Ядерная технология в мирных целях.. Реферат. Ядерная технология в мирных целях. Использование ядерной технологии в мирных целях
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Частное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа «Интеллектуал» Реферат по физике на тему: Использование ядерной технологии в мирных целях. Выполнил: ученик 9 класса Говорухин Вячеслав Проверил: __________________________ подпись___________________ г. Волжский 2020 г. 2 Использование ядерной технологии в мирных целях. Содержание 1. Применение ядерной энергии: проблемы и перспективы 2 2. Промышленное применение радиации 2 2.1. Радиационные источники и технология с электронными пучками (ЭП) 3 2.2. Радиоизотопы и радиационная технология в промышленности 4 3. Использование ядерной энергии в сельском хозяйстве 5 4. Ядерная медицина 6 5. Применение ядерной энергии на транспорте 8 6. Атомная энергия для полетов в космос 8 7. Использование ядерной энергии в энергетике 8 Литература 9 1. Применение ядерной энергии: проблемы и перспективы .Повсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине. Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды. Изначально атомную энергию предполагалось использовать только в военных целях, и все разработки шли в этом направлении. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) МАГАТЭ создано в 1957 году с целью развития сотрудничества между странами в области использования атомной энергии в мирных целях. С самого начала агентство осуществляет программу «Ядерная безопасность и защита окружающей среды». Но самая главная функция – это контроль за деятельностью стран в ядерной сфере. Организация контролирует, чтобы разработки и использование ядерной энергии происходили только в мирных целях. Цель этой программы – обеспечивать безопасное использование ядерной энергии, защита человека и экологии от воздействия радиации. Также агентство занималось изучением последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Также агентство поддерживает изучение, развитие и применение ядерной энергии в мирных целях и выступает посредником при обмене услугами и материалами между членами агентства. Вместе с ООН МАГАТЭ определяет и устанавливает нормы в области безопасности и охраны здоровья. 2. Промышленное применение радиации Атомная энергия применяется для повышения чувствительности химического анализа и производства аммиака, водорода и других химических реагентов, которые используются для 3 производства удобрений. Ядерная энергия, применение которой в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, помогает воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре. Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия. Применение в черной металлургии позволяет восстанавливать железо из железной руды. В цветной – применяется для производства алюминия. Влияние радиационной технологии на выпуск промышленной продукции сравнимо с применением других промышленных методов. Но ее проникающая способность и высокая производительность ставят ее в особое положение. Кроме того, для промышленного применения важны и такие факторы, как надежность в эксплуатации (ее использование составляет обычно не менее 90 %), контроль за процессами, эффективность и безопасность. Некоторые виды радиационных источников отвечают всем этим требованиям. Можно с уверенностью сказать, что сегодняшняя радиационная техника и технология могут удовлетворить почти любые промышленные потребности. Основными источниками радиации являются кобальт-60 для гамма-излучения и ускорители электронных пучков (ЭП) для получения электронов высокой энергии от 0,15 до 10 мегаэлектронвольт (МэВ). Источники и технология гамма-излучения. Здесь почти полностью доминирует кобальт- 60. И такое положение, по-видимому, сохранится, так как другой изотоп, рассматриваемый как альтернатива кобальту-60, а именно цезий-137, не имеется в количествах, требуемых промышленности. Хотя недавно такой коммерческий облучатель был внедрен в США, но маловероятно, чтобы в течение следующего десятилетия их количество увеличилось. Гамма-излучение от кобальта-60 глубоко проникает в облучаемые материалы и очень удобно для обработки объемных и упакованных изделий. Основное его применение — промышленная стерилизация медицинских изделий разового пользования и, в меньшей степени, стерилизация фармацевтических препаратов, пряностей и другой продукции. 