Ядерная физика, получение ядерной энергии. Атомное оружие

Ядерные арсеналы
Ядерный арсенал России
Испытания первых термоядерных зарядов
Наземные и подземные ядерные взрывы
Испытания ядерного оружия в атмосфере
Подземные испытания на Невадском полигоне.
Средства доставки ядерного оружия
Авиация как средство доставки ядерного заряда
Термоядерное оружие в США
Термоядерная программа в СССР
Поражающие факторы ядерного взрыва
Ядерные заряды и боеголовки
Индийская ядерная программа
Атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки
Ядерный арсенал США

Атомные подводные лодки и надводные корабли

Плутоний
Атомный проект
Академик РАН А.Д. Сахаров
О северном полигоне и ядерном оружии
Основные факторы риска
Атомные станции
Атомная физика
Принцип построения атомной энергетики.
Первая в мире атомная электростанция
Физический пуск реактора
Ядерные энергетические установки
Физика ядерного реактора
Реактор РБМК – 1000
Блок РБМК-1000
Авария на Чернобыльской АЭС
Меры по повышению безопасности РБМК
Автоматический химконтроль
ВВЭР - 1000
Системы теплотехнического контроля
Методы контроля
Расчет технико-экономических показателей АЭС
Российские атомные ледоколы
Энергетическая установка ледокола
Эффективная эквивалентная доза
Химическая дозиметрия
Физика атомного ядра
Решение задач по ядерной физике
Получение электрической энергии
Энергетический аудит
Энергосберегающие технологии
Гелиоэнергетика
Геотермальная энергетика
Космическая энергетика
Водородная энергетика
Биотопливная энергетика
Реакция деления
Плотность потока нейтронов
Реакторный теплоноситель
УРАН-235
Ячейка активной зоны реактора РБМК-1000
Кинетика реактора
Ядерная безопасность реактора
Коэффициент воспроизводства ядерного топлива
Средства управления реактором
Тепловые станции
Парогазовая электростанция (ПГЭС)
Эксплуатация энергоблоков
Безопасное обслуживание оборудования
Эксплуатация турбинных установок
Конденсатные насосы
Аварийные ситуации при сбросе нагрузки
Экология тепловой и атомной энергетики
Загрязнение атмосферного воздуха
Вредные выбросовы электростанций
Природоохранные технологии
Электрофильтры
Гетерогенно-каталитические методы
Очистка сточных вод
Радиоактивные вещества, образующиеся при работе АЭС
Аварийные ситуации на АЭС
Системы автоматизированного контроля в районе АЭС
Моделирование экологических систем

Информационное описание экосистем

Графика
Начертательная геометрия
Машиностроительное черчение
Сборочные чертежи
Выполнение чертежей
AutoCAD
Технические чертежи
История искусства
Архитектура
Техническое черчение
Задание прямого кругового конуса
Построение сечения сооружения
Построить проекции прямого геликоида
Выполнение сборочного чертежа
Нанесение размеров на сборочном чертеже
Шарнирная опора
Основные понятия кинематики
Сопротивление материалов
Сопротивление усталости
Сборочные и строительные чертежи
  • История развития черчения
  • Геометрические построения
  • Проекционное изображение
  • Виды, сечения и разрезы на чертежах
  • Машиностроительные чертежи
  • Эскизы деталей
  • Сборочные чертежи
  • Строительные чертежи
  • Архитектурные чертежи
  • Чертежи строительных конструкций
  • Инженерные чертежи
  • Чертежи строительных генеральных планов
  • Графическое оформление чертежей
  • Техническое обслуживание и ремонт персонального компьютера
    Блоки питания
    Мощность блоков питания
    Диагностика неисправностей блоков питания
    Клавиатура PC и XT
    Мышь
    Накопители
    Звуковая плата
    Высшая математика в экономике
    Использование функций в области экономики
    Основы дифференциального исчисления
    Несобственные интегралы
    Элементы линейной алгебры
    Основы оптимального управления
    Транспортная задача
    Динамическое программирование
    Математический анализ
    Электротехника
    Лабораторные работы
    Электрические цепи постоянного тока
    Лабораторный практикум по Сопромату
    Расчет напряжений и деформаций валов
    Расчет балок на жесткость
    Совместное действие изгиба и кручения
    Лабораторный практикум
    Расчет заклепок на срез
    Механические испытания на изгиб

    Контрольная работа

    Современные ядерные реакторы

    • Канальный кипящий графитовый реактор
    • Основные технические характеристики РБМК следующие. В самом общем виде реактор представляет собой цилиндр составленный из графитовых блоков, помещенный в бетонную шахту. Диаметр, этого цилиндра, около 12 м, а высота около 8 м. Реактор окружен боковой биологической защитой в виде кольцевого бака с водой.
    • Реакторы водо-водяного типа Реактор ВВЭР-1000 представляет собой второе поколение легководных реакторов большой мощности. Электрическая мощность энергоблоков составляет 1000 МВт.
    • Сравнительные характеристики: ВВЭР — корпусной реактор (давление держится корпусом реактора); РБМК-- канальный реактор (давление держится независимо в каждом канале); в ВВЭР теплоноситель и замедлитель — одна и та же вода (дополнительный замедлитель не вводится), в РБМК замедлитель — графит, а теплоноситель — вода; в ВВЭР пар образуется во втором корпусе парогенератора, в РБМК пар образуется в непосредственно в активной зоне реактора (кипящий реактор) и прямо идет на турбину — нет второго контура.
    • Реакторы на быстрых нейтронах В США венгерским ученым Л.Сцилардом в январе 1943 была высказана идея о расширенном воспроизводстве ядерного горючего. Первый промышленный бридер — экспериментальный реактор (тепловая мощность 0,2 МВт) был введен в действие 20.12.1951 в ядерном центре в Айдахо, США.
    • Ядерный реактор БН-600 выполнен с «интегральной» компоновкой оборудования, при которой активная зона и оборудование первого контура (главные циркуляционные насосы и промежуточные теплообменники) размещены в корпусе реактора
    • Графитовые тепловые реакторы Исторически первыми промышленными реакторами – наработчиками плутония – были канальные реакторы на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем и прямым проточным водным охлаждением (Аналогом такого реактора является реактор энергетический РБМК, чернобыльского типа).
    • Легководные реакторы Существуют и промышленные реакторы – наработчики плутония, функционирующие на обычной воде (правда глубоко очищенной от примесей). Примером может служить реактор «Руслан», пущенный на «Маяке» в 1985.
    • Исследовательские ядерные реакторы Под исследовательским реактором подразумевается ядерный реактор. предназначенный для получения и использования нейтронов и ионизирующего излучения в исследовательских и других целях, для чего на нем могут применятся экспериментальные устройства.
    • Реактор БОР-60 – опытный реактор на быстрых нейтронах, смонтированный в Институте атомных реакторов (г. Димитровград, 1969). Реактор является уникальной многоцелевой установкой, предназначенной для решения проблем реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем и ядерных энергетических установок других типов, в том числе с термоядерными реакторами, а также для проведения исследований, необходимых в различных областях науки и техники.
    • Реакторы третьего поколения ВВЭР-1500
    • Многопетлевой кипящий энергетический реактор МКЭР-800 Развитием канальных реакторов является многопетлевой кипящий энергетический реактор электрической мощностью 800 МВт (МКЭР-800)
    • Реактор БРЕСТ
    • Безопасный быстрый реактор РБЕЦ
    • Тепловой реактор с внутренней безопасностью Наилучший ядерный цикл осуществляется в реакторах на быстрых нейтронах. Обращение к тепловым реакторам оправдано их хорошей освоенностью. Из всех известных тепловых реакторов лучшим нейтронным балансом обладает тяжеловодный (D2O) реактор типа канадского «Саndu», использующий в качестве топлива природный (необогащенный) уран
    • Комбинированный двухкаскадный реактор (реактор в реакторе) состоит из внутренней центральной части, представляющей собой быстрый, но маломощный критический реактор, и окружающей его внешней оболочки (бланкета), представляющей собой внешний подкритический реактор (в качестве замедлителя используется тяжелая вода).
    • Гибридный реактор. Развитие идеи комбинированного реактора привело к созданию концепции гибридного реактора, сочетающего источник нейтронов и подкритический реактор. Источником нейтронов может быть смесь альфа-излучателя с беррилием, ускоритель (протонов, дейтронов, электронов и т.п.), плазменная или термоядерная установка.
    • Тепловой реактор и термояд Источником нейтронов может быть установка, в которой протекает реакция термоядерного синтеза. Целесообразность использования термоядерной энергии определяется величиной коэффициента усиления, т.е. отношением выделившейся энергии к энергии, затраченной на возбуждение термоядерной реакции.
    •   Погружающийся реактор Автоматический режим поддержания критического состояния создает предпосылки для экзотических проектов. Поскольку уран – металл тяжелый, нетрудно вообразить себе реактор с удельным весом, превышающим средний удельный вес пород у поверхности Земли.
    • Энергетическая установка ГТ-МГР
    • Топливные блоки активной зоны содержат стержни выгорающего поглотителя на основе окиси эрбия (Er2O3) с естественным содержанием изотопов. Поглотитель служит для двух целей: компенсации запаса реактивности и обеспечение отрицательного температурного коэффициента реактивности.
    • Концепция проекта ГТ-МГР основывается на четырех современных технологиях: модульных гелиевых реакторах с характерным для них высоким уровнем естественной безопасности; высокоэффективных газовых турбинах, разработанных для авиации и электростанций; электромагнитных подшипниках; высокоэффективных компактных пластинчатых прямотрубных оребренных теплообменниках.

