Фундаментальная радиохимия
Шрифт:
Если рассматривать изменение масштабов производства урана по годам, то можно отметить три «волны». С 1940 по 1960 г. наблюдалось резкое увеличение производства урана с 1000 т. до 40 тыс. т. в год (без стран Совета экономической взаимопомощи – СЭВ). Основными производителями урана являлись США (39 %), Канада (35 %), ЮАР (16 %). С 1961 г. начался спад в производстве урана, вызванный значительным объемом накопленных стратегических запасов и слабым развитием атомной энергетики. В 1966 г. производство урана снизилось до 17 тыс. т. (без стран СЭВ).
Новый подъем в производстве урана связан уже с развитием атомной энергетики. В 1980 г. в капиталистическом мире
По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) на конец 2002 г. в 31 стране мира действовали 438 атомных реакторов общей мощностью 359 млн кВт с годовой выработкой 2665 млрд кВт • ч электроэнергии, что составляет 17 % от выработки электроэнергии в мире.
В ряде стран доля электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, гораздо выше среднемировой, %: Франция – 78; Литва – 81; Бельгия – 58; Украина – 45; Южная Корея – 41; Швейцария – 40; Япония – 34; Швеция – 47; Германия – 28; Великобритания – 22; США -19,8. В России в 2002 г. 30 блоков АЭС произвели 139,8 млрд кВт • ч электроэнергии, дополнительно 1,5 млрд кВт • ч получено на атомных реакторах Сибирского химического комбината (г. Северск) и Горно-химического комбината (г. Железногорск), итого 141,3 млрд кВт•ч, что составляет 16 % от общего производства электроэнергии в России.
Необходимое увеличение доли АЭС в электроэнергетике связано с рядом весомых преимуществ АЭС перед тепловыми электростанциями (ТЭС), работающими на природном газе, нефти, мазуте, угле. Главными стимулами являются экономические и экологические преимущества. Цена электроэнергии на АЭС в странах Западной Европы ниже цены электроэнергии на ТЭС, работающей на газе, в 2,5 раза, на мазуте – в 2 раза и угле – в 1,5 раза.
В 1999 г. цена 1 кВт • ч электроэнергии на АЭС США составила 1,83 цента, что значительно ниже, чем на ТЭС, работающих на угле (2,07 цента), нефти (3,18 цента) и газе (3,52 цента).
Об экономичности и экологической чистоте АЭС убедительно говорит опыт Франции. По словам представителя французской энергетической компании в Москве, «работа в течение 10 лет 34 реакторов мощностью 900 МВт каждый сэкономила для Франции не менее 150 млрд. франков и предотвратила выбросы в атмосферу опасных для здоровья высокотоксичных веществ: 10,3 млн. т оксидов серы, 3,5 млн. т оксидов азота, 0,4 млрд. т углекислого газа и 1 млн. т золы и пыли». На АЭС энергоотдача единицы массы топлива в 105 раз больше, чем на угольных ТЭС. Блок АЭС мощностью 1 млн кВт потребляет в год 30 т ядерного топлива со средним содержанием урана-235 3,33 %. Для работы ТЭС такой же мощности
1.2. Предмет радиохимии. Ранние и современные определения радиохимии. Основные этапы развития радиохимии и их характеристика
В 1910 году английский химик А. Камерон в комплексной проблеме, получившей общее название «радиоактивность», выделяет самостоятельное направление, которое он назвал радиохимией. С этого момента радиохимия обрела автономию, хотя до сих пор перечень тем, включаемых в состав этой науки, довольно неоднозначен, и определения радиохимии, формулируемые различными научными школами, отличаются заметным разнообразием.
Авторы предлагаемого конспекта лекций не склонны придавать очень уж серьезной и, тем более, педагогически весомой значимости якобы исчерпывающим определениям научных дисциплин. В конце концов, любой читатель, проштудировавший конспект лекций и усвоивший его содержание, меньше всего будет озабочен знанием именно «формулы определения» предмета.
Вот, например, что писал австрийский физик Пауль Эренфест относительно определения своей науки: «Я всегда полагал и теперь полагаю, что вопрос о ценности того или другого определения понятия «задача физики» выяснился бы лишь в том случае, если бы из этого определения делалось какое-нибудь употребление. Ни об одном из таких определений мне неизвестно, чтобы оно где-нибудь применялось. <…> С точки зрения интересов преподавания <…> все мне известные определения физики должны быть признаны даже вредными или, по крайней мере, опасными».
Не допуская мысли, что определение радиохимии может быть вредным или опасным деянием, мы все-таки из уважения к традиции дадим определение этой дисциплины, принадлежащее основателю кафедры радиохимии Московского государственного университета А. Н. Несмеянову: «Радиохимия – область науки, изучающая химию радиоактивных изотопов, элементов и веществ и их физико-химические свойства, ядерные превращения и сопутствующие им химические процессы. Можно наметить четыре основных раздела радиохимии: общую радиохимию, химию радиоактивных элементов, химию ядерных превращений и прикладную радиохимию».
А вот определение, принадлежащее одному из авторов данного конспекта лекций В. Д. Пузако и разделяемое кафедрой радиохимии УГТУ – УПИ: «Радиохимия – наука о химических и физико-химических особенностях систем, в которых присутствуют или возникают радионуклиды».
В истории развития радиохимии обычно выделяют четыре периода.
Первый период (1898–1913) характеризуется открытием 5 природных радиоактивных элементов – Po, Ra, Rn, Ас, Pa – и ряда их изотопов (это стало ясно после открытия в 1913 Содди явления изотопии). В этот период ведутся интенсивные поиски радиоактивных веществ в природе – радиоактивных минералов и вод.
Второй период (1914–33) связан с установлением ряда закономерностей поведения радиоактивных изотопов в ультраразбавленных системах – растворах и газовой среде, открытием (Д. Хевеши и Ф. Панетом) изотопного обмена. В этот период Панет и Фаянс формулируют правила адсорбции; О. Ган и В. Г. Хлопин проводят систематическое изучение процессов соосаждения и адсорбции. В эти годы Склодовская-Кюри, Панет и др. изучают радиоактивные изотопы в ультраразбавленных растворах, условия образования радиоколлоидов.