9-й класс онлайн читать: 2023 Физика Перышкин Учебник §65 «Атомная энергетика». Цитаты из пособия «Перышкин, Иванов: Физика. 9 класс. Базовый уровень. Учебник (3-е изд.) ФГОС» использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
§ 65. Атомная энергетика
Содержание параграфа (стр.308-311)
Одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. Потребление энергии растёт столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными в сравнительно короткое время.
Проблему «энергетического голода» не решает и использование энергии так называемых возобновляемых источников (энергии рек, ветра, солнца, морских волн, глубинного тепла Земли), так как они могут обеспечить в лучшем случае только 5–10% наших потребностей. В связи с этим в середине XX в. возникла необходимость поиска новых источников энергии.
В настоящее время реальный вклад в энергоснабжение вносит ядерная энергетика. Первый европейский реактор был создан в 1946 г. в Советском Союзе под руководством Игоря Васильевича Курчатова.
ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ КУРЧАТОВ (1903–1960). Российский физик, академик, создатель отечественной атомной промышленности, выдающийся организатор науки. Под его руководством в СССР проводились исследования в различных областях ядерной физики
В 1954 г. в нашей стране (в г. Обнинске) была введена в действие первая в мире атомная электростанция (АЭС). Её мощность составляла всего 5000 кВт. Современные АЭС имеют в сотни раз большую мощность.
АЭС имеют ряд преимуществ перед другими видами электростанций.
Основное их преимущество заключается в том, что для работы АЭС требуется очень небольшое количество топлива. В связи с этим эксплуатация атомных электростанций обходится значительно дешевле, чем тепловых (для работы которых необходимы большие затраты на добычу и транспортировку топлива).
Правда, строительство тепловых электростанций (ТЭС) обходится дешевле, чем атомных. Поэтому на сегодняшний день стоимость тепловых и атомных электростанций сопоставима.
Второе преимущество АЭС (при правильной их эксплуатации) заключается в их экологической чистоте по сравнению с ТЭС. Конечно, в выбросах АЭС содержатся радиоактивные газы и частицы. Но большая часть радиоактивных ядер (так называемых радионуклидов), содержащихся в выбросах АЭС, довольно быстро распадается, превращаясь в нерадиоактивные. А количество долгоживущих радионуклидов и мощность их излучения сравнительно невелики.
Что же касается электростанций, работающих на угле, то именно они являются одним из основных источников поступления в среду обитания человека долгоживущих радионуклидов. Дело в том, что в угле всегда содержатся микропримеси радиоактивных элементов, которые выносятся с продуктами сгорания, осаждаясь на прилегающей местности и накапливаясь на зольных полях возле ТЭС.
Кроме того, используемое на ТЭС природное органическое топливо (уголь, нефть, газ) содержит от 1,5 до 4,5% серы. Образующийся при сгорании топлива сернистый ангидрид, даже пройдя через фильтры и системы очистки, частично выбрасывается в атмосферу. Вступая в контакт с атмосферной влагой, он образует раствор серной кислоты и вместе с дождями выпадает на землю. Такие кислотные дожди наносят огромный ущерб растительности, разрушают структуру почвы и значительно меняют её состав (для восстановления которого необходима не одна сотня лет).
Неблагоприятные экологические последствия связаны и с использованием энергии рек. Эти последствия заключаются в отчуждении больших площадей земли (в связи со строительством водохранилищ и образованием вследствие этого болот), гибелью рыбы в результате перекрытия рек и т. д.
Для строительства электростанций достаточной мощности, преобразующих энергию солнца и ветра, тоже требуются, как оказалось, огромные территории.
Что же касается ядерной энергетики, то она не сопровождается вышеперечисленными негативными явлениями. Но это вовсе не означает, что АЭС не порождают серьёзных проблем.
В настоящее время квалифицированная критика ядерной энергетики концентрируется вокруг трёх принципиальных проблем: 1) содействие распространению ядерного оружия, 2) радиоактивные отходы и 3) возможность аварий, особенно вызванных природными катаклизмами.
