Разработка урока для конференции по физике в 11 классе по теме «Строение атома»
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

Министерство образования и молодежной политики

Ставропольского края

Разработка урока для конференции по физике  в11 классе

по теме «Строение атома»

Учитель  Поляков Владимир Григорьевич МБОУ «СОШ №3

Станицы Советской Кировского района Ставропольского края

Сценарий научно – исследовательской интегрированной конференции учащихся по физике

«Энергия атома.

Прошлое, настоящее, будущее».

Цель урока:  оценить значение открытий атомной и ядерной физики для энергетики и рассмотреть возможность использования законов ядерной физики в теории и на практике, обобщить изученный материал.

Задачи  урока:

Образовательная: проследить историю открытия энергии атома, ее физическую сущность. Сформировать у учащихся представления о биологическом действии радиоактивных излучений. Оценить положительные и отрицательные проявления этого открытия в современном обществе, расширить кругозор учащихся, способствовать развитию их интереса к изучению физики.

Воспитательная: сформировать мировоззренческие идеи, связанные с использованием радиоактивности, воспитывать умение выслушивать товарища, уважать чужую точку зрения.

Развивающая: развивать умение выделять главное, работать с дополнительной научно-популярной литературой, Internet, отстаивать свою точку зрения, приводить нужные аргументы, коротко, четко и быстро излагать свои мысли, а также развивать межпредметные связи.

Тип урока: конференция.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер.

План – сценарий конференции.

1. Вступление  - литераторы.(3 мин)

2. Беседа учителя. (2 мин)

3. :  Выступления  физиков по темам :        «Ядерная энергия».(7 мин)

                        «Термоядерная энергия».(3 мин)

4. Беседа учителя (3 мин)

5. Выступление литераторов ( 2 мин).

6. Выступления  физиков                     «Чернобыль. Как это было».(5 мин)

7. Выступления  физиков. (5 мин)

8. Выступления  химиков, биологов.(6 мин)

9. Экологи: Влияние радиации на окружающую среду .( 6мин)

10. Энергия атома – выступление физиков.(5 мин)

11. Выступление литераторов. (1 мин)

Литераторы:

1.Я еще не устал удивляться

Чудесам, что есть на Земле:

Телевизору, голосу рации,

Вентилятору на столе.

2.Самолеты летят сквозь тучи,

Мчатся по морю корабли.

Как до этих вещей могучих

Домечтаться люди смогли?

3. как придумать могли такое,

Что пластинка песню поет,

Что на кнопку нажмешь рукою

И средь ночи день настает?

4.Ток по проволоке струится

Спутник ходит по небесам.

Человеку стоит дивиться

Человеческим чудесам!

Учитель.

Добрый день, уважаемые участники конференции. Мы сегодня собрались на необычный урок. Это урок – конференция, урок – праздник.

Ушедшее столетие имело много открытий, которые принесли не только пользу человечеству, но и много бед. Люди в своих познаниях добрались до очень сложных явлений и процессов, протекающих внутри атома вещества. И уже сегодня у нас на службе атом и его энергия.

Рассмотрим по порядку: Как это было.

Ядерная энергия - зло или благо?
Может ли мир прожить без ядерной энергии?

Прошлое:

Литераторы:

Целый мир охватив от земли до небес,
Всполошив не одно поколение,
По планете шагает научный прогресс. 
Что стоит за подобным явлением?

Человек вышел в космос и был на Луне. 
У природы все меньше секретов. 
Но любое открытие -подспорье войне: 
Тот же атом и те же ракеты. . . .

Как использовать знание – забота людей. 
Не наука -ученый в ответе. 
Давший людям огонь - прав ли был Прометей
Чем прогресс обернется планете?

Физики:  Выступления по темам :        «Ядерная энергия».

«Термоядерная энергия»..

Учитель.

Бурный рост научно – технического прогресса принес человечеству не только благо. Человек получил от природы много, он подчинил себе все: и воду и пар, и газ, и атом! Но наряду с этим он получил еще не слыханное доселе явление, которое теперь называют коротко, но грозно: техногенная катастрофа. Крушение поездов и самолетов, взрывы паровых котлов, автокатастрофы, аварии на атомных станциях. Печальный список можно продолжать достаточно долго. И сколько их не перечисляй, ясно одно: в них гибнут люди!