2.1. Радиационные источники и технология с электронными пучками (ЭП). Промышленное применение электронных пучков началось в 50-х годах для структурирования полиэтиленовой пленки (в целях получения пленки, дающей усадку при нагревании и идущей на упаковку) и проволочной изоляции. Оно постоянно расширяется. Для различных коммерческих надобностей в настоящее время используются несколько сотен ускорителей ЭП. Разработаны два несхожих класса ускорителей и вида их применения. • Ускоритель ЭП на низкие энергии. В диапазоне энергий от 0,15 до 0,5 МэВ площадь обработки изделий полностью защищается и радиационная защита становится составной частью ускорителя. Такие ускорители относительно невелики по объему и не требуют много места. Они могут быть легко размещены на любой рабочей площади или имеющихся производственных линиях. Полезная сфера действия электронов в указанном диапазоне энергий очень невелика (менее 1 мм), и их применение ограничивается облучением поверхностных слоев. Типичными видами применения являются структурирование тонких пластиковых пленок и проволочных изоляций, отверждение покрытий на пленке, дереве, пластиках, металле и др., отверждение покрытий на бумаге и пленках с выделением кремния, отверждение красок для офсетной печати и адгезивов для изготовления слоистых материалов. Технология радиационного отверждения заменяет ультрафиолетовую технологию в тех случаях, когда используются пигментированные покрытия или требуются очень высокие скорости производства. В таких видах применения, как отверждение адгезива между 4 деревянной панелью и фольгой или бумагой с одновременным закреплением верхнего защитного покрытия, облучение невозможно заменить каким-либо другим методом. Созданы ускорители ЭП большой мощности (300—500 кВт) на энергии в диапазоне до 0,3 МэВ. Коммерческие ускорители легко достигают производительности порядка 1000 метров в минуту (при 10 килогреях поглощенной дозы). Эти машины положительно зарекомендовали себя также на обработке топочных газов в целях защиты окружающей среды. • Ускорители ЭП в диапазоне энергий от 0,5 до 10 МэВ. Продаваемые машины такого рода могут достигать мощностей до 200 кВт. Площадь облучения окружается толстой бетонной защитой (1,5—2 метра). Эти установки применяются в настоящее время многими отраслями промышленности, производящими пластики, автомобили, резиновые изделия, нефтехимическую продукцию, проволоку, кабели. Основное применение они находят в радиационном структурировании пластмасс (проволочная и кабельная изоляция; материалы, дающие усадку при нагревании; полиэтиленовые трубы для горячей воды, пенопласт и др.), вулканизации резины, модификации, объемных полимеров (контролируемая деградация). Большая часть ускорителей для таких применений находится в диапазоне энергий от 0,5 до 4 МэВ. Ускорители с диапазоном энергий 600-800 кВт содержат, по-видимому, большие возможности в деле защиты окружающей среды, в частности, для обработки топочных газов. Некоторые линейные ускорители электронов (ЛУЭ) используются для стерилизации медицинских изделий (в Великобритании, США, Франции, Дании и Польше). Однако из-за их высокой стоимости и низких уровней энергии они не находят такого широкого применения, как машины с постоянным током и на низкие энергии. 2.2. Радиоизотопы и радиационная технология в промышленности. Промышленная радиационная технология основана на использовании излучений в качестве источника энергии, необходимой для того, чтобы вызвать требуемые химические, физические и биологические изменения. Применение же изотопов (как в виде герметизированных источников, так и в виде индикаторов) основано на измерении физических сигналов различными дозиметрами. Например, в бумажной и сталелитейной промышленности используются тысячи систем контроля, основанных на нуклеонике для повышения качества продукции и эффективности производства путем постоянного измерения веса бумаги на единицу площади или толщины стали. Многие десятки тысяч измерительных приборов позволяют проводить измерения в сложных условиях, например, в коррозионной среде или принимать простые, надежные и недорогие решения по их использованию, которые обеспечили бы их конкурентоспособность по сравнению с нерадиоактивным оборудованием. Широкое применение нашел метод неразрушающего контроля, классическим компонентом которого является гаммаграфия и который наряду с другими неядерными методами используется всеми современными лабораториями, специализирующимися в этой области. Многие из этих методов, предусматривающих использование герметизированных источников низкой и высокой активности (от нескольких милликюри до нескольких кюри). тем видам радиационной технологии и применения меченых атомов, которые мало известны, но широко используются в промышленности. 