    Реакторы средней мощности

    • Корпусной реактор ПРБЭР-600 с интегральной компоновкой Интегральная компоновка реакторной установки (РУ) привносит дополнительные, качественно новые возможности для повышения безопасности АС, которых нет в двух других схемах, но ее применение оправдано только при высокой надежности, отработанности внутриреакторного оборудования. Примером интегральной компоновки может служить реактор ВПБЭР.
    • ВВЭР-640 (В-407) Реакторная установка В-407 является составной частью АЭС нового поколения средней мощности с повышенным уровнем безопасности по сравнению с предыдущими серийными АЭС с отечественными реакторами ВВЭР и зарубежными действующими реакторами PWR при высоком уровне надежности и экономичности.
    • Малые реакторы Капсулированный реактор Американское министерство энергетики (DOE) проектирует капсулированный ядерный реактор, который можно будет продавать в любую развивающуюся страну мира, поскольку он будет надежно защищен от несанкционированного вскрытия.
    • АРГУС – типичный представитель малых лабораторных реакторов, предназначенный для проведения ядерно-физического анализа и технологического контроля.

    Энергосберегающие технологии

    Энергосберегающие технологии и оборудование в теплоэнергетике Сегодняшнее положение дел в России в области водоподготовки и очистки стоков можно смело охарактеризовать как первый этап революции. Революции в отношении к применяемым технологиям. Новая технология – мембранная ультрафильтрация, которая позволила миру отказаться от проверенных веками способов очистки воды.

    Системы теплоснабжения

    Нетрадиционные возобновляемые источники энергии Краткий обзор нетрадиционной энергетики Состояние альтернативных преобразователей энергии в мире

    Состояние и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в электроэнергетике России Основатель современной отечественной электроэнергетики Глеб Максимилианович Кржижановский уделял внимание самым различным ее аспектам. Одним из первых в стране он оценил значение и перспективы использования возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии и тепла.

    Основные направления развития малой гидроэнергетики на ближайшие годы следующие: строительство малых ГЭС при сооружаемых комплексных гидроузлах; модернизация и восстановление ранее существовавших МГЭС; сооружение МГЭС на существующих водохранилищах и малых реках, на имеющихся перепадах на каналах и трубопроводах подвода и отвода воды на объектах различного хозяйственного назначения.

    Развитие нетрадиционной энергетики является важным направлением в системе энергоснабжения России

    Энергия ветра Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

    • Удивительно разнообразны конструкции современных ветроустановок. Питер Макгрэв из Англии разработал проект ветроэнергетической установки мощностью 3 тыс. кВт с двумя лопастями, укрепленными на горизонтальной оси. Известная авистроительная фирма «Макдоннел – Дуглас» спроектировала установку такого же типа, но с тремя лопастями. А западногерманская фирма «Мессершмит – Бельков – Блом» разработала конструкцию ветроколеса с одной лопастью длинной 74 м, установленной на башне высотой 120 м. Мощность этого гиганта должна составить 5 тыс. кВт. Встречаются и конструкции, где ветер должен вращать устройство, напоминающее огромное велосипедное колесо, на котором вместо спиц укреплены лопасти.
    • Ветроустановки классифицируются по следующим признакам: положению ветроколеса относительно направления ветра; геометрии ветроколеса; по мощности ветроустановки.
    • Одна из первых ветроэнергетических установок в стране находится на выезде из Минска в могилевском направлении. Она была разработана минской фирмой «Аэролла». Другая ветроустановка, разработанная НПГП «Ветромаш», работает в Заславле, который практически является плацдармом для отработки новых решений по энергосбережению в Беларуси. В поселке Занарочь подготовлена площадка для установки ветростанции. В качестве положительного примера в области энергосбережения на недавно проходившей итоговой  коллегии Минжилкоммунхоза было названо сооружение ветровой установки в Городке. Здесь такая система вырабатывает энергию на случай аварийного выхода из строя обычных систем энергообеспечения.
    • Ветроэнергетика в России В России существуют значительные нереализованные возможности в области ветроэнергетики. Фундаментальные исследования аэродинамики ветряка, осуществленные в ЦАГИ, заложили основу современных ветротурбин с высоким коэффициентом использования энергии ветра
    • ВЭС с точки зрения экологии Совершенно ясно, что к работающему ветряку близко подходить не желательно и притом с любой стороны, т. к. при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения сотен, тысяч и тем более миллионов ветряков потребовались бы обширные площади в сотни тысяч гектаров. Ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, т. к. они могут создавать взаимные помехи в работе, «отнимая ветер» один у другого. Минимальное расстояние между ветряками должно быть не менее их утроенной высоты. Какую же площадь придется отвести для ВЭС мощностью 4 млн кВт!
    • Глобальные ветры К глобальным ветрам относятся пассаты и западный ветер. Пассаты образуются в результате нагрева экваториальной части земли. Нагретый воздух поднимается вверх, увлекая за собой воздушные массы с севера и юга. Вращение земли отклоняет потоки воздуха. В результате устанавливаются дующие круглый год с постоянной силой северо-восточный пассат в северном полушарии и юго-восточный – в южном. Пассаты дуют в приэкваториальной области, заключенной между 25 и 30° северной и южной широтами соответственно. В северном полушарии пассаты охватывают
    • Типы ветродвигателей Большинство типов ветродвигателей известны так давно, что история умалчивает имена их изобретателей.
    • Устройство ветроэлектрической установки Основные компоненты установок обоих типов: ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна. Для автономных систем с выпрямителем и инвертором – обычно переменная;

    Солнечная энергия Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько её содержится во всех разведанных запасах ископаемого топлива, а за 1 с -170 млрд Дж. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1 600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

    • Гелиоэнергетика. «Собрать», сконцентрировать солнечную систему может каждый. В ясный солнечный день линза соберет лучи солнца в яркое пятнышко. Температура там такая, что лучи прожигают бумагу. Концентрацией солнечной радиации, преобразованием ее в другие виды энергии, удобные для практического применения, занимается гелиоэнергетика. От Солнца на Землю идет тепловой поток, энергия которого измеряется астрономической цифрой.
    • Концентраторы солнечного света. С детства многие помнят, что с помощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются: они тяжелы, дороги и трудны в изготовлении.
    • Использование солнечной энергии
    • Самый важный компонент системы – теплоноситель. Различают коллекторы с естественной и принудительной (с помощью насосов) его циркуляцией. Широкое применение находят солнечные установки не только с водой, но и с воздухом, а также с низкокипящими жидкостями типа аммония
    • К активным тепловым солнечным системам относятся плоские, а также параболические зеркальные концентраторы с одной и двумя степенями свободы и со специальными приводами, позволяющими системе «следить» за положением Солнца на небосводе
    • В башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающих степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем довольно сложна, т. к. требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 °С, воздух и другие газы – до 1000 °С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) – до 100 °С, жидкометаллические теплоносители – до 800 °С.
    • Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты. Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов – плоские и фокусирующие.
    • Гелиоустановки на широте 60°. Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2 600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны, импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.
    • Солнечные установки коммунально-бытового назначения Солнечные водонагревательные установки. Сейчас во всем мире в эксплуатации находится более 5 млн солнечных водонагревательных установок, используемых в индивидуальных жилых домах, централизованных системах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, включая гостиницы, больницы, спортивно-оздоровительные учреждения и т. п. Налажено промышленное производство солнечных водонагревателей в таких странах, как Япония, Израиль, Кипр, США, Австралия, Индия, Франция, ЮАР и др.
    • Активные гелиосистемы отопления зданий. В состав активной системы солнечного отопления входят коллектор солнечной энергии, аккумулятор теплоты, дополнительный (резервный) источник энергии, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор и из него к потребителям, насосы или вентиляторы, трубопроводы с арматурой и комплекс устройств для автоматического управления работой системы. Солнечный коллектор обычно устанавливается на крыше дома, остальное оборудование гелиосистемы отопления и горячего водоснабжения дома размещается в подвале.
    • Фотонный кнут Чтобы в полной мере использовать лучистую энергию Солнца, нужно превратить ее в какой-либо иной вид. Сохранить световой луч в «банке» еще никому не удавалось. Один из наиболее распространенных и перспективных способов преобразования света – фотоэлектрический: фотоны передают свою энергию электронам в полупроводниках. Возникает электрический ток.
    • Развитие солнечной энергии в России В России в настоящее время имеется восемь предприятий, имеющих технологии и производственные мощности для изготовления 2 МВт солнечных элементов и модулей в год.

    Геотермальная энергия В Турции (г. Анталия) с 24 по 30 апреля 2005 г. с большим успехом прошел Всемирный геотермальный конгресс WOC-2005 под девизом «Геотермальная энергия: локальная, возобновляемая, экологически чистая». В этом форуме приняло участие более 1 400 специалистов из 81 страны шести континентов, было представлено более 700 научных докладов. Во время конгресса работала выставка последних достижений в области геотермии, где было представлено более 45 ведущих компаний мира.

    • Гидротермальные системы К категории гидротермальных конвективных систем относят подземные бассейны пара или горячей воды, которые выходят на поверхность земли, образуя гейзеры, сернистые грязевые озера и фумаролы. Образование таких систем связано с наличием источника теплоты горячей или расплавленной скальной породы, расположенной относительно близко к поверхности земли. Над этой зоной высокотемпературной скальной породы находится формация из проницаемой горной породы, содержащая воду, которая поднимается вверх в результате ее подстилающей горячей породы.
    • Геотермальная энергия – энергия будущего Пейзаж графства Корнуолл, расположенного на юго-западе Англии, известен не только своей первозданной, ничем не испорченной красотой. Здесь нетрудно разыскать специалистов по натуральным, экологически безопасным, но тем не менее высокоэффективным энергетическим системам, которые еще не получили широкого распространения. Но очень скоро применение этих систем станет таким же обычным делом, как сегодня использование бензина для приведения автомобилей в движение
    • Геотермальное теплоснабжение В последние годы в мире отмечается значительный рост мощностей геотермального теплоснабжения. Системы геотермального централизованного теплоснабжения в основном применяются в Европе (лидеры — Франция и Испания), а также в Китае, Японии и Турции. В США преобладают системы геотермального отопления отдельных домов.

    Энергия биомассы Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х г. в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.

    • Практические советы Как уже отмечалось, решающую роль в развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15 °С до 20 °С может вдвое увеличить производство энергоносителя. Поэтому часть генераторов имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не оборудовано ею, они используют лишь тепло, выделяемое в процессе самого разложения органических веществ. Одним из важнейших условий нормальной работы ферментатора является наличие надежной теплоизоляции. Кроме того, необходимо свести к минимуму потери тепла при очистке и наполнении бункера ферментатора.
    • Биоэнергетическая технология. Биогазовые технологии – радикальный способ обезвреживания и переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива – биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений. Биогазовые технологии – это решение проблем экологии, энергетики, агрохимии и капитала.
    • Мини-теплоэлектростанция на отходах. Биогазовые технологии – радикальный способ обезвреживания и переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива – биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений. Биогазовые технологии – это решение проблем экологии, энергетики, агрохимии и капитала.
    • Биоэнергетические установки, производимые в России, и их краткие технические характеристики Установка предназначена для переработки всех видов органических отходов крестьянского или фермерского хозяйства, имеющего на своем подворье до 5-6 голов крупного рогатого скота или 50-60 голов свиней, или 500-600 голов птицы, с получением газообразного топлива (биогаза) и экологически чистых органических удобрений.

    Использование водной энергии земли Три четверти земной поверхности занято водой, лишь одна четверть сушей. Поэтому человека привлекала проблема полезного использования воды, в том числе и в энергетике. Время применения гидравлических двигателей насчитывает более 2000 лет. Сначала как источник механической энергии использовались отдельные водяные колеса, затем отдельные водяные турбины и, наконец, гидростанции. В России насчитывается 575 тыс. рек протяженностью более 4 млн км. По количеству и длине рек Россия занимает первое место в мире. Их энергия, технически пригодная к использованию, составляет около 4 000 млрд кВт∙ч. По запасам гидроэнергии Россия превосходит все страны. Например, следующие за Россией США и Бразилия имеют гидроэнергетические запасы, примерно в 1,6 раза меньшие.

    • Энергия Мирового океана Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн км2) занимают моря и океаны – акватория Тихого океана составляет 180 млн км2 Атлантического 93 млн км2, Индийского 75 млн км2. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 °, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.
    • Энергия морских течений. Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью турбин, погруженных в воду (подобно ветряным мельницам, «погруженным»  в атмосферу).
    • Биохимическая энергия В океане существует замечательная среда для поддержания жизни, в состав которой входят питательные вещества, соли и другие минералы. В этой среде растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых маленьких до самых больших, от амебы до акулы. Растворенный углекислый газ точно так же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных диатомовых водорослей до достигающих высоты 200-300 футов (60-90 м) бурых водорослей.
    • Выгоды использования энергии океана В океане, который составляет 71 % поверхности планеты, потенциально имеются различные виды энергии: энергия волн и приливов, энергия химических связей газов, питательных веществ, солей и других минералов, скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах воды, энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя разницу температур воды океана на поверхности и в глубине, и их можно преобразовать в стандартные виды топлива.

    Низкопотенциальные источники тепла (НИТ) Насосы тепла Что такое тепловой насос? Сейчас для обогрева домов в сельской местности инженеры и ученые предлагают такие схемы. В землю закапывают трубы, и находящаяся в них жидкость, например вода или антифриз, получает ту же температуру, что и грунт. В земле на глубине метр-два всегда тепло, даже в сильные морозы там 6-8 °С тепла, а то и больше. От теплособирающих труб тепло передается фреону во втором контуре, и он испаряется. Установленный в доме компрессор сжимает газ, тот конденсируется в жидкость, а тепло конденсации служит для обогрева помещения. Потом эта жидкость испаряется за счет подземного тепла, и цикл повторяется.

    Проектирование активных систем солнечного горячего водоснабжения Общие сведения. Задание на проект содержит характеристику и количество коммунально-бытовых потребителей теплоты, тип промышленного комплекса, характеристику топлива. В задании на проект рекомендуется предусмотреть несколько разных потребителей теплоты.

    Будущие источники энергии Энергия из космоса Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает атмосфера. Само собой напрашивается решение: разместить солнечные энергостанции в космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии солнца. У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии в другой неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить опасное перегревание земной атмосферы.

    Водородная экономика Один из самых необычных и, пожалуй, самых привлекательных сценариев энергетического будущего человечества открывает проект «Водородная экономика». Его суть заключается в замене ископаемого топлива водородом. Физический и химический смысл проекта ясен: основная энергия в нефти, газе, каменном угле и дереве запасена в виде углеводородов – соединений углерода с водородом. И не углерод, а именно водород дает при сжигании наибольшее количество тепловой энергии, превращаемой затем в механическую.

    Проектирование систем солнечной энергии Проектирование пассивных систем солнечного отопления зданий. Исходные данные и объем проектирования

    Схемы систем горячего водоснабжения Установка солнечного горячего водоснабжения сезонного действия без дублера с принудительной циркуляцией состоит из солнечных коллекторов, скоростных теплообменников, циркуляционных насосов теплоприемного контура, насосов контура горячего водоснабжения, расширительного бака, баков-аккумуляторах, регулирующей и водоразборной арматуры.

    Оборудование установок солнечного горячего водоснабжения

    Закрытые системы геотермального теплоснабжения Закрытые геотермальные системы, обеспечивающие только горячее водоснабжение. В зависимости от расположения места сброса и источника питьевой воды могут быть использованы три вида схемного решения.

    Комплексные геотермальные системы теплоснабжения Комплексные геотермальные системы теплоснабжения могут осуществлять отопление и горячее водоснабжение гражданских, промышленных зданий и обеспечение технологических нужд производств (автомойки, прачечные и пр.), а также отопление теплиц; они способны обеспечить существенное повышение технико-экономических показателей термоводозаборов с одновременным достижением дополнительного социального эффекта.

    Проектирование ветроэнергетических установок Новое – это хорошо забытый...ветер. История использования человеком энергии ветра столь же продолжительна, как и история применения энергии воды. Издавна люди сооружали ветряные мельницы для размола зерна, подъема воды из глубоких колодцев. Более пяти тысяч лет тому назад подобные агрегаты строились в Древнем Египте. Конструкция ветряных мельниц без каких-то существенных изменений сохранялась сотни и тысячи лет. До сих пор в Англии действует ветряная мельница, построенная еще в 1665 г.

    Проектирование аккумуляторов теплоты Аккумулятором теплоты называется устройство (или совокупность устройств), которые обеспечивают процессы накопления, сбережения и передачи тепловой энергии в соответствии с требованиями потребителя. Изменение энтальпии теплоаккумулирующего материала может происходить как с изменением его температуры, так и без него в процессе фазовых превращений.

    Проектирование биогазовых установок Биомасса является сконцентрированной энергией солнца. Ее можно преобразовать в разнообразные виды топлива: жидкое, газообразное или же использовать непосредственно для получения теплоты. В состав биомассы входят сельскохозяйственные продукты, отходы сельскохозяйственных и промышленных предприятий, лесоматериалы, морские растения. Биомасса относится к местным источникам энергии.

    Решение задач по ядерной физике

    Законы радиоактивного распада

    Основные характеристики ядер

    Оценить плотность ядерного вещества, концентрацию нуклонов и плотность электрического заряда в ядре

    Как изменились численные значения масс атомов при переходе от старой единицы массы к новой

    Найти процентное содержание (атомное и массовое) изотопа 13С

    Найти удельную энергию связи  нуклона в ядрах 6Li, 40Ar, 107Ag, 208Pb и построить график зависимости

    Определить: а) энергию связи нейтрона и α-частицы в ядре 21Ne; б) энергию, необходимую для разделения ядра 16О на четыре одинаковые частицы.

    Вычислить энергию связи нейтрона в ядре 14N, если известно, что энергии связи ядер 13N и 14N равны 94,10 и 104,66 МэВ.

    Найти энергию, необходимую для разделения ядра 16О на α-частицу и ядро 12С, если известно, что энергии связи ядер 16О, 12С и 4Не равны 127,62; 92,16 и 28,30 МэВ

    Определить энергию, .выделяющуюся при образовании двух частиц в результате синтеза ядер 2Н и 6Li, если известно, что энергии связи на один нуклон в ядрах 2Н, 4Не и 6Li равны 1,11; 7,08 и 5,33 МэВ соответственно

    Показать, что при однородной плотности электрического заряда для ядра сферической формы энергия кулоновского отталкивания протонов Uкул = 0,6kZ2e2/R1/3, где Z и R – заряд и радиус ядра, k – коэффициент пропорциональности, определяемый системой единиц. В СИ k = 9∙109 м/Ф.

    Считая, что разность энергий связи зеркальных ядер и определяется только различием энергий кулоновского отталкивания протонов (см. формулу (1.10.7) в предыдущей задаче), вычислить их радиусы. Сравнить результаты с вычислением радиусов по формуле (1.1).

    Вычислить с помощью полуэмпирической формулы (1.4): а) энергии связи ядер 40Са и 107Ag; б) энергии связи на один нуклон в ядрах 50V и 200Hg; в) массы атомов 45Sc и 70Zn.

    Определить с помощью формулы (1.4) заряд ядра, имеющего наименьшую массу среди ядер с одинаковым нечетным значением массового числа А. Предсказать с помощью полученной формулы характер активности (электронная или позитронная) следующих β-активных ядер: 103Ag; 127Sn и 141Cs.

    Сколько компонент сверхтонкой структуры имеют в основном состоянии следующие атомы: 3H(2S1/2); 6Li(2S1/2); 9Be(1S0);  15N(4S3/2) 35Cl(2P3/2).

    Определить спин ядра 59Со, основной терм атома которого 4F9/2 содержит восемь линий сверхтонкого расщепления.

    Отношение интенсивностей линий сверхтонкого расщепления при переходе 2P1/2 → 2S1/2 атома натрия равно приблизительно 10 : 6. Имея в виду, что сверхтонкая структура вызвана расщеплением терма 2S1/2 (расщепление терма 2P1/2 ничтожно мало), найти спин ядра 23Na.

    С помощью модели ядерных оболочек написать конфигурацию основных состояний ядер: 7Li, 13C и 25Mg.

    Квантовые усилители и генераторы. Лазеры. Индуцированное излучение До сих пор мы рассматривали лишь такое взаимодействие излучения с веществом, в результате которого происходит ослабление потока вследствие рассеяния и поглощения. Однако, возможны такие процессы, при которых поток излучения, проходя через вещество, будет не ослабляться, но усиливаться, на что впервые указал Фабрикант в 1939 г. Подобные процессы реализуются в приборах, получивших название квантовых усилителей и квантовых генераторов, рассматриваются они в недавно родившейся области науки - квантовой электронике.

    Определить с помощью модели ядерных оболочек спины и четности основных состояний ядер: .

    Оценить степень несферичности ядра ,

    При распаде ядер 212Ро испускаются четыре группы α-частиц: основная с кинетической энергией 8,780 МэВ и длиннопробежные с кинетическими энергиями 9,492; 10,422 и 10,543 МэВ. Рассчитать и построить схему уровней ядра 212Ро, если известно, что дочерние ядра во всех случаях возникают непосредственно в основном состоянии.

    Оценить высоту кулоновского барьера для α-частиц, испускаемых ядрами 222Rn (закруглением вершины барьера пренебречь). Какова у этих ядер ширина барьера (туннельное расстояние) для α-частиц, вылетающих с кинетической энергией 5,5 МэВ.

    Определить отношение высоты центробежного барьера к высоте кулоновского барьера для α-частиц, испускаемых ядрами 209Ро, с орбитальным моментом l = 2. Закруглением вершины кулоновского барьера пренебречь.

    Вычислить суммарную кинетическую энергию частиц, возникающих при β-распаде покоящегося нейтрона.

    Как определяются энергии , освобождаемые при β--распаде, β+-распаде и К-захвате, если известны массы материнского и дочернего атомов и масса электрона. 

    Зная массу дочернего нуклида и энергию β-распада Q, найти массу нуклида:

    Установить, возможны ли следующие процессы:

    а) β--распад ядер 51V (-0,05602);

    б) β+-распад ядер 39Са (-0,02929);

    в) К-захват для ядер 63Zn (-0,06679).

    Ядро 32Р испытало β-распад, в результате которого дочернее ядро оказалось непосредственно в основном состоянии. Определить максимальную кинетическую энергию β-частиц и соответствующую кинетическую энергию дочернего ядра.

    Вычислить энергию квантов, сопровождающих β-распад ядер 28Al

    Изомерное ядро 81Sem с энергией возбуждения 103 кэВ переходит в основное состояние, испуская или γ-квант, или конверсионный электрон с К-оболочки (энергия связи К-электрона 12,7 кэВ). Найти скорость ядра отдачи в обоих случаях

    Свободное ядро с энергией возбуждения Евозб = 129 кэВ переходит в основное состояние, испустив γ-квант. Найти изменение энергии γ-кванта относительно энергии возбуждения вследствие отдачи ядра.

    С какой скоростью должны сближаться источник и поглотитель, состоящие из свободных ядер 191Ir, чтобы можно было наблюдать максимальное поглощение γ-квантов с энергией 129 кэВ.

    В результате активации образовалось 10 радиоактивных ядер, период полураспада которых Т1/2 = 10 мин. Какова вероятность распада точно 5 ядер за время t = Т1/2?

    Предполагается провести 2000 измерений активности препарата в течение одинаковых промежутков времени. Среднее число импульсов за время одного измерения равно 10,0. Считая время измерения малым по сравнению с периодом полураспада исследуемого радионуклида, определить число измерений, в которых следует ожидать точно 10 и 5 импульсов.

    Среднее значение скорости счета импульсов от исследуемого радионуклида с большим периодом полураспада составляет 100,0 имп./мин. Определить вероятность получения 105 имп./мин. И вероятность того, что абсолютное отклонение от среднего числа имеет значение, большее 5,0 имп./мин.

    Вычислить вероятность получения абсолютной погрешности измерения, превосходящей: а) σ и б) 2σ, где σ – среднеквадратичная погрешность.

    Счетчик , находящийся в поле исследуемого излучения, зарегистрировал 3600 импульсов за 10 мин. Найти:

    а) среднюю квадратичную погрешность в скорости счета;

    б) продолжительность измерения, обеспечивающую определение скорости счета с погрешностью 1,00%.

