История развития ядерной индустрии

Ядерная индустрия Архитектура ПК Линейная и векторная алгебра Определенный интеграл ТФКП Математика примеры решения задач Примеры вычислений интегралов Курс лекций Сопротивление материалов
Энергетика
Оборудование атомной станции
Реактор БРЕСТ-2400
Ядерная индустрия
Введение в экологию энергетики
Информатика
Архитектура ПК
Математика
Множества
Линейная и векторная алгебра
Последовательность
Решение задач
Дифференцируемость функций
Исследование функций
Многочлены с комплексными коэффициентами
Определенный интеграл
ТФКП примеры решения задач
Приложения кратных, криволинейных и поверхностных интегралов
Математика примеры решения задач
Примеры вычислений интегралов
Физика Электротехника
Примеры решения задач
Линейные электрические цепи
Теоретические основы
электротехники
Графика
Курс лекций Сопротивление материалов
Сопромат расчеты на прочность
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
История искусства
Акварель в архитектурном чертеже.
Мастерская живописи и рисунка
Построение архитектурного пространства
История живописи
Компьютерная математика
MATLAB
Основы графической визуализации вычислений
Пользовательский интерфейс
Операторы и функции
Специальные математические функции
Многомерные массивы
Численные методы
Обработка данных
Основы программирования
Архитектура ПК

 

 

История создания и развития ядерной индустрии связана с открытием и детальным изучением явления радиоактивности, открытого в ходе целенаправленного исследования строения вещества: сначала молекул и атомов, а затем – ядра и элементарных частиц. После открытия радиоактивности (А.Беккерель, 1896) и электрона (1897, Дж.Дж.Томсон) стало очевидно, что атом – система заряженных частиц. Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы физической материи Э. Резерфорд предсказал существование нейтрона Начало реалистичной модели строения атома положили опыты Г.Гейгера по изучению экспериментов, Э. Резерфорд в 1911 создал теорию рассеяния альфа-частиц в веществе, открыл атомное ядро и создал планетарную модель строения атома.

В 1933 высказано предположение, что особенно высокой устойчивостью обладают ядра с числом протонов или нейтронов, равным 2, 8, 20, 50, 82 и 126, - «магическими числами» - основа идеи оболочечной модели ядра Современная квантовая теория объединяет квантовую механику, квантовую статистику и квантовую теорию поля. Квантовая (волновая) механика - теория, устанавливающая способ6 описания и закономерность движения микрочастиц в заданных внешних полях. Разработка модели атома, в которой впервые связан квантовый характер излучения со структурой атома (А.Гааз). Спектроскопический закон смещения (В.Коссель, А.Зоммерфельд). Введение внутреннего квантового числа и основанных на нем правил отбора для дублетных и триплетных спектров (А.Зоммерфельд). Формулировка в физической химии квантовомеханического принципа Дж.Франка – Э.Кондона.

Открытие дифракции электронов (К.Дэвиссон, Л.Джермер, Дж. П.Томсон). Зависимость квантового выхода люминесценции от длины волны возбуждающего излучения (закон С.И.Вавилова). Методы описания систем с переменным количеством частиц Теория относительности - физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов Принцип эквивалентности гравитации и инерции, являющийся фундаментом общей теории относительности, вычисление красного смещения света в поле тяготения Солнца (А. Эйнштейн) Первая экспериментальная проверка отклонения света звезды в поле тяготения Солнца, предсказанного общей теорией относительности (А.Эддингтон)

В 1898 М. Склодовская-Кюри и Г.Шмидт (не зависимо друг от друга) открыли, что торий также испускает лучи Беккереля. Измерение заряда электрона (Р.Милликен). Открытие явления рассеяния коротковолнового излучения на свободном или слабо связанном электроне (эффект А. Комптона); экспериментальное доказательство существования фотона, постулированного в 1905 А.Эйнштейном Радиоактивность калия связана с изотопом Теория бета-распада с учетом нейтрино; введение нового типа взаимодействия - слабого (Э.Ферми)

История развития радиохимии тесно переплетена с историей радиоактивности Проводившиеся в период с 1905 по 1912 исследования продуктов распада урана, тория и актиния (RdTh, MsTh1, MsTh2, RaA, RaE, AcB и др.) привели в 1913 к обнаружению изотопов и явления изотопии у радиоактивных элементов Начиная с 1932 ядерные реакции осуществляют в основном с помощью нейтронов. Особенно это направление усилилось после открытия Э.Ферми явления замедления нейтронов в веществе. Ионизирующие излучения и их взаимодействие с веществом

Немецкий физик Макс фон Лауэ высказал предположение, что коротковолновый характер рентгеновского излучения можно было бы доказать, используя в качестве дифракционной решетки регулярно расположенные атомы в кристалле. Теория рассеяния альфа-частиц в веществе (Э.Резерфорд) Согласование корпускулярных и волновых свойств излучений в рамках единой теории – корпускулярно-волновой дуализм, идея дифракции электрона Метод восстановления кристаллической структуры по ее дифракционной картине; идея рентгеновского микроскопа М. и П.Кюри следили за радиоактивностью с помощью электроскопов (прибор для обнаружения и измерения электрического заряда), т.е. использовали эффект ионизации воздуха ионизирующем излучением.