5 3. Использование ядерной энергии в сельском хозяйстве Наряду с атомной энергетикой сложилась и развивается область неэнергетического использования ядерных технологий, дальнейшему развитию использования которых способствовало бы формирование устойчивого механизма инноваций в широком понимании. Каждому необходимо осознать востребованность на рынке, конкурентоспособность своей продукции, определить свой возможный вклад в развитие. Создание современной техники, приборного комплекса способствует повышению конкурентоспособности, как продукции отечественных производителей, так и самой ядерной энергетики. Чрезвычайно важно сохранение и развитие российской системы ядерного образования как важнейшей составной части развития ядерной энергетики. Стратегия развития исходит из того, что уже в ближайшем будущем ядерные технологии, даже на базе хорошо освоенных технологий, может стать стабилизирующим фактором в топливно-энергетическом комплексе. На протяжении последнего полувека атомная энергия нашла широкое применение в таких областях как сельское хозяйство и промышленность. В промышленности ядерные методы дают уникальные возможности выполнения точных измерений, которые экономят сырье и ресурсы. Испытана даже ядерная технология для уменьшения вредных выбросов при сжигании угля. В результате большая часть оксида серы (SO2) и оксида азота (NO2) выводится из газов и превращается в вещества, которые могут быть использованы в качестве удобрений: сульфат аммония ((NH4)2SO4) и нитрат аммония (NH4NO3). В определенном диапазоне доз ядерные излучения обладают стимулирующим действием. Такая стимуляция обнаруживается у всех биологических объектов. Впервые эффект радиационной стимуляции был получен на растениях и описан М. Мальдинеем и К. Тувиненом в 1989 г. Ускорение прорастания семян, облученных рентгеновскими лучами, привлекло внимание многих исследователей, работавших с ионизирующими излучениями. В последующие годы появилось большое количество работ, посвященных радиационной стимуляции растений. Облучение в малых дозах активно применяется в сельском хозяйстве для повышения урожайности растений; в животноводстве для повышения удоев, яйценоскости, увеличения скорости набора веса; в химической промышленности; в медицине и косметологии. Ведущими направлениями в агрорадиобиологии являются: стимуляция, рост и развития растений, животных, радиационный мутагенез и селекция, защита растений ядерными методами, использование радиоактивных изотопов для изучения обмена веществ и других физиологических процессов, определяющих интенсификацию сельскохозяйственного производства. С помощью ионизирующего излучения были получены важные результаты по преодолению тканевой несовместимости плодовых культур, что дало возможность повысить эффективность прививок в садоводстве. Расширяется область использования ионизирующей радиации для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Разрабатываются методы радио-стерилизации яблоневой плодожорки, выясняется эффективность такого метода для борьбы с этим опасным вредителе фруктовых садов. Облучение семян в стимулирующих дозах перед их посевом приводит к ускорению прорастания семян, к увеличению урожая и улучшению его качества. Семена в момент их прорастания очень восприимчивы к действию различных физических и химических агентов, которые способны влиять на их развитие. Именно на этом основаны такие известные методы их обработки, как яровизация, прогрев УВЧ, намачивание в растворах ростовых веществ, микроэлементов, приводящих к ускорению развития и повышению урожая. Метод гамма-облучения имеет ряд преимуществ: 6 простота и постоянство действия облучающих установок, для работы на которых не требуются высококвалифицированные специалисты; равномерность воздействия на семена облучения; точность дозировки при облучении; возможность обработки больших объемов материала. Радиоактивное излучение применяют для уничтожения вредных микроорганизмов. Облученные фрукты, овощи, молочные продукты сохраняются без порчи длительное время. Облучением стерилизуют консервы. Этот способ проще старого способа стерилизации путем нагревания, удобен для массового производства и обещает дать экономию средств. Картофель, облученный гамма лучами, не портится и не прорастает более года. Применяя предпосевную обработку семян растворами солей радиоактивных изотопов, повышают их всхожесть и поднимают урожай на 17 –20 %. Радиоактивным излучением убивают вредных насекомых. Опасным паразитом свиней являются трихины — черви, которые, попав в организм человека при употреблении свиного мяса, размножаются и вызывают тяжелое заболевание. Радиоактивная обработка обезвреживает свинину. На птицефабриках облучают яйца. Благодаря этому из каждых 100 яиц в результате инкубации выводится в среднем 