Есть даты, а есть даты - символы . Это не просто календарные даты, это символы, исполненные глубочайшей значимости событий, смысл которых каждое последующее поколение будет открывать для себя заново.

Настоящее:

Литераторы:

От  Фукусимы изотопы,
Достигли матушки Европы,
Есть радиации утечка,
Дымит реактор, словно печка.
Нас успокаивают власти:
«Не накаляйте лучше страсти!»
И мы сидим, гадаем с вами,
Что всё же будет дальше с нами?

Учитель: Первое использование атомной энергии в мирных целях было осуществлено в нашей стране. В 1954 г. была построена первая в мире АЭС в Обнинске под Москвой, действующая и поныне. С этого года началось массовое строительство АЭС в мире.

Затем первый в мире ледокол с атомным реактором, подводные лодки. Атом использовался в мирных целям. Но так уж он мирный и безопасный?

Слово предоставим физикам

Физики:

 Работа всех энергетических установок сопровождаются образованием радиоактивных отходов (РАО), являющихся источниками ионизирующих излучений и представляющих в связи с этим потенциальную экологическую опасность (длительную). РАО бывают: жидкие, твердые и газообразные (криптон, ксенон, йод и др. ) и аэрозоли – дымы и туманы. Твердые отходы дезинфицируют для дальнейшего использования, некоторые- сжигают, некоторые- прессуют (дезактивируют) или утилизируют без обработки (в контейнерах).

Жидкие упаривают в бетонной емкости, облицованные нержавеющей сталью, используют отвердевание жидким стеклом, или цементируют.

Хранят отходы при АЭС в специальных бетонных сооружениях, в курганах, траншеях или в заброшенных шахтах в зонах не имеющих особого народнохозяйственного значения.

В США все отходы смешивали с бетоном, затем помещали в контейнеры и топили в океане. Это опасно – контейнеры разлагаются, в неглубоких местах попадаются в сети рыбаков, просачиваются в воду и загрязняют океан.

С 1970 г. ввели мораторий на выброс в море РАО, но их там уже более 90 тыс. контейнеров.

С 1975 г. международное запрещение на загрязнение морей, подписали всего 65 стран.

Химики. Биологи:

 Средняя доза облучения, накапливаемая человеком за 1 год, составляет 400 мбэр, из них 100 мбэр обеспечивается естественным фоном.

370 мбэр человек может получить при флюорографии, 30 бэр дает местное облучение при рентгеноскопии.

При ежедневном просмотре телевизора (3 час)дает 0,5 мбэр.

α, β и γ-излучения ионизируют или возбуждают атомы и молекулы биоткани, связанные с разложением воды, следовательно повышается количество свободных радикалов, служащих катализатором многих вредных реакций, в основном поражаются крупные белковые молекулы и нарушается механизм биосинтеза, особенно клетки косного мозга, лимфоидные ткани, половые клетки, желудочно-кишечный тракт.

Радиация в большей степени влияет на хромосомный аппарат, что приводит к рождению детей с болезнью Дауна, ослабленных, редко выживающий до 16 лет, мертворожденных или с врожденными различными пороками, передаваемые по наследству.

И все таки огромная часть населения добровольно подвергает себя большому риску. Речь идет о курении.

Сравните: при одном обследовании флюорографии доза облучения- 0,0046 Гр (или 0,76 рад), выкуривание за день пачки сигарет (20 с) получают такое же облучение, как если бы ему сделали 200 рентгеновских снимков, т. е. 1,52 Гр (152 рад).

Все химические элементы имеют изотопы, в том числе радиоактивные. в табачном дыму обнаружено: полоний, висмут, цезий, мышьяк, свинец. Эти радиоактивные вещества избирательно накапливаются в легочной ткани, костном мозгу, лимфоузлах, эндокринных железах.

Они задерживаются на долгие годы. Чем больше стаж курильщика, тем их больше накапливается в организме, радиоактивные изотопы являются главной причиной развития злокачественной опухолей. Так же установлено, что фильтры изотопы не задерживают.

Период полураспада полония – 138 суток, свинца – 22 года, стронция – 20 лет, берилия – 5 суток. Многие из них γ- радиоактивны, что поражают наследственную структуру, особенно вредно курить беременным женщинам, каждый 5-ый ребенок у курящих женщин умирает.

На данный момент число курильщиков в нашей стране среди мужчин уменьшается, но к сожалению среди женщин – возрастает.

За 1 секунду на Земле выкуривается 300 000 сигарет. Если курить ежедневно 20 сигарет, то за год сжигается 17000 м бумаги, что хватит на книгу из 300 страниц.

Кроме себя курильщик приносит вред и окружающим их людям, т. к. при курении выделяется газ радон.

Литераторы:

Будет ласковый дождь, будет запах земли.

Щебет юрких стрижей от зари до зари,

И ночные рулады лягушек в прудах,

И цветение слив в белопенных садах;

Огнегрудый комочек слетит на забор,

И малиновки трель выткет звонкий узор.

И никто, и никто не вспомянет войну.

Пережито-забыто, ворошить ни к чему.

И ни птица, ни ива слезы не прольёт,

Если сгинет с Земли человеческий род.

И весна… и весна встретит новый рассвет

Не заметив, что нас уже нет.

Ядерное оружие –выступление физиков.

Литераторы:

Процессы происходят во Вселенной,
И звёзды светят миллиарды лет,
Но самая прекрасная планета -
Земля, которой лучше в мире нет!    

Экологи: Влияние радиации на окружающую среду .

Будущее:

Энергия атома – выступление физиков.

Учитель. Ядерная энергия- источник всего существующего. Солнце и звезды сияют благодаря ядерным реакциям, происходящим в их недрах. Открытие этого явления повлекло за собой его использование на пользу и во вред. Сейчас нет ни одной отрасли без ее использования – медицина, техника, энергетика, космос, открытие новых элементарных частиц. Но это и ядерное оружие, ядерные отходы, не безопасность АЭС. Радиоактивность и благо и зло.

Человек всегда должен помнить, что Природа мудра, и, вторгаясь в ее тайны, нельзя нарушать ее законы. В своих действиях нужно руководствоваться правилом: ”Не навреди!”, быть осмотрительным, внимательным, просчитывать десятки связей и ходов наперед, а главное - всегда помнить о других людях, ценности жизни, уникальности нашей планеты.

Так кого же винить во всем? Ученых, открывших это явление или тех, кто применил его? Наука или люди? Ученые или политики, оказывающие влияние и давление на ученых?

Человек во многом бывает сам виноват в своих бедах и трагедиях.

И ученые в первую очередь должны осознавать ответственность, которую они несут перед обществом, вмешиваясь в дела Природы.

Это исторический, нравственный долг перед человечеством.

Литераторы:

Творенье может пережить творца.

Творец уйдет, природой побежденный,

Однако образ, им запечатленный

Веками будет согревать сердца!

Не для себя деревья плодоносят,

И реки чистых вод своих не пьют

Не просят хлеба для себя колосья

Дома не для себя хранят уют.

Себя мы с ними сравнивать не будем

Но знает каждый, эту жизнь любя,

Что чем щедрее отдаешь ты людям,

Тем радостней живешь и для себя.

Мир многогранен, многоцветен.

Порою добр, жесток подчас

Он щедр и скуп, богат и беден:

Вглядись в него – он весь для нас!

Работа нашей конференции подошла к концу. Мы затронули лишь небольшую часть этой большой темы. В заключении я хотела бы предложить вам оценить работу нашей с вами конференции. Возьмите карточки на вашем столе и выполните задание.

Спасибо за урок!

«Термоядерный синтез»

Введение

В 1939 году впервые удалось расщепить атом урана. Прошло еще 3 года, и в США был создан реактор для осуществления управляемой ядерной реакции. Затем в 1945г. была изготовлена и испытана атомная бомба, а в 1954г. в нашей стране была пущена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция. Во всех этих случаях использовалась огромная энергия распада атомного ядра. Еще большее количество энергии выделяется в результате синтеза атомных ядер. В 1953 году в СССР впервые была испытана термоядерная бомба, и человек научился воспроизводить процессы, происходящие на солнце. Пока использовать для мирных целей ядерный синтез нельзя, но, если это станет возможным, то люди обеспечат себя дешевой энергией на миллиарды лет. Эта проблема — одно из важнейших направлений современной физики на протяжении последних 50 лет.