В измерении массы атомов и заряженных частиц существенную роль сыграли масс-спектрометры Важное направление развития техники эксперимента связано с созданием ускорителей заряженных частиц и ионов. Пуск установки для искусственного  ускорения протонов – каскадный генератор (ускоритель Дж. Кокрофта – Э.Уолтона). Создан линейный ускоритель мощных пучков релятивистских электронов - линейный индукционный ускоритель (У.Лэмб). Принцип его действия предложил в 1939 А.Буверс.

Ядерные реакции Первую искусственную трансмутацию элементов осуществил в 1918-19 Э.Резерфорд. Им был открыт протон и осуществлена первая искусственная реакция – превращение азота в кислород при облучении азота альфа-частицами. Введение единицы ядерного сечения - барн Развитие Периодической системы элементов На развитие Периодической системы элементов определённое влияние оказало открытие изотопов и изобаров Разработка методов разделения изотопов была начата одновременно с открытием изотопов Наблюдение частицы космических лучей, остановившуюся в камере Вильсона после прохождения металлической пластинки

Краткое описание аварии на АЭС Фукусима-1
11 марта вблизи северо-восточного побережья Японии произошло землетрясение с магнитудой 9, эпицентр которого находился в Тихом океане на расстоянии около 160 км от площадки размещения 6-ти энергоблоков (ЭБ) АЭС Фукусима-1 с разными поколениями реакторов типа BWR.
В момент землетрясения ЭБ 1, 2, 3 работали на мощности, а ЭБ 4, 5, 6 находились в состоянии планового останова для проведения периодического технического обслуживания и перегрузки ядерного топлива, причем на энергоблоке 4 вся активная зона была выгружена в бассейн выдержки, расположенный вне стальной герметичной защитной оболочки.
11 марта по сигналам от сейсмодатчиков (факту землетрясения) произошла автоматическая остановка энергоблоков 1, 2, 3 путем срабатывания систем аварийной защиты реакторов (САЗ).
Землетрясение вызвало разрушение внешней энергосистемы, что привело к длительному обесточиванию АЭС, т.е. к потере нормального энергоснабжения всех энергоблоков от внутренних и внешних источников. Подача электрической энергии, необходимой для работы системы аварийного отвода остаточных тепловыделений активной зоны реакторов и систем аварийного отвода тепла от отработавшего ядерного топлива в бассейнах выдержки (ОЯТ БВ), была обеспечена с помощью подключения аварийных дизель-генераторов.
Через час станцию накрыла волна цунами, которая затопила машинные залы, где располагались аварийные генераторы. Три дополнительных генератора, установленные в других зданиях, в отдалении на склоне холма, продолжали работать, но уже ничем не могли помочь реакторам № 1-4, поскольку коммутаторы, доставлявшие электричество от генераторов к системам охлаждения, были залиты в машинных залах и не работали.
Погубило станцию именно цунами. Защита станции была рассчитана на высоту волны 6.5 м, реальная высота волны оценивается в 15 метров (в некоторых источниках эта цифра больше).
В результате цунами отказали дизель-генераторы, но более катастрофические последствия случились в результате затопления нижних горизонтов станции, на которых находились все электрические коммуникации. Станция осталась без электроснабжения.
Из-за потери электроснабжения при наличии высокого остаточного тепловыделения происходило осушение корпусов реакторов, оголение топливных стержней, с последующим расплавлением и разрушением топливных сборок. Пар с радиоактивными продуктами вначале попал в герметичную зону вокруг корпуса реактора, затем произошел выход радиоактивных продуктов в окружающую среду, который сопровождался взрывами водорода.
Использование насосов с турбоприводом обеспечило создание запаса времени для доставки на АЭС аккумуляторных батарей и портативного генератора с других АЭС, которые были доставлены на АЭС вертолетами в течение 13 часов.
Однако генераторы не могли быть подключены к системам безопасности вследствие высокого уровня воды на поверхности площадки, образовавшегося после цунами, и затопления помещений, где располагались эти системы.
Подача воды в реактор от насосов с турбоприводом, по-видимому, с течением времени прекратилась из-за ограниченного запаса воды при работе по разомкнутому циклу или исчерпания емкости батарей. Прекращение охлаждения активной зоны привело к росту давления в реакторе, сбросу пара из него через предохранительные (сбросные) клапаны в объем первичной стальной защитной оболочки и снижению уровня теплоносителя в активной зоне. Снижение уровня теплоносителя в активной зоне привело к оголению верхних частей топливных элементов, росту температуры, возникновению пароциркониевой реакции с выделением водорода и последующим повреждениям (разгерметизация оболочек и частичное разрушение) топливных элементов.
Выделяющиеся в процессе повреждения ядерного топлива радиоактивные продукты выбрасывались вместе с паром и водородом из корпуса реактора в объем первичной стальной защитной оболочки (ЗО), что привело к повышению давления в ЗО энергоблоков 1-3 более чем в 2 раза по сравнению с проектным значением и вызвало необходимость сброса среды из ее объема в объем вторичной негерметичной железобетонной оболочки.
Поступление водорода в объем вторичных ЗО привело к взрыву водорода с последующим разрушением вторичных ЗО и выбросу выделяющихся в процессе аварии радиоактивных веществ (РВ) в окружающую среду.
Основные проведенные противоаварийные действия заключались в следующем: залив реакторов, защитных оболочек и бассейнов морской водой с бором на блоках 1-4 (коррозия, радиолиз, отложения, сдвиг температуры начала пароциркониевой реакции); подключение блоков 1-4 к внешнему электроснабжению через проложенный кабель; организация подачи пресной воды в реакторы блоков 1-3; откачка радиоактивной воды из помещений с оборудованием; объявление зоны эвакуации -30 км.

