Nuklearna (atomska) energija. Prednosti i mane nuklearnih elektrana

Nuklearna energija je jedini način da se zadovolji rastuća potreba čovječanstva za električnom energijom.

Nijedan drugi izvor energije ne može proizvesti dovoljno električne energije. Njegova globalna potrošnja porasla je za 39% od 1990. do 2008. i raste iz godine u godinu. Solarna energija ne može zadovoljiti industrijske potrebe za električnom energijom. Rezerve nafte i uglja se iscrpljuju. Od 2016. godine u svijetu je radila 451 nuklearna elektrana. Ukupno, elektrane su proizvele 10,7% svjetske proizvodnje električne energije. 20% sve električne energije proizvedene u Rusiji proizvodi se u nuklearnim elektranama.

Energija koja se oslobađa tokom nuklearne reakcije znatno premašuje količinu toplote koja se oslobađa tokom sagorevanja.

1 kg uranijuma obogaćenog na 4% oslobađa količinu energije koja je jednaka sagorijevanju 60 tona nafte ili 100 tona uglja.

Siguran rad nuklearnih elektrana u odnosu na termoelektrane.

Od izgradnje prvih nuklearnih objekata dogodilo se oko tri desetine nesreća, u četiri slučaja došlo je do ispuštanja štetnih materija u atmosferu. Broj incidenata vezanih za eksplozije metana u rudnicima uglja kreće se na desetine. Zbog zastarjele opreme, svake godine se povećava broj nesreća u termoelektranama. Posljednja velika nesreća u Rusiji dogodila se 2016. na Sahalinu. Tada je 20 hiljada Rusa ostalo bez struje. Eksplozija 2013. godine u termoelektrani Uglegorsk (regija Donjecka, Ukrajina) izazvala je požar koji nije mogao biti ugašen 15 sati. U atmosferu je ispuštena velika količina otrovnih tvari.

Nezavisnost od fosilnih izvora energije.

Rezerve prirodnog goriva se iscrpljuju. Ostaci uglja i nafte procjenjuju se na 0,4 IJ (1 IJ = 10 24 J). Rezerve uranijuma prelaze 2,5 IJ. Osim toga, uranijum se može ponovo koristiti. Nuklearno gorivo je jednostavno za transport, a troškovi transporta su minimalni.

Komparativna ekološka prihvatljivost nuklearnih elektrana.

U 2013. godini, globalne emisije od korištenja fosilnih goriva za proizvodnju električne energije bile su 32 gigatona. To uključuje ugljikovodike i aldehide, sumpor dioksid, dušikove okside. Nuklearne elektrane ne troše kiseonik, ali termoelektrane koriste kiseonik za oksidaciju goriva i proizvode stotine hiljada tona pepela godišnje. Ispuštanja u nuklearnim elektranama događaju se u rijetkim prilikama. Nuspojava njihovog djelovanja je emisija radionuklida, koji se raspadaju u roku od nekoliko sati.

"Efekat staklene bašte" potiče zemlje da ograniče količinu uglja i nafte koju sagorevaju. Nuklearne elektrane u Evropi smanjuju emisiju CO2 za 700 miliona tona godišnje.

Pozitivan uticaj na ekonomiju.

Izgradnjom nuklearne elektrane otvaraju se radna mjesta u elektrani iu srodnim industrijama. Lenjingradska nuklearna elektrana, na primjer, obezbjeđuje lokalna industrijska preduzeća grijanjem i toplom vodom. Stanica je izvor medicinskog kiseonika za medicinske ustanove i tečnog azota za preduzeća. Hidraulična radionica opskrbljuje potrošače pitkom vodom. Količina energije koju proizvodi nuklearna elektrana direktno je povezana s povećanjem prosperiteta regije.

Male količine zaista opasnog otpada.

Istrošeno nuklearno gorivo je izvor energije. Radioaktivni otpad čini 5% istrošenog goriva. Od 50 kg otpada, samo 2 kg treba dugotrajno skladištenje i zahteva ozbiljnu izolaciju.

Radioaktivne tvari se miješaju s tekućim staklom i sipaju u posude debelih stijenki od legiranog čelika. Željezni kontejneri spremni su za pouzdano skladištenje opasnih tvari 200-300 godina.

Izgradnjom plutajućih nuklearnih elektrana (FNPP) osigurat će se jeftina električna energija za teško dostupna područja, uključujući područja podložna potresima.

Nuklearne elektrane su od vitalnog značaja u teško dostupnim područjima Dalekog istoka i krajnjeg sjevera, ali izgradnja stacionarnih stanica nije ekonomski opravdana u rijetko naseljenim područjima. Rješenje će biti korištenje malih plutajućih nuklearnih termalnih stanica. Prva plutajuća nuklearna elektrana na svijetu Akademik Lomonosov bit će puštena u vodu u jesen 2019. na obali poluostrva Čukotka u Peveku. U toku je izgradnja plutajućeg pogona (FPU) u Baltičkom brodogradilištu u Sankt Peterburgu. Planirano je da do 2020. godine bude pušteno u rad ukupno 7 plutajućih nuklearnih elektrana. Među prednostima korištenja plutajućih nuklearnih elektrana:

• obezbjeđivanje jeftine električne i toplotne energije;
• dobijanje 40-240 hiljada kubnih metara sveže vode dnevno;
• nema potrebe za hitnom evakuacijom stanovništva u slučaju nesreća u nuklearnoj elektrani;
• povećana otpornost na udarce pogonskih jedinica;
• potencijalni skok u ekonomskom razvoju područja sa plovnim elektranama.

Predložite svoju činjenicu

Nedostaci nuklearne energije

Veliki troškovi za izgradnju nuklearnih elektrana.

Izgradnja moderne nuklearne elektrane procjenjuje se na 9 milijardi dolara. Prema nekim stručnjacima, troškovi bi mogli dostići 20-25 milijardi eura. Cijena jednog reaktora, ovisno o njegovom kapacitetu i dobavljaču, kreće se od 2-5 milijardi dolara. To je 4,4 puta više od cijene energije vjetra i 5 puta skuplje od solarne energije. Period otplate za stanicu je prilično dug.

Rezerve uranijuma-235, koji koriste gotovo sve nuklearne elektrane, ograničene su.

Rezerve uranijuma-235 trajaće 50 godina. Prelazak na kombinaciju uranijuma-238 i torijuma omogućit će nam da proizvodimo energiju za čovječanstvo još hiljadu godina. Problem je u tome što je za prelazak na uranijum-238 i torijum potreban uranijum-235. Korišćenje svih rezervi uranijuma-235 učiniće tranziciju nemogućom.

Troškovi proizvodnje nuklearne energije premašuju operativne troškove vjetroelektrana.

Istraživači Sajma energetike predstavili su izvještaj koji pokazuje ekonomsku nesvrsishodnost korištenja nuklearne energije. 1 MW/sat proizveden u nuklearnoj elektrani košta 60 funti (96 dolara) više od iste količine energije koju proizvode vjetrenjače. Rad nuklearnih fisijskih stanica košta 202 funte (323 dolara) po 1 MW/sat, a postrojenje za energiju vjetra košta 140 funti (224 dolara).

Teške posljedice nesreća u nuklearnim elektranama.

Rizik od nesreća na postrojenjima postoji tokom čitavog radnog veka nuklearnih reaktora. Upečatljiv primjer je nesreća u nuklearnoj elektrani Černobil, na čiju je eliminaciju poslato 600 hiljada ljudi. U roku od 20 godina nakon nesreće, umrlo je 5 hiljada likvidatora. Rijeke, jezera, šumska zemljišta, mala i velika naselja (5 miliona hektara zemlje) postali su nenaseljeni. Zagađeno je 200 hiljada km2. Nesreća je izazvala hiljade smrtnih slučajeva i povećanje broja pacijenata sa karcinomom štitnjače. U Evropi je naknadno zabeleženo 10 hiljada slučajeva dece rođene sa deformitetima.

Potreba za odlaganjem radioaktivnog otpada.

Svaka faza atomske fisije povezana je sa stvaranjem opasnog otpada. Skladišta se grade za izolaciju radioaktivnih supstanci prije njihovog potpunog raspadanja, zauzimajući velike površine na površini Zemlje, smještene u udaljenim područjima svjetskih okeana. 55 miliona tona radioaktivnog otpada zakopanog na površini od 180 hektara u Tadžikistanu je u opasnosti od curenja u životnu sredinu. Prema podacima iz 2009. godine, samo 47% radioaktivnog otpada iz ruskih preduzeća je u bezbednom stanju.

Mislim da u zemljama bivšeg Sovjetskog Saveza, kada su nuklearne elektrane u pitanju, mnogima odmah bljesne misao o tragediji u Černobilju. Ovo nije tako lako zaboraviti i želio bih razumjeti princip rada ovih stanica, kao i saznati njihove prednosti i nedostatke.

Princip rada nuklearne elektrane

Nuklearna elektrana je vrsta nuklearnog postrojenja čiji je cilj proizvodnja energije, a potom i električne energije. Općenito, četrdesete godine prošlog stoljeća mogu se smatrati početkom ere nuklearnih elektrana. U SSSR-u su razvijeni različiti projekti koji se odnose na korištenje atomske energije ne u vojne svrhe, već u miroljubive. Jedna od tih miroljubivih svrha bila je proizvodnja električne energije. Kasnih 40-ih, prvi rad je počeo da oživljava ovu ideju. Takve stanice rade na vodenom reaktoru iz kojeg se energija oslobađa i prenosi na različite rashladne tekućine. Tokom ovog procesa oslobađa se para, koja se hladi u kondenzatoru. A onda struja ide kroz generatore do domova stanovnika grada.

Sve prednosti i mane nuklearnih elektrana

Počeću s najosnovnijom i najhrabrijom prednošću - nema ovisnosti o velikoj potrošnji goriva. Osim toga, troškovi transporta nuklearnog goriva bit će izuzetno niski, za razliku od konvencionalnog goriva. Napominjem da je to veoma važno za Rusiju, s obzirom da se naš ugalj doprema iz Sibira, a to je izuzetno skupo.

Sada sa ekološke tačke gledišta: količina emisija u atmosferu godišnje je otprilike 13.000 tona i, koliko god ova brojka izgledala velika, u poređenju sa drugim preduzećima, brojka je prilično mala. Ostale prednosti i nedostaci:

• koristi se puno vode, što pogoršava životnu sredinu;
• proizvodnja električne energije je po cijeni gotovo ista kao u termoelektranama;
• velika mana su strašne posledice nesreća (primera je dosta).

Napominjem i da nakon prestanka rada nuklearke ona mora biti likvidirana, a to može koštati skoro četvrtinu cijene izgradnje. I pored svih nedostataka, nuklearne elektrane su prilično česte u svijetu.

Prednosti nuklearne energije u odnosu na druge vrste proizvodnje energije su očigledne. Velika snaga i niska konačna cijena energije otvorili su velike perspektive za razvoj nuklearne energije i izgradnju nuklearnih elektrana. U većini zemalja svijeta i danas se vodi računa o prednostima nuklearne energije - gradi se sve više elektrana i sklapaju ugovori za izgradnju nuklearnih elektrana u budućnosti.

Jedna od glavnih prednosti nuklearne energije je njena isplativost. Sastoji se od mnogo faktora, a najvažniji od njih je niska zavisnost od transporta goriva. Uporedimo termoelektranu snage 1 milion kW i jedinicu nuklearne elektrane ekvivalentne snage. Za termoelektranu je potrebno od 2 do 5 miliona tona goriva godišnje, troškovi transporta mogu iznositi i do 50% cijene proizvedene energije, a nuklearna elektrana će morati isporučiti oko 30 tona uranijuma, što praktično neće uticati na konačnu cenu energije.

Također, jedna od prednosti nuklearne energije je i to što korištenje nuklearnog goriva nije praćeno procesom sagorijevanja i ispuštanjem štetnih materija i stakleničkih plinova u atmosferu, što znači da je izgradnja skupih objekata za prečišćavanje emisija u atmosferu neće biti potrebno. Četvrtina svih štetnih emisija u atmosferu dolazi iz termoelektrana, što veoma negativno utiče na ekološku situaciju gradova koji se nalaze u njihovoj blizini, ali i na stanje atmosfere uopšte. Gradovi koji se nalaze u blizini nuklearnih elektrana koje rade normalno u potpunosti iskuse prednosti nuklearne energije i smatraju se jednim od ekološki najprihvatljivijih u svim zemljama svijeta. Sprovode stalni monitoring radioaktivnog stanja zemlje, vode i zraka, kao i analizu flore i faune - takvo stalno praćenje omogućava realnu procjenu prednosti i nedostataka nuklearne energije i njenog utjecaja na ekologiju zemlje. region. Vrijedi napomenuti da tokom osmatranja u područjima gdje se nalaze nuklearne elektrane nikada nisu zabilježena odstupanja radioaktivne pozadine od normalne, osim u slučaju nužde.

Prednosti nuklearne energije tu ne prestaju. U kontekstu nadolazeće energetske gladi i iscrpljivanja rezervi ugljičnog goriva, prirodno se postavlja pitanje rezervi goriva za nuklearne elektrane. Odgovor na ovo pitanje je vrlo optimističan: razrijeđene rezerve uranijuma i drugih radioaktivnih elemenata u zemljinoj kori iznose nekoliko miliona tona, a na sadašnjem nivou potrošnje mogu se smatrati praktički neiscrpnim.

Ali prednosti nuklearne energije se ne protežu samo na nuklearne elektrane. Atomska energija se danas koristi u druge svrhe osim za opskrbu stanovništva i industrije električnom energijom. Stoga se prednosti nuklearne energije za podmorničku flotu i nuklearne ledolomce ne mogu precijeniti. Korištenje nuklearnih motora omogućava im autonomno postojanje dugo vremena, kretanje na bilo kojoj udaljenosti i omogućava podmornicama da mjesecima ostanu pod vodom. Danas svijet razvija podzemne i plutajuće nuklearne elektrane i nuklearne motore za svemirske letjelice.

Uzimajući u obzir prednosti nuklearne energije, možemo sa sigurnošću reći da će u budućnosti čovječanstvo nastaviti koristiti mogućnosti atomske energije, koja, kada se pažljivo rukuje, manje zagađuje okoliš i praktički ne narušava ekološku ravnotežu na našoj planeti. Ali prednosti nuklearne energije znatno su izblijedjele u očima svjetske zajednice nakon dvije ozbiljne nesreće: u nuklearnoj elektrani u Černobilu 1986. i u nuklearnoj elektrani Fukushima-1 2011. godine. Razmjeri ovih incidenata su toliki da njihove posljedice mogu prikriti gotovo sve prednosti nuklearne energije poznate čovječanstvu. Za brojne zemlje, tragedija u Japanu postala je poticaj za preradu njihove energetske strategije i pomjeranje naglaska na korištenje alternativnih izvora energije.

Upotreba nuklearne energije u modernom svijetu pokazala se toliko važnom da bi, kada bismo se sutra probudili i energija iz nuklearne reakcije nestala, svijet kakav poznajemo vjerojatno prestao postojati. Mir čini osnovu industrijske proizvodnje i života u zemljama kao što su Francuska i Japan, Njemačka i Velika Britanija, SAD i Rusija. A ako posljednje dvije zemlje još uvijek mogu zamijeniti izvore nuklearne energije termalnim stanicama, onda je za Francusku ili Japan to jednostavno nemoguće.

Upotreba nuklearne energije stvara mnoge probleme. U osnovi, svi ovi problemi se odnose na činjenicu da koristeći energiju vezivanja atomskog jezgra (koju nazivamo nuklearnom energijom) u svoju korist, čovjek dobija značajno zlo u vidu visoko radioaktivnog otpada koji se ne može jednostavno baciti. Otpad iz nuklearnih izvora energije mora se prerađivati, transportovati, zakopavati i skladištiti dugo vremena u sigurnim uslovima.

