Текст выступления:

Ауыр ядролардың бөлінуі. Тізбекті ядролық реакция. Ядролық реактор
1. Ауыр ядролардың бөлінуі және ядролық реакторларға шолу

Атом ядросының бөлінуі — бұл атомның ішіндегі ауыр ядроның бөліну үдерісі, ол энергия мен нейтрондар шығарады. Бұл феномен ядролық энергияның негізі болып табылады. Жоғары энергия өндірудің бұл тәсілі ғылыми және техникалық тұрғыдан XX ғасырдың ең ірі жаңалықтарының бірі саналады.

2. Ядролық энергияның пайда болуы және қолданылуы

XX ғасырдағы ең маңызды ғылыми жаңалықтардың бірі — уран ядросының бөлінуі, ол ядролық энергия өндірісінің бастауы болды. Бұл іске тұңғыш рет неміс физигі Отто Ган алғаш рет 1938 жылы қол жеткізді және оны өміріміздің сан саласында — энергетикада және медицинада кеңінен қолдану басталды.

3. Ауыр ядролардың ерекшеліктері

Ауыр ядролар — бұл ядросында көп протон мен нейтрондар бар химиялық элементтер, олардың ішінде уран-235 және плутоний-239 сияқты аса маңызды элементтер бар. Бұл элементтердің ядросы тұрақсыз болып, нейтрондармен жанасқанда бөліну процесіне түседі, осы себепті олар ядролық отын ретінде белсенді пайдаланылады. Мектеп бағдарламасында олар энергия өндірудің негізгі ресурстары ретінде қарастырылады, өйткені олардың энергетикалық потенциалы өте үлкен.

4. Ауыр ядроның бөлінуі қалай жүреді?

Ауыр ядроға баяу нейтрон түскен жағдайда, ол бөлініп екі жеңіл ядроға және бірқатар жаңа нейтрондарға бөлінеді. Бұл процесс кезінде ядро ішінде байланыс энергетикалық босату жүреді, шамамен 200 миллион электронвольт энергия бөлінеді. Бұл энергия ядролық реакторларда жылу ретінде пайдаланылады, ол бізге электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді.

5. Ядролық бөлінуден энергияның сипаты

Ядролық бөліну энергиясы атом ядросындағы нуклондардың арасындағы байланыстың бұзылуынан пайда болады. Бұл энергия жылу, гамма-сәулелер және бөлшектердің кинетикалық энергиясы түрінде бөлінеді. Реакторларда негізінен жылу энергиясы қолданылады, ол турбиналарды айналдырып, электр энергиясын өндіреді. Сонымен қатар, гамма-сәулелер мен бөлшектің шығарылуы радиоактивтік пен иондаушы сәулеленуді тудырады, сондықтан қауіпсіздік шаралары ерекше маңызды.

6. Бөлінуден пайда болатын бөлшектер

Ұсынылған слайдта бөлінуден туындайтын бөлшектер толық көрсетілмеген, бірақ ядролық бөліну үдерісінде негізгі бөлшектер ретінде нейтрондар, гамма-сәулелер және протондар бөлінеді. Нейтрондар тізбекті реакция үшін өте маңызды, олар ауыр ядролардың әрі қарай бөлінуін қозғаушы фактор саналады.

7. Энергияның бөлінісі

Ядролық реактордағы энергияның бөлінуі түрлі формада байқалады, олардың ішінде ең маңыздысы ядролардың қозғалысының кинетикалық энергиясы, ол жылу түрінде өндіріледі. Бұл мәліметтер ядролық реакторларда энергияның балансы мен тиімділігін түсінуге көмектеседі. Әлемдік тәжірибеде бұл энергия электр станцияларын іске қосудың негізгі көзі болып табылады.

8. Тізбекті ядролық реакцияның мәні

Тізбекті ядролық реакция дегеніміз — бір бөліну процесінде шыққан нейтрондардың басқаларын оята отырып, реакцияның өздігінен тұрақты жалғасуы. Бұл әдіс үздіксіз энергия өндіруге жол ашады және ядролық реакторлардың тиімді әрі қауіпсіз жұмысын қамтамасыз етеді. Заманауи энергетиканың негізгі бастауы осы тізбекті реакцияны басқаруда жатыр.