Любая энергия — физическая, химическая, или ядерная проявляется своей способностью выполнять работу, излучать высокую температуру или радиацию. Энергия в любой системе всегда сохраняется, но она может быть передана другой системе или изменена по форме.

Атом

Атом состоит из маленького, массивного, положительно заряженного ядра, окруженного электронами. Ядро составляет основную часть массы атома. Оно состоит из нейтронов и протонов (общее название нуклоны), связанных между собой очень большими ядерными силами, намного превышающими электрические силы, которые связывают электроны с ядром. Энергия ядра определяется тем, насколько сильно его нейтроны и протоны удерживаются ядерными силами. Энергия нуклона — это энергия, требуемая, чтобы удалить один нейтрон или протон из ядра. Если два легких ядра соединяются, чтобы сформировать более тяжелое ядро или если тяжелое ядро распадается на два более легких, то в обоих случаях выделяется большое количество энергии.

Ядерная энергия, измеренная в миллионах электрон-вольт, образуется в результате синтеза двух легких ядер,

Ядерная энергия также образуется, когда происходит расщепление тяжелого ядра

 (к примеру ядра изотопа урана-235) вследствие поглощения нейтрона:

Ядерная реакция распада выпускает в 10 миллионов раз больше энергии чем при аналогичной химической реакции.

Ядерный Синтез

Выделение ядерной энергии может происходить при соединение двух легких ядер в одно более тяжелое. Энергия, излучаемая звездами подобно солнцу, является результатом таких же реакций синтеза в их недрах.

При огромном давлении и температуре 15 миллионов градусов C0. Существующие там водородные ядра объединяется и в результате их синтеза образуется энергия солнца.

Ядерный синтез был впервые достигнут на Земле в начале 30-ых годов. В циклотроне — ускорителе элементарных частиц — производили бомбардировку ядер дейтерия. При этом происходило выделение высокой температуры, однако, эту энергию не удавалось использовать. В 1950-ых годах первый крупномасштабный, но не контролируемый процесс выделения энергии синтеза был продемонстрирован в испытаниях термоядерного оружия Соединенными Штатами, СССР, Великобританией и Францией. Однако это была кратковременная и неуправляемая реакция, которая не могла быть использована для получения электроэнергии.

Достижению условий управляемого термоядерного синтеза препятствуют несколько основных проблем. Во-первых, нужно нагреть газ до очень высокой температуры. Во-вторых, необходимо контролировать количество реагирующих ядер в течение достаточно долгого времени. В-третьих, количество выделяемой энергии должно быть больше, чем было затрачено для нагревания и ограничения плотности газа. Следующая проблема — накопление этой энергии и преобразование ее в электричество.

При температурах даже 100000 C0все атомы водорода полностью ионизируются. Газ состоит из электрически нейтральной структуры: положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных свободных электронов. Это состояние называется плазмой.

Плазма, достаточно горяча для синтеза, но не может находиться в обычных материалах. Плазма охладилась бы очень быстро, и стенки сосуда были бы разрушены при перепаде температур. Однако, так как плазма состоит из заряженных ядер и электронов, которые двигаются по спирали вокруг силовых линий магнитного поля, плазма может содержаться в ограниченной магнитным полем области без того, чтобы реагировать со стенками сосуда.

В любом управляемом устройстве синтеза выделение энергии должно превышать энергию, требуемую, для ограничения и нагрева плазмы..Однако одно устройство “Токамак” (это название – сокращение русских слов: ТОроидальнаяКАмера с МАгнитными Катушками), первоначально предложенное в СССР Игорем Таммом и Андреем Сахаровым начало давать хорошие результаты в начале 1960-ых.

Токамак

Токамак — это тороидальная вакуумная камера, на которую надеты катушки, создающие сильное тороидальное магнитное поле. Тороидальное магнитное поле поддерживается внутри этой камеры мощными электромагнитами. Продольный поток нескольких миллионов ампер создается в плазме катушками трансформатора. Замкнутые магнитные полевые линии устойчиво ограничивают плазму.

Основанные на успешном действии экспериментального маленького «Tокамака» в нескольких лабораториях в начале 1980-ых были построены два больших устройства, один в Принстонском Университете в Соединенных Штатах и один в СССР. В «Tокамаке» высокая плазменная температура возникает в результате выделения тепла при сопротивлении мощного тороидального потока, а также путем дополнительного нагревания при введении нейтрального луча, что в совокупности должно приводить к воспламенению.

Другой возможный путь получить энергию синтеза — также инерционного свойства. В этом случае топливо — тритий или дейтерий содержится в пределах крошечного шарика, бомбардируемого с нескольких сторон импульсным лазерным лучом. Это приводит к взрыву шарика, с образованием термоядерной реакции, которая зажигает топливо. Несколько лабораторий в Соединенных Штатах и в других местах в настоящее время исследуют эту возможность. Прогресс исследования синтеза был многообещающим, но задача создания практических систем для устойчивой реакции синтеза, которая производит большее количество энергии чем потребляет, пока остается не решенной и потребует еще много времени и сил.

Если получение энергии ядерного синтеза станет практически доступным, то это даст следующие преимущества: первое — безграничный источник топлива, дейтерий из океана; второе — исключит возможность несчастного случая в реакторе, так как количество топлива в системе очень мало; и третье — отходы намного менее радиоактивны и их проще хранить, чем отходы от реакций распада.

Термоядерная энергия

Есть еще другой способ освобождения и использования внутриядерной энергии. Этот путь основан на преобразовании ядер легких элементов, расположенных в начале таблицы Менделеева. Только энергия, выделяющаяся при этих преобразованиях, называется не ядерной, а термоядерной.

Приставка «термо» определяет способ освобождения этой энергии. «Термос» по-гречески означает тепло. Термоядерная энергия — это энергия, получаемая при помощи тепла.

Оказывается, если два ядра атомов легких элементов сблизить между собой вплотную, то между ними произойдет ядерная реакция. В результате этой реакции из двух легких ядер образуется более тяжелое ядро и выделяется энергия; причем этой энергии на единицу массы выделяется значительно больше, чем при делении тяжелых ядер. Такая ядерная реакция называется реакцией синтеза (т.е. слияния), а энергия — энергией синтеза ядер. Это и есть термоядерная энергия.

Для выделения заметной энергии нужно, чтобы термоядерная реакция происходила во всем объеме вещества. И чтоб разогнать все ядра вещества надо воспользоваться нагреванием. Ведь при нагревании тела скорость движения атомов (следовательно, и ядер) увеличивается. Значит, если нагреть вещество, состоящее из ядер легких элементов, до достаточно высокой температуры, то начнется термоядерная реакция. Энергии, выделяющейся при этой реакции, хватит и для поддержания реакции, и для полезного использования. А энергия выделится огромная. Если при делении одного грамма урана выделяется энергия, эквивалентная энергии, получаемой при сгорании двух с половиной тонн угля, то при синтезе одного грамма легких ядер выделится энергия, эквивалентная энергии уже десятков тонн каменного угля.

Чтобы реакция пошла достаточно интенсивно нужны десятки миллионов градусов, а достигнутые в технике температуры очень малы. Они не превышают пяти-шести тысяч градусов.

Но в 1950 г. двое советских ученых — академики Сахаров и Тамм — впервые предложили один из способов получения сверхвысоких температур в земных условиях. Их идея заключалась в том, чтобы через плазму пропускать электрический ток очень большой силы — в десятки тысяч ампер. Пропускать такой ток можно только импульсами длительностью в доли секунды. Ведь никакие проводники не выдержат такого тока, они сразу расплавятся. Но в момент пропускания тока под действием возникающих электродинамических сил плазма сожмется в тонкий шнур, имеющий огромную температуру. Таким образом, если плазма получена из атомов легких элементов, то можно ожидать возникновения термоядерной реакции при пропускании через нее электрического тока.

Именно об этих опытах большого коллектива советских ученых и рассказал в 1956 г. в Харуэлле Игорь Васильевич Курчатов.

Но неимоверные трудности стоят на пути осуществления контролируемой термоядерной реакции. Именно контролируемой, потому что неконтролируемая, взрывная термоядерная реакция происходит при взрыве водородной бомбы.

Проблема использования термоядерной энергии по праву считается проблемой №1 современной науки. Ее решение позволит навсегда избавить человечество от угрозы энергетического голода. Ведь моря и океаны содержат огромные запасы тех самых легких ядер, которые необходимы для термоядерной реакции. Каким же громадным и

«неисчерпаемым» источником энергии располагает человек! Заставить служить эту энергию людям — что может быть благороднее и почетнее!

«Чернобыль: как это было».

Далекий 86-й год. 26 апреля, час двадцать четыре. Два оглушительных взрыва заставили проснуться всех в округе – по силе они были мощнее Хиросимских бомб в 200-300 раз. Никто из мирных жителей сразу и не догадался, что именно произошло.

Авария в Чернобыле Чернобыльская АЭС расположена вблизи от р. Днепр на р. Припять. В 1986 г. – это крупный энергетический узел мощностью 4 млн. кВт. Первый энергоблок запущен 26 сентября 1977г., последующие – в декабре 1978, 1981 и 1983 гг. соответственно. Станция работала вполне удовлетворительно. До 1986 г. была одна серьёзная авария – разрыв технологического канала на первом блоке в 1982 г. Она привела к длительному ремонту и значительному облучению ремонтного персонала.  Был один случай загрязнения территории станции, нескольких десятков квадратных метров, дезактивирующим раствором после промывки первого контура из-за небольшой течи трубопровода. Поверхностный слой грунта сняли, захоронили. В целом на Чернобыльской станции инцидентов происходило меньше среднего количества по атомным станциям страны. Выработка электроэнергии в последнее перед аварией время составляла около 28 млрд. кВт/ч в год, что лишь немного уступало Ленинградской АЭС. Атомный реактор электростанций – это аппарат для преобразования ядерной энергии в тепловую. Топливом в подавляющем большинстве реакторов служит слабообогащенный уран. В природе химический элемент уран состоит из двух его изотопов: 0,7 % изотоп с атомным весом 235, остальное – изотоп с атомным весом 238. Топливом является только изотоп урана-235. При захвате (поглощении) нейтрона ядром урана-235 оно становиться неустойчивым и по житейским меркам мгновенно распадается на две, в основном неравные, части с выделением большого количества энергии. В каждом акте деления ядра энергии выделяется в миллионы раз больше, чем при сгорании молекулы нефти или газа. В таком большом реакторе, как Чернобыльский, при работе на полной мощности «сгорает» около четырех килограммов урана за сутки.

Выделяемая при каждом делении ядра урана энергия реализуется следующим образом: основная часть – в виде кинетической энергии «осколков» деления, которые в процессе торможения передают её практически всю в твэле реактора и в его конструктивной оболочке. Выход за оболочку сколько-нибудь заметной части осколков недопустим. Именно осколки деления и составляют большую часть радиационного загрязнения территории при аварии после разрушения и выброса при взрыве твэлов.

При каждом делении ядра урана испускается два-три, в среднем около двух с половиной, нейтрона. Их кинетическая энергия поглощается замедлителем, топливом и конструктивными элементами реактора, затем передаётся теплоносителю.

Как раз нейтроны-то и делают возможным осуществлять цепную реакцию деления ядер урана-235. Если один нейтрон от каждого деления вызовет новое деление, то интенсивность реакции сохранится на одном уровне.

Обычно в энергетических реакторах используют не природный, а несколько обогащённый изотопом-235 уран. Но всё-таки большая часть – это уран-238 и потому значительное количество нейтронов поглощается им.

Авария в Чернобыле. Взорвался 4-й реактор. Сейчас мы никак не можем даже представить, какой ужас несла в себе эта фраза. Прибывшая команда пожарных сразу поняла, в чем дело, но деваться было некуда – нужно бороться и устранять последствия. Ни о какой специальной защите не было и речи – они были в обычной одежде, которая никаким образом не уберегала пожарных от величайших доз радиации. Эти люди умерли одними из первых от лучевой болезни.