Уроки аварии на АЭС Фукусима-1
Уроки, которые могут быть идентифицированы из предварительного рассмотрения аварии на АЭС Фукусима-1, обусловлены недостатками проекта этой станции, который был разработан в 60-х годах прошлого столетия.
Япония не единственная страна, в которой работают реакторы устаревших конструкций. Правда, Германия и Швейцария решили полностью отказаться от ядерной энергетики и закрыть в течение ряда лет все АЭС, а самые старые - уже сейчас. Но в США - несколько десятков реакторов, функционирующих более 30 лет, и 23 из них имеют ту же конструкцию, что и старые реакторы "Фукусимы-1". У некоторых из них в ближайшие годы истекает срок эксплуатации, и неизвестно, продлят ли его регуляторы.
В свою очередь недостатки проекта обусловлены недостаточным уровнем знаний о характеристиках природных явлений в районе размещения площадки АЭС, знаний о процессах протекания запроектных аварий с тяжелым повреждением ядерного топлива, а также несовершенством нормативной базы.
В качестве основных можно отметить следующие недостатки:
1) Площадка АЭС находится в районе высокой сейсмичности и цунами-опасности. Энергоблоки АЭС спроектированы на расчетные уровни землетрясения, характеризуемые величинами горизонтального пикового ускорения на поверхности площадки в диапазоне 0,42-0,52 g и расчетной высотой волны цунами 6,5 м.
Расчетный уровень землетрясения не был превышен, так как по данным сейсмических станций величина пикового ускорения не превышала 0,52 g, и АЭС выдержала без повреждения нагрузки от произошедшего землетрясения. Однако расчетный уровень цунами был превышен более чем в 2 раза, что привело к затоплению площадки и явилось одной из основных причин катастрофы.
2) Цунами, также как и потеря электроснабжения АЭС, являются вторичными, зависимыми от землетрясения событиями. Поэтому в проектах АЭС должны рассматриваться комплексные воздействия, включающие воздействия от первичного события и всех зависимых от него вторичных событий природного и техногенного происхождения.
3) На АЭС не были предусмотрены технические средства и соответствующие руководства для действий персонала по предотвращению тяжелых аварий с повреждением ЯТ в активной зоне и ОЯТ БВ на случай возникновения полного обесточивания или полного отказа активных систем аварийного отвода тепла от ЯТ АЗ и ОЯТ БВ.
4) В проекте АЭС Фукусима-1 отсутствуют пассивные системы безопасности, выполняющие функции аварийного отвода тепла от ЯТ АЗ и ОЯТ БВ, а также пассивная система удаления водорода (каталитические рекомбинаторы) из первичной и вторичной ЗО.

Атомная промышленость. Лекции по физике, математике, информатике MATLAB пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений