Как найти мощность атомной электростанции

Пропустить Оглавление

Пропустить Версия для слабовидящих

Пропустить Навигация

Пропустить Настройки

Атомная электростанция по своей сути ничем не отличается от ТЭС кроме как топливом. Для выработки энергии на АЭС используется ядерное топливо природного или искусственного происхождения. К природным можно отнести уран, добытый в глубоких шахтах естественным путем, а искусственным можно считать вторичное сырье, прошедшее специальную обработку. С точки зрения химии искусственным топливом может быть металлическая или карбидная, оксидная или нитритная, а возможно и смешанное.

Так как наше государство является одним из шести стран, где добывается львиная доля урана, то и основным топливом для АЭС в России является данный элемент.

Принцип работы

После трагических событий на Чернобыльской АЭС средства массовой информации активно распространялись слухи и внушали в подсознание граждан, будто любая электростанция, производящие энергию на атомном топливе рано или поздно приведет к взрыву и негативное воздействие на людей и окружающую среду. Самая высокая мощность электростанции в России вырабатывается на Балаковской установке. Но многие ученые утверждают, что вероятность взрыва или любого другого вреда от Балаковской АЭС не больше чем от любого промышленного, производственного предприятия. Всё дело в том, что для выработки энергии необходимо тепло, которое получают в результате цепного ряда действия и реакции деление на атомы одного из вариантов ядерного топлива, чаще всего это Уран. Этот процесс считается основным рабочим на всей территории любой АЭС.

Типы реактивных двигателей

Все установки делятся на категории по используемому топливу для выработки энергии, по теплоносителю, замедлители, которая контролирует весь процесс проведения реакции. Для того чтобы показывать высокий уровень результативности, многие реакторы используют облегченную воду в виде Пара которая воздействует двумя разными способами.

Первый способ это подача теплого пара непосредственно в активной зоне. Уровень температуры такого энергоблока очень высок, в народе его называют кипящим блоком. Второй зависит от графитных материалов, с помощью которых вырабатывается газ, позволяющий отслеживать всю работу системы. На таком типе работы существует Балаковская станция.

История развития и строительства АЭС

Первым вариантом использования ядерного топлива для выработки энергии был осуществлен в лаборатории на территории Айдахо (вначале 1950-х, в США). Прототип выдавал мощность, которой хватало для работы четырёх ламп накаливания по 200Вт каждая. В ходе разработок, такая система смогла обеспечить электричеством уже целое сооружение в несколько этажей. Пройдя сотни исследований и реакций, только в 1955 году такой реактор был подключен к целой сети, прославив город Арко по всему миру, как место расположения первого на свете реактора на ядерной энергии.

Но в то время, пока американцы проводили опыты и наблюдения, русские запустили на год раньше в 1954 году в городе Обнинске (СССР, Калужская область) атомной электростанции с мощностью в несколько раз большей. Именно с этого момента началось активное развитие производства атомной энергетики россиян. Далее, спустя пару-тройку лет стали возводиться атомные станции как грибы, в течение следующих 10−15 лет советские граждане возвели 17 атомных станций.

Энергетические выработки ядерной системы

Какова электрическая мощность атомной электростанции? На этот вопрос невозможно ответить однозначно, так как все АЭС в России имеют самые различные мощности от 48 мВт и до 4000 мВт. Последняя цифра достигается, в случае если атомная электростанция мощностью 1000 имеет по 4 реактора. Основное их количество работает на водяной системе, именуемой ВВЭР. Такой тип реактора самый распространенный в нашей стране (всего насчитывает порядка 18 единиц), из них с тысячной цифрой — 12 единиц. Не исключается также использование и кипящих систем канального типа. Таких реакторов в РФ всего 15.

Вода применима не только для энергетической или гетерогенной системы работы реактора, но и для водо-водяной или корпусной. Также, с помощью воды реактор во взаимодействии с тепловыми нейронами может быть применим как отражатель и замедлитель, а возможно и теплоноситель нейтронов.

Кстати, атомная электростанция мощностью 1000 имеет (кпд 20), с каждым реактором по 1000 мВт, является наиболее распространенной моделью не только в нашем государстве, но и в мире. Такого типа сооружений 7% в мире от общего количества.

Разновидности дизельных ЭС

Дизельная электростанция с мощностью необходимой под индивидуальные нужды является отличным вариантом для обеспечения электричеством отдаленного селения или конкретного дома от линий электропередач. Нередко сельские жители и владельцы кафе, магазинов предпочитают иметь дома и по необходимости устанавливать дизельный агрегат для выработки света на случай экстренных условий или общего отключения линейного электричества.

Приобретая такое изделие за не малые деньги, необходимо заранее определиться:

• нужна подстанция передвижная или стационарная;
• каков КПД (коэффициент полезного действия) необходим для подключения всего самого необходимого;
• какой расход топлива и достаточно ли он экономно употребляется системой;
• сверить комплектацию.

Средняя мощность для типичного дома без электроотопления и чрезмерного потребления составляет 5 кВт, а вот если необходимостей гораздо больше — то обеспечит электрическое отопление в зимний период.

Разновидности ЭС и их приоритеты

Установка дизельной станции преимущественно экономична (относительно бензиновой). А вот потребляет сырья для работы почти в 2 раза меньше, но выдает КПД станция, равнозначный по объему, как для дизельной, так и для бензиновой системы.

Наиболее экономичным способом организовать освещение в доме — это установить солнечные электростанции мощностью от 2 кВт и выше. Стоит заметить, что основой работы является яркое солнце, попадающее внутрь. Солнечная система, вполне может обеспечить собственные жилые помещения светом только в случае яркого солнечного дня.

Каковы масштабы выработки электроэнергии в РФ

Российская Федерация уверенно движется вперед по развитию своей энергетики, к тому же это позволяет делать наличие продуктивно работающих урановых шахт. Ввиду активного роста, все энергетические системы объединены в географические группы. В сотрудничестве с европейскими странами действуют 7 ОЭС, одновременно работают 6 энергетических объединений на территории всего государства: Центр, Урал, Волга, Сибирь, Северо-Запад и Юг. В дополнение имеется параллельная структура Востока, электрическая мощность этой электростанции транзитом обеспечивается Сибирским направлением.

В 2016 году на учет принято объединения Севастополя (Крым). На начало 2017 года в нашей стране действует порядка 700 электрических станций с разным видом обеспечения жизнедеятельности. А установленная мощность электростанций России за прошлый год отметку в 236 ГВт.

---

---

Нашли ошибку? Сообщите в комментариях (внизу страницы)

Раздел: Физика Полное условие: 44.21. Найти электрическую мощность P атомной электростанции, расходующей 0,1 кг урана-235 в сутки, если КПД η станции равен 16 %. Решение, ответ задачи 4792 из ГДЗ и решебников: Этот учебный материал представлен 1 способом: Для просмотра в натуральную величину нажмите на картинку Идея нашего сайта — развиваться в направлении помощи ученикам школ и студентам. Мы размещаем задачи и решения к ним. Новые задачи, которые недавно добавляются на наш сайт, временно могут не содержать решения, но очень скоро решение появится, т.к. администраторы следят за этим. И если сегодня вы попали на наш сайт и не нашли решения, то завтра уже к этой задаче может появится решение, а также и ко многим другим задачам. основной поток посетителей к нам — это из поисковых систем при наборе запроса, содержащего условие задачи

Счетчики: 5317 | Добавил: Admin

Добавить комментарий Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]

Решение

U
+
n

3
n
+Х₁
+Х₂

По
условию задачи после одного
-распада
первого осколка образовался⁸⁹Y
(иттрий)

Х₁
е
++
Y,
следовательно: Х₁
=
Sr
(стронций)

Итак:

Sr

.

По
условию задачи Х₂
после одного
-распада
превращается вCs
(цезий)

Х₂
e
+
+Сs,
следовательно, Х₂
=
Xe
(ксенон).

.

Итак:
.

При каждой реакции
высвобождается энергия:

Q₁
= 931,5 (m_U-235
+ m_n
– 3m_n
– m_Sr-94–m_Xe-139)
= 931,5(235,04393 +1,00867 – 3.1,00867 – 93,91547 – 138,91844)
МэВ = 185,08 МэВ.

Q₂
= 931,5 (m_Sr-94
–m_Y-94)
= 931,5(93,91547 -93,91169) = 3,52 МэВ.

Q₃
= 931,5 (m_Xe-139
— m_Cs-139)
= 931,5(138,91844 – 138,91328) = 4,8 МэВ.

Всего:
Q
= Q₁
+Q₂
+ Q₃
=
193,4 МэВ.

Задача
9. Ядро,
возникающее при захвате нейтрона ядром
U-238,
испытывает деление, если кинетическая
энергия нейтрона не меньше 1,4 МэВ.
Найти энергию активации делящегося
ядра.

Решение

Для деления ядра
необходимо внести энергию активации:

Е_акт
= Е_возб
= Е_св.n
+ E_k
.

По
условию задачи: E_акт
= 1,4 МэВ + Е_св.n.

Определим
энергию связи нейтрона в ядре U-239:

U
+
n

U.

E_cв.n
=(238,05076 + 1,00867 – 239,05432).931,5 МэВ = 4,76 МэВ.

Следовательно,
энергия активации: Е_акт
= 1,4 + 5,7 = 7,1 МэВ.