Za i protiv, koristi i štete korištenja nuklearne energije

Razmotrimo prednosti i nedostatke korištenja atomsko-nuklearne energije, njihove prednosti, štetu i značaj u životu čovječanstva. Očigledno je da je nuklearna energija danas potrebna samo industrijalizovanim zemljama. Odnosno, miroljubiva nuklearna energija se uglavnom koristi u objektima kao što su fabrike, prerađivački pogoni itd. Energetski intenzivne industrije koje su udaljene od izvora jeftine električne energije (kao što su hidroelektrane) koriste nuklearne elektrane za osiguranje i razvoj svojih internih procesa.

Agrarne regije i gradovi nemaju velike potrebe za nuklearnom energijom. Sasvim ga je moguće zamijeniti termalnim i drugim stanicama. Pokazalo se da je ovladavanje, stjecanje, razvoj, proizvodnja i korištenje nuklearne energije najvećim dijelom usmjereno na zadovoljavanje naših potreba za industrijskim proizvodima. Da vidimo kakve su to industrije: automobilska industrija, vojna proizvodnja, metalurgija, hemijska industrija, naftni i gasni kompleks itd.

Da li moderna osoba želi da vozi novi automobil? Želite li se obući u modnu sintetiku, jesti sintetiku i sve spakovati u sintetiku? Želite šarene proizvode u različitim oblicima i veličinama? Želi sve nove telefone, televizore, kompjutere? Da li želite da kupujete mnogo i često menjate opremu oko sebe? Da li želite da jedete ukusnu hemijsku hranu iz šarenih pakovanja? Želite li živjeti u miru? Želite da čujete slatke govore sa TV ekrana? Da li želi da ima puno tenkova, kao i projektila i krstarica, kao i granata i topova?

I dobija sve. Nema veze što na kraju nesklad između riječi i djela vodi u rat. Nema veze što je za recikliranje potrebna i energija. Za sada je čovjek miran. On jede, pije, ide na posao, prodaje i kupuje.

A za sve to je potrebna energija. A za to je također potrebno puno nafte, plina, metala itd. A svi ovi industrijski procesi zahtijevaju nuklearnu energiju. Dakle, ma šta ko pričao, dok se prvi industrijski termonuklearni fuzijski reaktor ne pusti u proizvodnju, nuklearna energija će se samo razvijati.

Sve ono na što smo navikli možemo sa sigurnošću navesti kao prednosti nuklearne energije. Loša strana je tužna mogućnost neminovne smrti zbog kolapsa iscrpljivanja resursa, problema nuklearnog otpada, rasta stanovništva i degradacije obradivog zemljišta. Drugim riječima, nuklearna energija je omogućila čovjeku da počne još više da preuzima kontrolu nad prirodom, silujući je preko svake mjere do te mjere da je za nekoliko decenija prešao prag reprodukcije osnovnih resursa, pokrenuvši proces kolapsa potrošnje između 2000. i 2010. Ovaj proces objektivno više ne zavisi od osobe.

Svi će morati manje jesti, manje živjeti i manje uživati ​​u prirodnom okruženju. Ovdje leži još jedan plus ili minus nuklearne energije, a to je da će zemlje koje su ovladale atomom moći učinkovitije preraspodijeliti oskudne resurse onih koji nisu ovladali atomom. Štaviše, samo će razvoj programa termonuklearne fuzije omogućiti čovječanstvu da jednostavno preživi. Sada ćemo detaljno objasniti kakva je to "zvijer" - atomska (nuklearna) energija i čime se jede.

Masa, materija i atomska (nuklearna) energija

Često čujemo izjavu da su “masa i energija ista stvar” ili takve sudove da izraz E = mc2 objašnjava eksploziju atomske (nuklearne) bombe. Sada kada ste prvi put razumjeli nuklearnu energiju i njene primjene, bilo bi zaista nerazumno zbuniti vas izjavama poput „masa jednaka energiji“. U svakom slučaju, ovakav način tumačenja velikog otkrića nije najbolji. Očigledno, ovo je samo duhovitost mladih reformista, “Galilejaca novog vremena”. U stvari, predviđanje teorije, koje je potvrđeno mnogim eksperimentima, samo kaže da energija ima masu.

Sada ćemo objasniti savremeno gledište i dati kratak pregled istorije njegovog razvoja.
Kada se energija bilo kojeg materijalnog tijela povećava, njegova masa se povećava, a tu dodatnu masu pripisujemo povećanju energije. Na primjer, kada se zračenje apsorbira, apsorber postaje topliji i njegova masa se povećava. Međutim, povećanje je toliko malo da ostaje izvan točnosti mjerenja u običnim eksperimentima. Naprotiv, ako supstanca emituje zračenje, tada gubi kap svoje mase, koju zračenje odnese. Postavlja se šire pitanje: nije li cijela masa materije određena energijom, tj. ne postoji li ogromna rezerva energije sadržana u cijeloj materiji? Prije mnogo godina radioaktivne transformacije su pozitivno reagirale na ovo. Kada se radioaktivni atom raspadne, oslobađa se ogromna količina energije (uglavnom u obliku kinetičke energije), a mali dio mase atoma nestaje. Mjerenja to jasno pokazuju. Dakle, energija sa sobom nosi masu, smanjujući tako masu materije.

Shodno tome, deo mase materije je zamenljiv sa masom zračenja, kinetičke energije itd. Zato kažemo: „energija i materija su delimično sposobne za međusobne transformacije“. Štaviše, sada možemo stvoriti čestice materije koje imaju masu i koje se mogu u potpunosti pretvoriti u zračenje, koje također ima masu. Energija ovog zračenja može se transformirati u druge oblike, prenoseći na njih svoju masu. Suprotno tome, zračenje se može pretvoriti u čestice materije. Dakle, umjesto „energija ima masu“, možemo reći „čestice materije i radijacije su međusobno konvertibilne i stoga sposobne za međukonverziju s drugim oblicima energije“. Ovo je stvaranje i uništavanje materije. Takvi destruktivni događaji ne mogu se dogoditi u domenu obične fizike, hemije i tehnologije, već ih se mora tražiti ili u mikroskopskim, ali aktivnim procesima koje proučava nuklearna fizika, ili u visokotemperaturnom loncu atomskih bombi, na Suncu i zvijezdama. Međutim, bilo bi nerazumno reći da je "energija masa". Kažemo: "energija, kao i materija, ima masu."

Masa obične materije

Kažemo da masa obične materije sadrži u sebi ogromnu količinu unutrašnje energije, jednaku proizvodu mase (brzinom svjetlosti)2. Ali ova energija je sadržana u masi i ne može se osloboditi bez nestanka barem njenog dijela. Kako je nastala tako nevjerovatna ideja i zašto nije otkrivena ranije? Predlagano je i ranije - eksperiment i teorija u različitim oblicima - ali sve do dvadesetog veka promena energije nije primećena, jer u običnim eksperimentima ona odgovara neverovatno maloj promeni mase. Međutim, sada smo uvjereni da leteći metak, zbog svoje kinetičke energije, ima dodatnu masu. Čak i pri brzini od 5000 m/sec, metak koji je težio tačno 1 g u mirovanju će imati ukupnu masu od 1,00000000001 g užarene platine težine 1 kg će dodati samo 0,000000000004 kg i to praktično nikakvo vaganje neće moći da registruje. promjene. Tek kada se iz atomskog jezgra oslobode ogromne rezerve energije, ili kada se atomski "projektili" ubrzaju do brzina bliskih brzini svjetlosti, masa energije postaje primjetna.