    При изучении интенсивности исследуемого облучения (вместе с фоном) счетчик зарегистрировал 1700 имп. за 10,0 мин. Отдельное измерение фона дало 1800 имп. за 15,0 мин. Найти скорость счета, имп./мин, обусловленную исследуемым облучением, и ее среднюю квадратичную погрешность.

    Скорость счета импульсов от фона составляет 15 имп./мин, а скорость счета от исследуемого препарата и фона составляет 60 имп./мин. Пусть tф и tиф – время измерения фона и исследуемого препарата при наличии фона. Найти оптимальное отношение tф/tиф, при котором точность определения скорости счета от самого препарата будет максимальной для заданного полного времени tф + tиф.

    Счетчик Гейгера-Мюллера с разрешающим временем τ = 0,20 мс зарегистрировал  3,0·104 имп./мин. Оценить среднее число частиц, прошедших через счетчик в мин.

    Какая доля частиц, проходящих через счетчик с разрешающим временем τ =1,0 мкс, не будет зарегистрирована при скорости счета  и 1,0·105 имп./мин.

    Радиоактивность

    Найти вероятность распада радиоактивного ядра за промежуток времени t, если известна его постоянная распада

    Показать, что среднее время жизни радиоактивных ядер τ = 1/λ, где λ – их постоянная распада.

    Какая доля первоначального количества ядер 90Sr: а) останется через 10 и 100 лет; б) распадется за одни сутки; за 15 лет?

    Вычислить постоянную распада, среднее время жизни и период полу распада радиоактивного нуклида, активность которого уменьшается в 1,07 раза за 100 дней.

    Определить возраст древних деревянных предметов, у которых удельная активность 14С составляет 3/5 удельной активности этого же нуклида в только что срубленных  деревьях.

    Свежеприготовленный препарат содержит 1,4 мкг радиоактивного нуклида 24Nа. Какую активность он буде иметь через сутки?

    Определить число радиоактивных ядер в свежеприготовленном препарате 82Br, если известно, через сутки его активность стала равной 7,4·10-9 Бк (0,4 Ки).

    Вычислить удельную активность чистого 239Pu.

    Сколько миллиграмм β-активного 90Sr следует добавить к 1 мг неактивного стронция, чтобы удельная активность препарата стала равной 6,8 Ки/г?

    В кровь человека ввели небольшое количество раствора, содержащего 24Nа активностью А0 = 2,1·103 Бк. Активность одного см-3 крови, взятой через t = 5 ч после этого, оказалась равной а = 0,28 Бк/см3. Найти объем крови человека

    При радиоактивном распаде ядер нуклида А1 образуется радионуклид А2. Их постоянные распада равны λ1 и λ2. Полагая, что в начальный момент препарат содержал только ядра нуклида А1 в количестве N01, определить:

    а) количество ядер нуклида А2 через промежуток времени t;

    б) промежуток времени, через который количество ядер нуклида А2 достигнет максимума;

    в) в каком случае может возникнуть состояние переходного равновесия, когда относительное количество обоих нуклидов будет оставаться постоянным. Чему равно это отношение?

    226Ra, являясь продуктом распада 238U, содержится в последнем в количестве одного атома на каждые 2,80·106 атомов 238U. Найти период полураспада 238U, если известно, что он значительно больше периода полураспада 226Ra, который равен 1620 годам.

    При β-распаде 112Pd возникает β-активный нуклид 112Ag. Их периоды полураспада равны соответственно 21 и 3,2 ч. Найти отношение максимальной активности нуклида 112Pd к первоначальной активности препарата, если в начальный момент препарат содержал только нуклид 112Ag. 

    Радионуклид испытывает превращение по цепочке

    Определить массу свинца, который образуется из 1,0 кг 238U за период, равный возрасту Земли (2,5·109 лет).

    Радионуклид 27Mg образуется с постоянной скоростью q = 5,0·1010 ядер в секунду. Определить количество ядер 27Mg, которое накопится в препарате через промежуток времени

    Радионуклид 124Sb образуется с постоянной скоростью q = 1,0·109 ядер в секунду. С периодом полураспада Т1/2 = 60 сут он превращается в стабильный нуклид 124Те. Найти:

    а) через сколько времени после начала образования активность 124Sb станет А = 3,7·108 Бк.

    б) какая масса нуклида 124Те накопится в препарате за четыре месяца после начала его образования.

    Радионуклид 138Xe, который образуется с постоянной скоростью q = 1,0·109 ядер в секунду, испытывает превращение по схеме

    Покоящиеся ядро 213Ро испустило α-частицу с кинетической энергией Тα = 8,34 МэВ. При этом дочернее ядро оказалось непосредственно в основном состоянии. Найти полную энергию Еα, освобождаемую в этом процессе. Какую долю этой энергии составляет кинетическая энергия дочернего ядра? Какова скорость отдачи дочернего ядра.

    Распад 226Th ядер происходит из основного состояния и сопровождается испусканием α-частиц с кинетическими энергиями 6,33; 6,23; 6,10 и 6,03 МэВ. Рассчитать и построить схему уровней дочернего ядра.