9. Тізбекті реакцияның кезеңдері

Ядролық бөліну процессінің негізгі сатылары бірнеше кезеңдерден тұрады: баяу нейтронның ауыр ядроға түсуі, ядроның екіге бөлінуі, бөлінген нейтрондардың басқа ядроларға әсері, және реакцияның жалғасуы немесе тоқтауы. Бұл схема ядролық реакторлардың жұмыс істеуін түсінуде маңызды негіз бола алады.

10. Тізбекті реакциялардың екі түрі

Тізбекті реакциялар бақыланатын және бақыланбайтын болып екіге бөлінеді. Ядролық реакторларда қолданылатын бақыланатын тізбекті реакциялар қауіпсіздік пен энергия мөлшерін реттеуге ықпал етеді. Атом бомбалары мен ядролық жарылыстарда бақыланбайтын реакциялар байқалады, олар аса жылдам әрі қауіпті энергия бөледі.

11. Ядролық бөліну мысалдары: уран-235 және плутоний-239

Уран-235 және плутоний-239 элементтерінің бөлінуі кезінде негізгі бөлшектер — нейтрондар мен жеңіл ядролар — бөлініп, көп мөлшерде энергия өндіріледі. Бұл кестеде осы элементтердің бөлінуінен алатын энергия көлемдері мен бөлінген бөлшектердің ерекшеліктері көрсетілген. Мұндай бөлінулер тізбекті реакцияның негізін құрайды және энергия өндірудегі тиімділігі жоғары.

12. Ядролық реакцияларды басқару тәсілдері

Ядролық реакцияны басқаруда нейтрон сіңіргіштер — мысалы, кадмий және бор — маңызды рөл атқарады. Олар басқару штангаларына орнатылып, реакцияның қарқындылығын төмендетеді немесе арттырады. Сонымен қатар, температура бақылауы мен отын мөлшерін дәл есептеу реакцияның тұрақтылығын сақтауға мүмкіндік береді, ядролық реакторларды қауіпсіз пайдаланудың негізін құрайды.

13. Ядролық реактордың анықтамасы және негізгі элементтері

Ядролық реактор — бұл ядролық бөліну тізбегін басқаруға арналған күрделі құрылғы. Негізгі элементтеріне ядролық отын (уран мен плутоний), баяулатқыш — нейтрондардың жылдамдығын төмендететін су немесе графит — және басқару штангалары кіреді. Басқару жүйелері нейтрондық ағынды реттеп, реакцияны тұрақты әрі қауіпсіз ұстайды. Қорғаныс қабығы радиация деңгейін бақылауда маңызды.

14. Ядролық реактор құрылымының схемасы

Ядролық реактордың құрылымында отын жинағы орталықта орналасып, оның айналасын баяулатқыш — су немесе графит қабаты қоршайды. Бұл баяулатқыш нейтрондардың жылдамдығын төмендетіп, реакцияның тиімді өтуіне ықпал етеді. Басқару штангалары баяулатқыштың арасында қозғалып, нейтрондарды ұстап, реакция қарқындылығын басқарады. Жылу тасымалдағыш сұйықтық реактордағы жылуды сыртқа шығарады, ал қорғаныс қабырғалары радиациядан қорғанысты қамтамасыз етеді.

15. Реактордың энергия өндіру қағидасы

Реакторда ядролар бөлінген кезде босату арқылы бөлінген энергия суық суды қыздырып, жоғары қысымды буға айналдырады. Бұл бу турбиналарды айналдырып, олар электр генераторларын іске қосады. Осылайша ядролық станциялар тұрақты әрі жоғары тиімді электр энергиясын өндіреді. Жылу тасымалдағыштың үздіксіз жұмыс істеуі және бу түзілуі реакцияның тұрақтылығын және энергия өндірісінің үздіксіздігін қамтамасыз етеді.

16. Дүниежүзілік реактор үлгілері мен ерекшеліктері

Ядролық энергетиканың дамуы әлемнің түрлі бөліктерінде әртүрлі бағыттар ұстанған. Мәселен, Ресей мен АҚШ-та жеңіл су реакторлары ең көп қолданылады, олар сенімді әрі кеңінен таралған технологиялардың бірі. Франция ядролық энергетиканың дамуына ерекше назар аударып, өзіне тән суық күрделі газ реакторларын пайдаланады, бұл оның энергия қауіпсіздігін арттырады. Сонымен қатар, Жапония мен Қытай жоғары температуралы газ реакторларының жаңа үлгілерін зерттеп, таза және тиімді энергия өндіруге ұмтылуда. Әрбір реактор түрі өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктерін қамтиды, әрі оларды таңдау ұлттық энергетикалық стратегия мен географиялық жағдайларға байланысты өзгереді.