S druge strane, čak i suptilna razlika u masi označava mogućnost oslobađanja ogromne količine energije. Dakle, atomi vodonika i helijuma imaju relativne mase 1,008 i 4,004. Kada bi se četiri jezgra vodonika mogla spojiti u jedno jezgro helijuma, masa od 4,032 promijenila bi se na 4,004. Razlika je mala, svega 0,028, odnosno 0,7%. Ali to bi značilo gigantsko oslobađanje energije (uglavnom u obliku zračenja). 4,032 kg vodonika proizvelo bi 0,028 kg zračenja, koje bi imalo energiju od oko 600000000000 Cal.

Uporedite ovo sa 140.000 Cals oslobođenih kada se ista količina vodika spoji sa kiseonikom u hemijskoj eksploziji.
Obična kinetička energija daje značajan doprinos masi vrlo brzih protona proizvedenih u ciklotronima, a to stvara poteškoće pri radu sa takvim mašinama.

Zašto još uvijek vjerujemo da je E=mc2

Sada to doživljavamo kao direktnu posledicu teorije relativnosti, ali prve sumnje su se pojavile krajem 19. veka, u vezi sa svojstvima zračenja. Tada se činilo vjerovatnim da radijacija ima masu. A kako se zračenje, kao na krilima, nosi brzinom sa energijom, odnosno ono je samo energija, pojavio se primjer mase koja pripada nečemu „nematerijalnom“. Eksperimentalni zakoni elektromagnetizma predviđali su da bi elektromagnetski valovi trebali imati "masu". Ali prije stvaranja teorije relativnosti, samo je neobuzdana mašta mogla proširiti omjer m=E/c2 na druge oblike energije.

Sve vrste elektromagnetnog zračenja (radio talasi, infracrveno, vidljivo i ultraljubičasto svetlo, itd.) imaju neke zajedničke karakteristike: sve se šire u vakuumu istom brzinom i prenose energiju i zamah. Zamišljamo svjetlost i druga zračenja u obliku valova koji se šire velikom, ali određenom brzinom c = 3*108 m/sec. Kada svjetlost udari u apsorbirajuću površinu, stvara se toplina, što ukazuje da tok svjetlosti nosi energiju. Ova energija se mora širiti zajedno sa protokom istom brzinom svjetlosti. U stvari, brzina svjetlosti se mjeri upravo na ovaj način: po vremenu potrebnom dijelu svjetlosne energije da pređe veliku udaljenost.

Kada svjetlost udari u površinu nekih metala, ona izbacuje elektrone koji izlete kao da ih je pogodila kompaktna lopta. , očigledno, distribuira se u koncentrisanim porcijama, koje nazivamo "kvantima". Ovo je kvantna priroda zračenja, uprkos činjenici da su ovi delovi očigledno stvoreni talasima. Svaki komadić svjetlosti iste talasne dužine ima istu energiju, određeni „kvant“ energije. Takvi dijelovi jure brzinom svjetlosti (u stvari, oni su lagani), prenoseći energiju i zamah (moment). Sve to omogućava pripisivanje određene mase zračenju - određena masa se dodjeljuje svakom dijelu.

Kada se svjetlost reflektira od ogledala, toplina se ne oslobađa, jer reflektirani snop odnosi svu energiju, ali je ogledalo podložno pritisku sličnom pritisku elastičnih kuglica ili molekula. Ako, umjesto ogledala, svjetlost udari u crnu apsorbirajuću površinu, pritisak postaje upola manji. Ovo ukazuje da snop nosi količinu kretanja koju rotira ogledalo. Stoga se svjetlost ponaša kao da ima masu. Ali postoji li neki drugi način da se zna da nešto ima masu? Postoji li masa sama po sebi, kao što je dužina, zelena boja ili voda? Ili je to umjetni koncept definiran ponašanjem poput Modesty? Misa nam je, naime, poznata u tri manifestacije:

• A. Nejasna izjava koja karakteriše količinu „supstancije“ (masa je sa ove tačke gledišta inherentna materiji – entitetu koji možemo videti, dodirnuti, potisnuti).
• B. Određene izjave koje ga povezuju sa drugim fizičkim veličinama.
• B. Masa je očuvana.

