Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 146. Об использовании ядерной энергииЗа последние годы в области практического использования ядерной энергии сформировались два основных направления: во-первых, развитие ядерной энергетики и, во-вторых, применение радиоактивных изотопов. Ядерной энергетикой называется осуществляемое в промышленных масштабах преобразование ядерной энергии в другие виды энергии (механическую, электрическую и др.), используемые затем для производственных и бытовых нужд. Преобразование совершается обычно по следующей схеме (рис. 390). Теплота, отводимая теплоносителем из активной зоны ядерного реактора У, передается воде, находящейся в парогенераторе 2, и превращает эту воду в пар. Пар приводит в действие паровую турбину 3, которая в свою очередь приводит в действие электромашинный генератор тока 4. Возникновение ядерной энергетики следует датировать июлем 1954 г., когда в СССР была введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция
Рис. 390 Сейчас в СССР, США и Англии построены более мощные АЗС. Согласно имеющимся программам Международного агентства по использованию атомной энергии Ядерная энергия используется также в атомных двигателях. В этой связи следует упомянуть ледокол «Ленин» с атомным двигателем мощностью Эксплуатация атомных электростанций пока что наиболее целесообразна в тех районах, которые удалены от месторождения обычных видов топлива (угля, нефти, газа) и бедны гидроресурсами. Основным преимуществом атомных двигателей транспортного типа является то, что они могут длительное время работать без пополнения горючим; это особенно важно для кораблей полярного плавания и подводных лодок. В последние десятилетия благодаря быстрому развитию промышленности и росту городов во многих странах ощущается недостаток технической воды. В этой связи сейчас решается проблема опреснения морской воды в промышленных масштабах с широким использованием для этой цели атомной энергии. Исключительно многообразным является применение ядерной энергии, излучаемой искусственными радиоактивными изотопами. Радиоактивные излучения используются для автоматического контроля и управления некоторыми технологическими процессами (например, для измерения и регулирования толщины проката пластмассовых, металлических, резиновых и других лент и пленок), для стерилизации лекарственных препаратов (в фармацевтической промышленности) и пищевых продуктов (см. скан) (см. скан) (см. скан) терапевтическое Особенно широкое распространение во всех областях научной и практической деятельности человека получил метод меченых атомов, основанный на использовании радиоактивных изотопов. Сущность этого метода состоит в следующем. Микроскопическую дозу радиоактивного изотопа (обычно с небольшим периодом полураспада) вводят в один из участков исследуемой системы, например в почву около корней растения, в струю водного или воздушного потока, в ткань живого организма, в смазку двигателя и т. п. Затем с помощью счетчика или иного регистратора радиоактивных излучений (см. § 140) наблюдают за перемещением введенного изотопа в данной системе. Анализируя результаты этих наблюдений, можно получить весьма ценные сведения о процессах, совершающихся в исследуемой системе (и не поддающихся изучению посредством каких-либо других современных методов). Поясним применение метода меченых атомов на примере исследования процесса питания сельскохозяйственных растений фосфором. В почву под исследуемые растения вносят фосфорное удобрение с примесью изотопа фосфора На рис. 391 изображен радиоавтограф томата, срезанного в двухнедельном возрасте через 36 ч после корневой подкормки меченым фосфором молодые листья (1 и 2) поглощают фосфор сильнее, чем старые (3 и 4). С помощью метода меченых атомов успешно изучаются такие важные для сельскохозяйственного производства проблемы и вопросы, как фотосинтез, рациональное применение удобрений, усвоение различных элементов растениями, внекорневая подкормка растений, питание сельскохозяйственных животных, синтез молочного жира и мышечных белков, передвижение воды и водяного пара в почве, миграция насекомых, действие инсектицидов, износ трущихся деталей автотракторных двигателей и многие другие.
Рис. 391 В заключение отметим, что даже те весьма краткие сведения о ядерной энергетике и применении радиоактивных изотопов, которые оказалось возможным привести в данной главе, указывают на очень важную роль ядерной энергии в народном хозяйстве. Можно с уверенностью сказать, что эта роль будет с каждым годом возрастать. Задача 73. В агробиологических исследованиях методом меченых атомов зачастую используют радиоактивный изотоп фосфора Написать ядерную реакцию распада изотопа фосфора и определить числа Решение. Применяя правило записи ядерных реакций (см. § 141) и учитывая, что при испускании электрона ядро атома теряет один отрицательный элементарный заряд, практически не теряя массы, а также то обстоятельство, что нейтрино не обладает ни зарядом, ни (практически) массой, можем на писать: По периодической системе элементов Менделеева найдем, что элементом с атомным номером 16 и массовым числом 32 является сера
т. е. при распаде изотопа фосфора образуется стабильный изотоп серы. Согласно закону радиоактивного распада (7),
где X — постоянная распада,
Так как
Учитывая, что
В принципе таким же образом рассчитывается число Однако при этом встретится трудность в вычислении величины
Задача 74. При бомбардировке дейтроном Решение. Произведя предварительную запись реакции в виде
найдем по периодической системе элементов, что
Выделяющуюся при реакции энергию определим по закону пропорциональности массы и энергии (10):
где с — скорость света в вакууме,
В физических таблицах найдем:
Задача 75. Вычислить энергию связи 8 и дефект массы Решение. Согласно общей формуле
где Так как
Дефект массы определим по закону пропорциональности массы и энергии
Задача 76. Атомная электростанция мощностью Определить годовой расход (массу) горючего атомной электростанции Решение. Введем обозначения:
Энергия, выделяемая всеми атомами урана, распавшимися за время
С другой стороны, очевидно, что
Приравнивая между собой правые части двух последних равенств, найдем
Подставив это выражение
Энергия, выделяемая за год каменным углем, сжигаемым на тепловой электростанции, равна
откуда
Таким образом, из отношения Приложение 1. Некоторые физические постоянные(см. скан) Приложение II. Единицы измерения физических величин (Обозначения основных единиц помещены в рамки)(см. скан) (см. скан) Основные единицы Международной системы (СИ) Основными величинами СИ служат длина, масса, время, термодинамическая температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества. Ниже даются определения основных единиц этой системы. Метр Килограмм Секунда Кельвин Ампер Кандела Моль (моль) — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в нуклиде Приложение III. Некоторые формулы электростатики и электромагнетизма, записанные в рационализованном и нерационализованном видах(см. скан) Продолжение приложения III (см. скан) Сопоставляя между собой соответственные рационализованные и нерационализованные формулы электричества, приведенные в таблице, нетрудно установить следующее правило преобразования рационализованных формул в нерационализованные (правило дерационализации): в рационализованных формулах, содержащих электрическую постоянную Нерационализованные формулы применяют только при использовании системы единиц СГС.
|
1 |
Оглавление
|