Первая проблема может быть решена только в рамках мирового сообщества. Большой вклад в её решение вносит, в частности, деятельность Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) при Организации Объединённых Наций, созданного в 1957 г. для контроля за нераспространением ядерного оружия и безопасным применением ядерной энергии в мирных целях.
Обезвреживание радиоактивных отходов сводится в основном к трём задачам: 1) к совершенствованию технологий с целью уменьшения образования отходов при работе реакторов; 2) к переработке отходов для их консолидации (т. е. скрепления, связывания) и уменьшения опасности от распространения в окружающей среде; 3) к надёжной изоляции отходов от биосферы и человека за счёт создания могильников разных типов.
Для выполнения поставленных задач в проектах всех АЭС предусмотрены установки для отверждения жидких отходов. Кроме того, на заводах по переработке ядерного топлива производится остекловывание отходов. Газообразные отходы подвергаются очистке. Принимаются и многие другие меры, направленные на решение проблемы радиоактивных отходов.
И третья проблема – возможность аварий и их экологические последствия. За последнее время мир стал свидетелем двух крупных аварий на АЭС. Первая произошла на Чернобыльской АЭС в 1986 г., вторая – в 2011 г. на АЭС Фукусима–1. Экологические катастрофы, связанные с этими авариями, стали причиной сворачивания программ развития атомной энергетики в отдельных странах, а остальным ещё раз напомнили о важности проблем безопасности.
Вопросы на стр.311
- В связи с чем в середине XX в. возникла необходимость нахождения новых источников энергии?
- Назовите два основных преимущества АЭС перед ТЭС. Ответ обоснуйте.
- Назовите три принципиальные проблемы современной атомной энергетики.
- Приведите примеры путей решения проблем атомной энергетики.
Возможные варианты ОТВЕТОВ
Ответ на вопрос № 1. Необходимость нахождения новых источников энергии в середине XX века возникла из-за быстрого роста потребления энергии и ограниченности известных запасов топлива, которые могли быть исчерпаны в короткие сроки. Использование возобновляемых источников энергии (рек, ветра, солнца и др.) не решало проблему, так как они могли обеспечить лишь 5–10% потребностей.
Ответ на вопрос № 2. Два основных преимущества АЭС перед ТЭС:
— Экономия топлива: АЭС требуют значительно меньшего количества топлива по сравнению с ТЭС, что снижает затраты на добычу и транспортировку.
— Экологическая чистота: АЭС не производят долгоживущих радионуклидов в таких количествах, как ТЭС, работающие на угле, и не выбрасывают сернистый ангидрид, который приводит к кислотным дождям.
Ответ на вопрос № 3. Три принципиальные проблемы современной атомной энергетики:
— Распространение ядерного оружия.
— Проблема радиоактивных отходов.
— Возможность аварий на АЭС, особенно вызванных природными катаклизмами.
Ответ на вопрос № 4. Примеры путей решения проблем атомной энергетики:
— Контроль распространения ядерного оружия: деятельность МАГАТЭ для обеспечения безопасного использования ядерной энергии в мирных целях.
— Обращение с радиоактивными отходами:
1) Уменьшение образования отходов за счёт совершенствования технологий.
2) Переработка и консолидация отходов для снижения их опасности.
3) Надёжная изоляция отходов (например, остекловывание и создание могильников).
— Повышение безопасности АЭС: учёт уроков аварий в Чернобыле и на Фукусиме для предотвращения подобных катастроф в будущем.
ЗАДАНИЕ 23.
Подготовьте коллективный доклад–дискуссию на тему «Экологические последствия использования тепловых, атомных и гидроэлектростанций». При подготовке докладов допустимо взять за основу соответствующий материал, имеющийся в учебнике, дополнив его материалами, самостоятельно найденными содокладчиками.
Доклад-дискуссия (образец)
«Экологические последствия использования тепловых, атомных и гидроэлектростанций»
Введение. Энергетика играет ключевую роль в развитии цивилизации, но её производство сопровождается значительным воздействием на окружающую среду. Тепловые (ТЭС), атомные (АЭС) и гидроэлектростанции (ГЭС) имеют свои преимущества и недостатки. В этом докладе мы рассмотрим их экологические последствия и обсудим возможные пути минимизации вреда.