17. Ядролық электр энергиясының әлемдік үлесі

2023 жылғы Халықаралық атом энергиясы агенттігінің статистикасына сәйкес, ядролық энергия әлемдегі жалпы электр энергиясының шамамен 10-12% құрайды. Франция бұл көрсеткіш бойынша көшбасшы, елдің электр энергиясының шамамен 70%-ы ядролық реакторлардан алынады, бұл оның сыртқы энергия көздеріне тәуелділігін азайтады. АҚШ, Қытай және Ресей де ядролық энергетиканы белсенді дамытып, баламалы энергия көздерін ұлғайтуға ерекше көңіл бөлуде. Қазақстан осы салада әлі бастапқы деңгейде, бірақ даму потенциалы зор екендігі байқалады. Бұл деректер ядролық энергетика елдің энергетикалық тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін маңызды әрі қажетті екенін көрсетеді.

18. Ядролық реакторлардың артықшылықтары мен тәуекелдері

Ядролық реакторлардың ең басты артықшылығы – көміртек шығарындыларын айтарлықтай төмендетуі. Бұл әлемдік климаттың өзгеруіне қарсы күрестің маңызды аспектісі болып табылады. Сонымен бірге, ядролық энергетика көп және тұрақты энергия көзін ұсынады, бұл экономиканың тұрақты дамуына ықпал етеді. Алайда, негізгі қауіптердің бірі – радиоактивті қалдықтардың қауіпсіз сақталуы және оларды өңдеу мәселесі. Тарихтағы Чернобыль және Фукусима апаттары ядролық қауіпсіздік режимін күшейту қажеттігін дәлелдеді. Сақтық шаралары мен халықаралық қадағалау осындай оқиғалардың алдын алуда маңызды рөл атқарады.

19. Қазақстандағы ядролық энергетика және оның дамуы

Қазақстанда ядролық энергетиканың тарихы және дамуы бірнеше маңызды кезеңдерден тұрады. 1955 жылы алғашқы реактор құрылысы басталып, ғылыми зерттеу институттары өз қызметін жандандыра бастады. 1990-шы жылдары ядролық қауіпсіздік пен қалдықтарды басқару саласында халықаралық ынтымақтастыққа белсенділік артты. Қазіргі уақытта Қазақстан ядролық отынды өндіру мен қайта өңдеу технологияларын дамытуға бағытталған бағдарламаларды іске асыруда. Бұл бағыттағы зерттеулер мен жобалар елдің энергетикалық тәуелсіздігін қамтамасыз етуде, сондай-ақ жаһандық ядролық қауіпсіздікке өз үлесін қосуда.

20. Ауыр ядролардың бөлінуі: болашақ энергия көзінің сенімді негізі

Ауыр ядролардың бөлінуі – экологиялық талаптарға жауап беретін және қауіпсіздігі жоғары энергия өндіру жолы ретінде танылуда. Бұл тәсіл Қазақстанда ғылыми-зерттеу және өндірістік деңгейде тұрақты дамытылуда, экономиканың жаңғыртылуы және тұрақты энергия көздерін құру мақсатында. Осындай технологияларды енгізу елдің энергетикалық стратегиясында маңызды орын алады және болашақ буынға таза және қауіпсіз энергетиканы қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Дереккөздер

С.И. Абдуллин. Ядролық физика: оқу құралы. Алматы: ҚазҰУ, 2022.

В.Д. Нгуен. Ядролық реакторлар және олардың қауіпсіздігі. Мәскеу: Энергоатомиздат, 2021.

Международное агентство по атомной энергии (IAEA). Ядерная энергетика в цифрах, 2023.

Қазақ ұлттық университеті ядролық физика зерттеулері. Алматы, 2023.

Михаилова Е.Я. Ядролық энергетиканың әлемдік дамуы. — Ғылым және технология журнал, 2022.

IAEA статистикасы. Ядролық энергетика және қауіпсіздік. Вена, 2023.

Қарабаев А.Т. Қазақстандағы ядролық энергетиканың тарихы мен болашағы. — Энергетика және экология, 2021.

Петров В.П. Ядролық реакторлардың қауіпсіздігі: тарихи сабақтар мен заманауи талаптар. — Атомная энергия, 2020.