Ответ:
Е_акт
= 7,1 МэВ.

Задача
10. В чем
физический смысл коэффициента размножения
в бесконечной размножающей среде k?
Сколько нейтронов в 1см³
будет в сотом поколении, если процесс
деления начинается с плотности нейтронов
n
= 1000 нейтрон/см ³
и k
= 1,05?

Решение

Коэффициент
размножения в бесконечной размножающей
среде k
— это отношение средней по объему активной
зоны плотности тепловых нейтронов
данного поколения к средней по объему
активной зоны плотности тепловых
нейтронов предыдущего поколения.

k
=
.

Плотность
нейтронов первого поколения: n₁
= 10³
нейтрон/см³
(по условию задачи).

Плотность
нейтронов второго поколения – 10^3
.k
нейтрон/см³.

Плотность
нейтронов третьего поколения – 10³
.k²
нейтрон/см³.

Плотность
нейтронов m-го
поколения — 10³
.k^m-1
нейтрон/см³.

Итак:

N
=
.

Сотое
поколение: 10³
·1,05^100-1
= 10³·1,05⁹⁹
= 1,252·10⁵
нейтрон/см³.

Ответ:
1,252·10⁵
нейтрон/см³.

Задача
11. Объяснить,
почему не возможна самоподдерживающаяся
цепная реакция деления в среде, состоящей
из природного металлического урана.

Ответ.
Суммарное сечение радиационного
захвата и рассеяния для U-238
на быстрых нейтронах примерно в 4 раза
больше, чем сечение деления. Пусть в
результате деления образовалось в
среднем приблизительно 2,5 нейтронов на
одно деление. Из них 4/5, то есть 2 нейтрона,
будут потеряны для реакции деления на
U-238
из-за реакций рассеяния и радиационного
захвата. Остается приблизительно 0,5
нейтрона. Этого мало для выполнения
самоподдерживающейся цепной реакции
деления.

Задачи для самостоятельного решения

Задача
1. При делении
1 ядра
выделяется энергия 200 МэВ. Какую долю
энергии покоя ядрасоставляет энергия?

Ответ:
доля от полной энергии покоя составляет
9,136·10^-4.

Задача
2. Найти
энергию, выделившуюся при делении 1 кг
изотопа U-
235 тепловыми нейтронами. Какое количество
нефти с теплотворной способностью
4,19.10⁷
выделяет
при сгорании такую энергию?

Ответ:
Q_1кг
= 8,2·10⁷
МДж; М_нефти
1957
т.

Задача
3. Сколько
ядер
должно делиться за 1 с, чтобы тепловая
мощность ядерного реактора была равна
1 МВт?

Ответ:
3,125·10¹⁶
ядер/с.

Задача
4. Найти
электрическую мощность атомной
электростанции, расходующей 0,2 кг
в сутки, есликпд
станции — 32 %.

Ответ:
N_эл

51,9 МВт.

Задача
5. Вычислить
мощность, уносимую нейтрино в реакторе
атомной электростанции мощностью 9^.10³
кВт при кпд
30 %, и число нейтрино, выделяющихся за 1
с. При расчете принять, что на одно
деление приходится 5 b-распадов
осколков, а средняя энергия нейтрино
на 1 акт деления равна 11 МэВ.

Задача
6. Известно,
что примерно на 6000 молекул обычной воды
приходится 1 молекула тяжелой воды D₂О.
Какая энергия выделится при сжигании
всего дейтерия, содержащегося в 1 кг
воды, в термоядерном реакторе? Какому
количеству бензина эквивалентен по
энергии синтеза дейтерия 1 кг
природной
воды, если при сжигании 1 кг бензина
выделяется 13 кВт·ч
энергии?

Ответ:
N_D/кг
= 5,569·10²¹
ядер/кг; Q_1кг
1,064·10⁷
кДж; М_б
= 227,35 кг.

Задача
7. Определить
электрическую мощность атомной
электростанции, если расход U-235
в год составляет 192 кг при кпд
30 %.

Ответ:
N_эл
128 МВт.

Задача
8. Найти
полный поток нейтрино излучаемых при
работе реактора тепловой мощностью 40
МВт, считая, что на каждое деление
приходится 5
-распадов
осколков.

Задача
9. Найти
мощность уносимою нейтрино (антинейтрино)
из реактора тепловой мощностью 20МВт,
считая, что на каждое деление приходится
5
-распадов
осколков, для которых суммарная энергия
нейтрино (антинейтрино) составляет 15
МэВ.

Задача
10. Дать
обоснованный ответ: почему при применении
слабообогащенного топлива легче
реализовать СЦРД на тепловых нейтронах,
чем на быстрых?