97 цыплят (на 7 штук больше, чем без облучения). Кроме того, куры, облученные в зародыше, несутся чаще. С помощью воздействия излучения получены новые сорта гороха, горчицы, томатов, ячменя, устойчивые против полегания и отличающиеся повышенной урожайностью. Облучение растений малыми дозами в период вегетации, предпосевное облучение семян, внесение радиоактивных удобрений особенно важно для тех климатических зон, где необходимо ускоренное созревание урожая. Благодаря использованию радиоизотопов могут быть выполнены трудные и важные измерения, позволяющие обнаружить источники воды или пути распространения загрязнений, предприняты меры для опыления растений. Ионизирующие излучения находят применение также в исследованиях, направленных на повышение продуктивности микроорганизмов. С помощью быстрых нейтронов ядерного реактора выведены радиомутанты клубеньковых бактерий с высокой азотфиксирующей способностью, оказавшиеся весьма эффективны в производстве бактериальных удобрений. Эффективное использование удобрений имеет большое значение из-за их стоимости. Для многих стран их приобретение связано с большими расходами иностранной валюты. Удобрения, меченные радиоактивными изотопами (фосфор-32) или стабильными изотопами (азот-15) дают возможность определить, какая часть удобрений усваивается растениями, и какое количество их попадает в окружающую среду. Азот-15 позволяет также непосредственно оценить количество азота, усвоенного из атмосферы в полевых условиях. Неправильное использование удобрений или чрезмерное их применение обходится очень дорого и таит в себе опасность нанесения вреда окружающей среде. Поэтому важно, чтобы до растений дошло максимальное количество внесенных удобрений и чтобы потери удобрений из-за неправильного выбора места, для времени их внесения и т.д. были минимальными. 4. Ядерная медицина. Ядерная медицина – это один из разделов клинической медицины, который использует для диагностики и лечения заболеваний радионуклидные препараты, а также применяет 7 метод лучевой терапии. В основном он необходим для диагностики и лечения онкологических заболеваний. Сейчас ядерная медицина разделяется на три основных направления: • радионуклидная диагностика (позитронно-эмиссионная томография или же ПЭТ); • лучевая терапия (прямое облучение раковой опухоли); • радионуклидная терапия (радиоактивный изотоп вводится в опухоль). Радиоактивные изотопы используются во всех трех направлениях, таким образом радиоактивная медицина потребляет 50% их запаса в мире. К таким изотопам относятся, в частности, радиофармпрепараты, такие как фтордезоксиглюкоза: она используется в позитронно-эмиссионной томографии при 95% онкологических заболеваний. Ядерная медицина позволяет провести исследования всех органов человеческого тела, ее применяют в кардиологии, эндокринологии, пульмонологии и в других направлениях медицины. Точность исследований с помощью радиоактивных изотопов помогает выявлять рак на ранних стадиях, а также эффективно с ним бороться. При этом радиофармпрепараты обладают коротким и не слишком вредным для человека периодом полураспада (причиняют минимальный ущерб здоровью, несоизмеримый с пользой от лечения и диагностикой). Одного укола препарата и ПЭТ-КТ хватит, чтобы выявить даже небольшой метастаз. Рынок ядерных медицинских услуг делится на несколько сегментов, в частности на производство радиофармпрепаратов, инжиниринг техники для диагностики и терапии, возведение объектов ядерной медицины и непосредственно предоставление услуг населению. Основной рынок, который влияет на мировые показатели по ядерной медицине, – это рынок США, который занимает 40% отрасли. Кроме того, в сфере ядерной медицины преуспела Япония и некоторые европейские государства. Россия при этом выступает одним из лидеров по производству сырьевых медицинских изотопов. По информации корпорации «Росатом», сейчас в мире доминируют три тренда: Переход производств молибдена с высокообогащенного на низкообогащенный уран. Это недешево, но повышает безопасность. На низкообогащенном уране сейчас в основном работают ЮАР, Австралия и США. Производство медицинской продукции по международному стандарту GMP. Это международные нормы, которых необходимо придерживаться при создании конечного продукта. Исследования альфа-излучающих изотопов, которые позволяют бороться с проблемными видами онкологии: опухолями, которые сложно удалить и на которые не действует радиотерапия. Доля России в мировом рынке ядерной медицины составляет 4,9%, а среднегодовая тенденция роста измеряется в 5%. Еще в 2009 году в рамках общегосударственного проекта «Здоровье» в России запустили Национальную онкологическую программу, согласно которой ведется учет онкологических заболеваний, повышается квалификация медработников, идет строительство новых онкоцентров. Но отдельная программа «Развитие ядерной медицины в РФ» пока не принята. Тем не менее правительство России согласовало составленную Минздравом и Минпромторгом схему развития ядерной медицины: ее включили в ведомственную программу «Развитие здравоохранения». Ключевое направление 8 развития по ядерной медицине – это создание новых радиофармпрепаратов, развитие протонной и углеродной терапии.. 5. Применение ядерной энергии на транспорте. В начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге. Разработки начались в США, но проект так и не был воплощен в жизнь. В основном из- за того, что в этих танках так и не смогли решить проблему экранирования экипажа. Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло. Все дело в том, что ядерная установка занимала очень много места, и автомобиль получался очень габаритным. Компактные реакторы так и не появились, поэтому амбициозный проект свернули. Наверное, самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии – это различные суда как военного, так и гражданского назначения: Атомные ледоколы Транспортные суда Авианосцы Подводные лодки Крейсеры Атомные подводные лодки 6. Атомная энергия для полетов в космос. В космос слетало более трех десятков ядерных реакторов, они использовались для получения энергии. Впервые ядерный реактор в космосе применили американцы в 1965 году. В качестве топлива использовался уран-235. Проработал он 43 дня. В Советском Союзе реактор «Ромашка» был запущен в Институте атомной энергии. Его предполагалось использовать на космических аппаратах вместе с плазменными двигателями. Но после всех испытаний он так и не был запущен в космос. Следующая ядерная установка «Бук» была применена на спутнике радиолокационной разведки. Первый аппарат был запущен в 1970 году с космодрома Байконур. Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это все на стадии предложения. 7. Использование ядерной энергии в энергетике Атомная энергетика во второй половине сороковых годов двадцатого столетия советские ученые начали разрабатывать первые проекты мирного использования атома. Главным направлением этих разработок стала электроэнергетика. И в 1954 году в СССР построили первую в мире атомную станцию. После этого программы быстрого роста атомной энергетики начали разрабатывать в США, Великобритании, ФРГ и Франции. Но большинство из них не были выполнены. Как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте. 9 Но после начала мирового энергетического кризиса и подорожания нефти спрос на атомную энергетику вырос. В 70-х годах прошлого столетия эксперты считали, что мощность всех АЭС сможет заменить половину электростанций. В середине 80-х рост атомной энергетики снова замедлился, страны начали пересматривать планы на сооружение новых АЭС. Этому способствовали как политика энергосбережения и снижение цены на нефть, так и катастрофа на Чернобыльской станции, которая имела негативные последствия не только для Украины. После некоторые страны вообще прекратили сооружение и эксплуатацию атомных электростанций. Сегодня доля ядерной энергетики в мировом производстве энергии составляет примерно 17 процентов. Хотя человечество использует органическое топливо, но его запасы не бесконечны. Поэтому, как альтернативный вариант, используется ядерное топливо. Но процесс его получения и использования связан с большим риском для жизни и окружающей среды. Конечно, постоянно совершенствуются ядерные реакторы, предпринимаются все возможные меры безопасности, но иногда этого недостаточно. Примером могут служить аварии на Чернобыльской атомной электростанции и Фукусиме. С одной стороны, исправно работающий реактор не выбрасывает в окружающую среду никакой радиации, тогда как из тепловых электростанций в атмосферу попадает большое количество вредных веществ. Самую большую опасность представляет отработанное топливо, его переработка и хранение. Потому что на сегодняшний день не изобретен полностью безопасный способ утилизации ядерных отходов. Литература: Радиобиология А. Д. Белов, В. А. Киршин, Н. П. Лысенко, В. В. Пак и др.; Под ред. А. Д. Белова. — М.: Колос, 1999. — 384 с: ил. Денисенко, И. П. Использование атомной энергетики в сельском хозяйстве / И. П. Денисенко, Т. В. Ливанова. — Текст: непосредственный, электронный // Молодой ученый. — 2015. — № 23.1 (103.1). — С. 24-25. https://mhealthcongress.ru/ru/article/yadernaya-meditsina-i-perspektivi-ee-razvitiya-v-rossii-i- v-mire-95822 © M-Health Congress Бюллетень МАГАТЭ, ТОМ 29, № 2. |