Ostaje odrediti masu u smislu impulsa i energije. Tada svaka pokretna stvar sa zamahom i energijom mora imati "masu". Njegova masa bi trebala biti (moment)/(brzina).

Teorija relativnosti

Želja da se poveže niz eksperimentalnih paradoksa koji se tiču ​​apsolutnog prostora i vremena dovela je do teorije relativnosti. Dvije vrste eksperimenata sa svjetlom dale su oprečne rezultate, a eksperimenti s elektricitetom dodatno su pogoršali ovaj sukob. Zatim je Einstein predložio promjenu jednostavnih geometrijskih pravila za dodavanje vektora. Ova promjena je suština njegove “specijalne teorije relativnosti”.

Za male brzine (od najsporijeg puža do najbrže rakete), nova teorija se slaže sa starom.
Pri velikim brzinama, uporedivim sa brzinom svjetlosti, naše mjerenje dužina ili vremena se mijenja kretanjem tijela u odnosu na posmatrača, posebno, masa tijela postaje veća što se brže kreće.

Tada je teorija relativnosti objavila da je ovo povećanje mase potpuno opšte. Pri normalnim brzinama nema promjene, a samo pri brzini od 100.000.000 km/h masa se povećava za 1%. Međutim, za elektrone i protone koje emituju radioaktivni atomi ili moderni akceleratori, dostiže 10, 100, 1000%... Eksperimenti sa tako visokoenergetskim česticama pružaju odličnu potvrdu odnosa između mase i brzine.

Na drugoj ivici je zračenje koje nema masu mirovanja. Nije supstanca i ne može se držati u mirovanju; jednostavno ima masu i kreće se brzinom c, pa je njegova energija jednaka mc2. O kvantima govorimo kao o fotonima kada želimo da uočimo ponašanje svjetlosti kao struje čestica. Svaki foton ima određenu masu m, određenu energiju E=ms2 i impuls (moment).

Nuklearne transformacije

U nekim eksperimentima s jezgrama, mase atoma nakon nasilnih eksplozija ne predstavljaju istu ukupnu masu. Oslobođena energija također odnosi dio mase; izgleda da je komad atomskog materijala koji nedostaje nestao. Međutim, ako izmjerenoj energiji dodijelimo masu E/c2, nalazimo da je masa očuvana.

Uništenje materije

Navikli smo da o masi razmišljamo kao o neizbježnom svojstvu materije, tako da prijelaz mase iz materije u zračenje – od lampe do zraka svjetlosti koji izlazi – izgleda gotovo kao uništenje materije. Još jedan korak - i bićemo iznenađeni kada otkrijemo šta se zapravo dešava: pozitivni i negativni elektroni, čestice materije, spajajući se, potpuno se pretvaraju u zračenje. Masa njihove materije pretvara se u jednaku masu zračenja. Ovo je slučaj nestanka materije u najbukvalnijem smislu. Kao u fokusu, u bljesku svjetlosti.

Mjerenja pokazuju da je (energija, zračenje tokom anihilacije)/ c2 jednaka ukupnoj masi oba elektrona - pozitivnog i negativnog. Antiproton se kombinuje sa protonom i anihilira, obično oslobađajući lakše čestice visoke kinetičke energije.

Stvaranje materije

Sada kada smo naučili upravljati visokoenergetskim zračenjem (ultrakratkotalasno rendgensko zračenje), možemo pripremiti čestice materije iz zračenja. Ako je cilj bombardiran takvim zracima, oni ponekad proizvode par čestica, na primjer pozitivne i negativne elektrone. A ako opet koristimo formulu m=E/c2 i za zračenje i za kinetičku energiju, tada će masa biti očuvana.

Jednostavno o kompleksu – Nuklearna (atomska) energija

• Galerija slika, slika, fotografija.
• Nuklearna energija, atomska energija - osnove, mogućnosti, perspektive, razvoj.
• Zanimljive činjenice, korisne informacije.
• Zelene vijesti – Nuklearna energija, atomska energija.
• Veze za materijale i izvore – Nuklearna (atomska) energija.