Задача
11. Определить
массу нуклида U-235,
подвергшуюся делению при взрыве атомной
бомбы с тротиловым эквивалентом 30 кг,
если тепловой эквивалент тротила равен
4,19.10³ кДж/кг.

Ответ:
1,792 кг.

Задача
12. Ядро U-235,
захватив тепловой нейтрон, разделилось
на 2 осколка с массовыми числами 94 и 140.
Вычислить энергию и скорости этих
осколков, если их общая кинетическая
энергия составляет 168 МэВ.

Ответ:
Е₁100,51
МэВ; Е₂
67,49 МэВ.

Задача
13. Ядра U-235
наряду с
-распадомиспытывают спонтанное деление.
Оценить количество ядер в 1 г чистогоU-235,
испытавших спонтанный распад в течение
1 часа. Сколько
-распадов
происходит в том же образце за 1 час?

Ответ:
1,126 сп. дел./час; 2,95·10⁸

—распадов/час.

Задача
14. За время,
соизмеримое с геологическим возрастом
нашей планеты, убыль таких сравнительно
устойчивых к спонтанному делению
элементов как уран
и торий,
определяется не их самопроизвольным
делением, а обычным-распадом,
вероятность которого враз больше. Тем не менее, количества
продуктов спонтанного деления,
накопившихся за геологическое время в
ураново-ториевых минералах, в ряде
случаев бывает достаточно для
аналитического определения. Некоторые
из «осколочных» элементов спонтанного
деления (Хе) могут успешно использоваться
для определения геологического возраста
породы. Найти активность спонтанного
деления образцов тория и урана массой
по 1 г.

Задача
15. Предложенной
Бете углеродный цикл звездных термоядерных
реакций состоит из следующих превращений:

Вычислить
энергию, выделившуюся при первой и
последней ядерных реакциях.

Ответ:Q₁ =Q₂
=

Задача
16.
Определить
энергию, которая выделится при полном
делении 1 кг ²³⁹Pu.
Какое количество угля, (калорийностью
3.10⁷ Дж/кг)
необходимо сжечь для получения такого
же количества тепла.

Ответ:
Q
= 8,063·10¹³
Дж; М_с =2687,7
т.

Задача
17. В чем
физический смысл эффективного коэффициента
размножения? Сколько нейтронов будет
в семидесятом поколении, если процесс
деления начинается с двух тысяч нейтронов
и k=
1,5.

Ответ:
n₇₀
= 2,827·10¹⁵
нейтронов.

Задача
18. Ядро,
возникающее при захвате нейтрона ядром
²³⁸U,
испытывает деление, если энергия
активации равна 7,1 МэВ. Найти кинетическую
энергию нейтрона, способного вызвать
деление ²³⁸U.

Ответ:
2,34 МэВ.

Задача
19. Ядро ²³⁵U
захватило тепловой нейтрон. В результате
деления образовавшегося ядра возникло
три нейтрона и два радиоактивных осколка,
каждый из которых после одного
-распада
превратилось в ядраZr
и
Cs.
Найти высвобождающуюся энергию, если
массы нейтральных атомов равны:
Sr
— 92,91417 а.е.м.;
Xe
— 139,92137 а.е.м.;
Zr
— 92,90645 а.е.м.;
Cs
— 139,91676 а.е.м.

Задача
20. Сколько
ядер
должно делиться в 1 с, чтобы тепловая
мощность ядерного реактора была равна
1 Вт?

Ответ:
а
= 3,1 ^.
10¹⁰
с^-1.

Задача
21. Найти
электрическую мощность атомной
электростанции, расходующей 0,1 кг
в сутки, есликпд
станции 16 %.

Ответ:
Р
= 15 МВт.

Задача
22. Определить
энергию, которая выделится при полном
делении 1 кг
.
Какое количество угля, (калорийностью
3^.
10⁷
Дж/кг) необходимо сжечь для получения
такого количества тепла? При вычислениях
предполагать, что изменение удельной
энергии связи при делении составляет
в среднем 0,9 МэВ/нуклон.

Ответ:
Q
= 8,7 ^.
10¹³
Дж;
т
= 2,98 ^.
10³
т угля.

Задача
23. Вычислить
мощность, уносимую нейтрино в реакторе
атомной электростанции мощностью 9000
кВт при кпд
30 %, и число нейтрино, выделяющихся за 1
с. Принять, что на одно деление приходится
пять b-распадов
осколков, а средняя энергия нейтрино
на 1 акт деления равна 11 МэВ.

Ответ:
Р
= 1650 кВт; п
= 4,7 ^.
10¹⁸
с^-1.

Таблица вариантов
контрольной работы № 1

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Спрятать решение

Источник: Рым­ке­вич А. П. Сбор­ник задач по фи­зи­ке для 9−11 клас­сов, М.: «Про­све­ще­ние», 1990 (№ 1197)