1. Тепловые электростанции (ТЭС)
Основной источник энергии: сжигание угля, нефти или газа.
Экологические последствия:
- Выбросы парниковых газов(CO₂, CH₄) – главная причина глобального потепления.
- Кислотные дожди– образуются из-за выбросов сернистого ангидрида (SO₂) и оксидов азота (NOₓ), которые разрушают экосистемы и почву.
- Радиоактивное загрязнение– уголь содержит примеси урана и тория, которые при сгорании попадают в атмосферу.
- Загрязнение воды и почвы– золоотвалы и шлаки содержат токсичные вещества.
Пути решения:
- Переход на более чистые виды топлива (природный газ вместо угля).
- Внедрение систем фильтрации (электрофильтры, скрубберы).
- Использование технологий улавливания и хранения углерода (CCS).
2. Атомные электростанции (АЭС)
Основной источник энергии: ядерные реакции деления урана или плутония.
Экологические последствия:
- Радиоактивные отходы– требуют длительного и безопасного хранения (сотни лет).
- Риск аварий(Чернобыль, Фукусима) – приводит к катастрофическим последствиям для экосистем и здоровья людей.
- Тепловое загрязнение– сброс нагретой воды в водоёмы нарушает местные экосистемы.
Преимущества перед ТЭС:
- Нет выбросов CO₂ в процессе работы.
- Меньший объём топлива– снижает нагрузку на добывающую промышленность.
Пути решения:
- Развитие реакторов на быстрых нейтронах (замкнутый топливный цикл).
- Создание безопасных могильников (остекловывание отходов, глубокое захоронение).
- Повышение стандартов безопасности (устойчивость к природным катастрофам).
3. Гидроэлектростанции (ГЭС)
Основной источник энергии: энергия падающей воды.
Экологические последствия:
- Затопление территорий– уничтожение лесов, сельхозугодий, переселение людей.
- Нарушение экосистем рек– гибель рыбы, изменение микроклимата.
- Заиливание водохранилищ– снижение эффективности ГЭС и ухудшение качества воды.
- Выбросы метана– разложение органики в водохранилищах способствует парниковому эффекту.
Преимущества перед ТЭС и АЭС:
- Возобновляемый источник– в отличие от ископаемого топлива и урана.
- Нет выбросов CO₂ в процессе генерации.
Пути решения:
- Строительство малых ГЭС вместо гигантских плотин.
- Использование рыбопропускных сооружений и экологических режимов сброса воды.
- Реабилитация затопленных территорий.
Дискуссионные вопросы:
- Какой тип электростанций наносит наибольший вред экологии?
- ТЭС – из-за выбросов CO₂ и токсичных веществ.
- АЭС – из-за риска катастроф и проблемы отходов.
- ГЭС – из-за масштабного воздействия на ландшафты и экосистемы.
- Может ли человечество полностью отказаться от ТЭС и АЭС?
- Да, но только при массовом развитии ВИЭ (солнце, ветер) и накопителей энергии.
- Нет, так как альтернативные источники пока не могут обеспечить стабильность энергосистем.
- Какие меры могут сделать атомную энергетику безопаснее?
- Строительство реакторов IV поколения.
- Международный контроль за утилизацией отходов.
Заключение. Каждый тип электростанций имеет серьёзные экологические последствия, но и свои преимущества. Оптимальный путь – комбинирование разных источников энергии с упором на возобновляемые и безопасные технологии. Развитие науки и международное сотрудничество помогут минимизировать вред и обеспечить устойчивое энергетическое будущее.
Вопрос аудитории: Как вы считаете, какой вид энергетики наиболее перспективен для экологии в долгосрочной перспективе?
Дополнительный материал:
Пять современных АЭС России
Вы смотрели: Физика Перышкин Учебник §65 онлайн читать. Цитаты из пособия «Перышкин, Иванов: Физика. 9 класс. Базовый уровень. Учебник (3-е изд.) ФГОС» использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения.