тєвих пере­ваг ядерної енергетики. Викори­ста­н­ня ядерної енергії від­крило нову епоху в роз­витку людства. Цьому сприяла серія ви­значних від­крит­тів у галузі ядерної фізики. Започаткували її праці А. Бек­кереля, який 1896 від­крив явище радіо­активності. У подальшому завдяки працям М. Склодовської-Кюрі, П. Кюрі, Е. Резерфорда, Н. Бора, Д. Чедвіка та багатьох ін. учених було встановлено структуру атомного ядра й існува­н­ня величезної внутрішньої енергії в ядрі. 1939 після від­кри­т­тя О. Ганом і Ф. Штрас­сманом поділу урану під впливом нейтронів стала реальною можливість вивільне­н­ня і викори­ста­н­ня ядерної енергії. На жаль, перше за­стосува­н­ня ця ідея зна­йшла у створен­ні ядерної зброї. Лише у повоєн­ні роки склалися реальні умови для її втіле­н­ня у промислове виробництво електричної енергії.

Першу в світі атомну електро­станцію введено в дію 1954 в м. Обнінськ (Росія) зуси­л­лями великої групи вчених на чолі з І. Курчатовим, який тривалий час працював у Харкові. Викори­ста­н­ня ядерної енергії у мирних цілях зумовлено економічними чин­никами, повʼязаними з обмеженістю ресурсів органічного палива у світі, екологічними міркува­н­нями про зменше­н­ня викидів в атмо­сферу продуктів спалюва­н­ня органічного палива і, нарешті, пер­спективою за­стосува­н­ня нового, заснованого на сучас. про­гресивних технологіях засобу виробле­н­ня електро­енергії. Від 1960 початкові темпи роз­витку А. е. у світі були дуже високими, проте вони по­ступово уповільнювалися, і за остан­ні роки приріст потужності був бл. 1 %. Це повʼязано зі зменше­н­ням попиту на електро­енергію у багатьох країнах світу, під­вище­н­ням вимог до без­пеки АЕС і від­повід. подорожча­н­ням їх будівництва та негативним ставле­н­ням населе­н­ня до АЕС, яке склалося після низки аварій і особливо після ката­строфи на Чорнобильській атомній електро­станції.

Можливість практичного викори­ста­н­ня атомної енергії обговорювалася ще від поч. 20 ст., зокрема й українськими вченими. Перший президент УАН В. Вернадський ще в 1922 писав: «Недалекий той час, коли людина одержить у свої руки атомну енергію — таке джерело сили, яке дасть їй можливість будувати своє життя так, як вона захоче… Чи зуміє людина скори­статися з цієї сили, спрямувати її на добро, а не на самознище­н­ня?.. Вчені не повин­ні ігнорувати можливі наслідки їхньої наукової праці, наукового про­гресу… Вони мають повʼязати свою роботу з кращою організацією всього людства». У цих словах міститься не тільки прозірливе перед­баче­н­ня майбутнього, а й засторога вченого-гуманіста проти без­думного за­стосува­н­ня досягнень науки.

Науковою базою робіт з А. е. є ядерна фізика. Ця галузь набула значного роз­витку в Україні, де центром досліджень у довоєн­ні роки став Український фізико-технічний ін­ститут, який пізніше став називатися Харківським фізико-технічним ін­ститутом (ХФТІ) і уві­йшов до складу УАН. Протягом 30-х рр. там створено потужну, на рівні тогочасних світових стандартів, апаратуру для при­скоре­н­ня заряджених частинок. У 1932 група вчених цього ін­ституту (К. Синельников, О. Лейпунський, А. Вальтер та Г. Латишев) уперше в СРСР здійснила роз­щепле­н­ня ядер літію у потоці при­скорених протонів. Досліджувалася можливість здійсне­н­ня ланцюгової реакції поділу урану, і вже 1940 О. Лейпунський ді­йшов висновку, що під впливом уповільнених нейтронів діляться тільки ядра ізотопу ²³⁵U і для створе­н­ня умов здійсне­н­ня ланцюгової реакції необхідно або збагачувати природний уран його легким ізотопом, або використовувати важку воду для ефективнішого уповільне­н­ня нейтронів. Саме ці принципи й використовуються у сучасних реакторах. У довоєн­ні роки вчені цього ін­ституту на­близилися до умов здійсне­н­ня ланцюгової реакції поділу урану. У післявоєн­ні роки ін­ститути АН УРСР стали центрами, де було зосереджено роботу з ядерної фізики та атомної енергетики. У ХФТІ та в Ін­ституті фізики (ІФ) створено серію потужних на той час при­скорювачів заряджених частинок: електро­статичні генератори, лінійні при­скорювачі на різні енергії аж до 2000 МВ, циклотрони (К. Синельников, А. Вальтер, О. Ахієзер, М. Пасічник, В. Стрижак). У 1960 в ІФ уведено в дію єдиний в Україні дослідницький реактор ВВР-М потужністю 10 МВт, який від­крив широкі можливості для фундаментальних і прикладних робіт у числен­них галузях ядерної та нейтрон­ної фізики, реактор. та радіаційного матеріало­знавства, радіаційної фізики твердого тіла, радіобіо­логії, радіаційної хімії та медицини тощо. Зокрема його викори­стано для комплекс. досліджень взаємодії нейтронів з майже всіма ядрами період. системи елементів. Багато з результатів цих досліджень викори­стано в теорії і роз­рахунках ядер. реакторів та кон­струкції активної зони. 1970 з ІФ виділено Ін­ститут ядерних досліджень АН УРСР, головними напрямками роботи якого стали ядерна фізика та атомна енергетика з викори­ста­н­ням сучасної екс­периментальної бази, що складається з атомного реактора ВВР-М, при­скорювача заряджених частинок У-240 на великі енергії, при­скорювача У-120, електро­статичного генератора та низки малих при­скорювачів. Одночасно роз­горнулася під­готовка спеціалістів для АЕС у ВНЗах Києва, Харкова, Одеси, Ужгорода. Зуси­л­лями великих колективів учених України (М. Пасічник, О. Давидов, О. Ахієзер, О. Ключарев, О. Німець, В. Вертебний та ін.) проведено комплексне дослідже­н­ня широкого спектра взаємодії нейтронів та заряджених частинок у великому діапазоні енергій з атомними ядрами, результати яких зна­йшли за­стосува­н­ня у різних галузях науки і техніки, зокрема і в А. е.

Проте про­блеми А. е. містять не тільки суто ядерні аспекти. Для нормального функціонува­н­ня атомної галузі необхідно брати до уваги весь ядерно-паливний комплекс: добува­н­ня та ізотопне збагаче­н­ня урану, виготовле­н­ня тепловидільних збірок, поводже­н­ня з від­працьованим ядерним паливом та радіо­активними від­ходами, зня­т­тя реакторів з екс­плуатації тощо. Все це в цілому вимагає від країн, що використовують ядерну енергію, створе­н­ня належної структури науково-технічної під­тримки цієї галузі. В Україні є до­статні можливості для забезпече­н­ня надійної роботи АЕС силами національного науково-технічного та кон­структорського потенціалу. Це дає під­стави для подальшого роз­витку А. е. країни.

Завантажити статтю