Пламя было потушено к утру. На территории АЭС разбросаны куски урана и графита, а температура в реакторе более 5000 градусов. В небе висело радиоактивное облако, обогнувшее Землю 3 раза. В воздухе содержалось более 77 килограмм радиоактивных веществ – будто на Чернобыль сбросили несколько сотен атомных бомб. Облако старались прибить к земле – реактор бомбили с воздушного транспорта песком и поливали водой, но эффект – ничтожный.

Чернобыльская катастрофа унесла множество жизней мирных жителей и ликвидаторов, сотни людей поразила страшная лучевая болезнь. Всех нужно было эвакуировать в момент взрыва, но люди оставались в своих домах на протяжении нескольких дней Только 28 апреля объявили эвакуацию. Более 1000 автобусов вывозили жителей Припяти, Чернобыля и других ближайших городов и сел. Людям приходилось бросать всё – дома, вещи, надежды и свою прежнюю жизнь – с собой брали только удостоверения личности и паек на пару дней. 30-километровая зона отчуждения – зона, перенасыщения радиацией. Всё – вода, земля, воздух, животные, растения на этом участке – несли опасность для здоровья и считались непригодными. Радиация в Чернобыле превосходила несколько сотен фонов…

Последствия Чернобыля

Последствия Чернобыля были неизмеримыми. Огромное количество людей и животных погибло от кровоизлияний и апоплексических ударов. Остальных «добивала» лучевая болезнь. Не обошла смерть и большей доли ликвидаторов – более 200 000 умерло от разрушения кроветворной системы и злокачественных опухолей. Остальные страдают расстройствами эндокринной и нервной системы и онкологическими болезнями. Дети, облученные Чернобылем, зачастую становились отсталыми в психологическом развитии, с крайне сниженном иммунитетом и, несмотря на возраст, имели рак щитовидной железы. Все живое на планете содрогнулось от трагедии. Радиация в Чернобыле привела к появлению мутантов – рождались с деформациями и дефектами как люди, так и животные. Такие аномалии, как теленок с двумя головами, собака с пятью ногами, огромных размеров грибы, рыбы и птицы, деформированные конечности и головы – это и есть аномалия Чернобыля.

Ядерное оружие

Ядерное оружие — оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза изотопов водорода (дейтерия и трития) в более тяжелые, например ядра изогона гелия. При термоядерных реакциях выделяется энергии в 5 раз больше, чем при реакциях деления (при одной и той же массе ядер).

В зависимости от способа получения ядерной энергии боеприпасы подразделяют на ядерные (на реакциях деления), термоядерные (на реакциях синтеза), комбинированные (в которых энергия получается по схеме «деление — синтез — деление»). Мощность ядерных боеприпасов измеряется тротиловым эквивалентом, т. с. массой взрывчатого вещества тротила, при взрыве которою выделяется такое количество энергии, как при взрыве данного ядерного боеприпаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, килотоннах (кт), мегатоннах (Мт).

На реакциях деления конструируются боеприпасы мощностью до 100 кт, на реакциях синтеза — от 100 до 1000 кт (1 Мт). Комбинированные боеприпасы могут быть мощностью более 1 Мт. По мощности ядерные боеприпасы делят на сверхмалые (до 1 кг), малые (1 -10 кт), средние (10-100 кт) и сверхкрупные (более 1 Мт).

В зависимости от целей применения ядерного оружия ядерные взрывы могут быть высотными (выше 10 км), воздушными (не выше 10 км), наземными (надводными), подземными (подводными).

Поражающие факторы ядерного взрыва

Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются: ударная волна, световое излучение ядерного взрыва, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс.

Ударная волна (УВ) — область резко сжатого воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до высокой температуры (несколько десятков тысяч градусов). Этот слой сжатого воздуха представляет ударную волну..

Воздействие УВ на людей может быть непосредственным и косвенным. При непосредственном воздействии причиной травм является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается как резкий удар, ведущий к переломам, повреждению внутренних органов, разрыву кровеносных сосудов. При косвенном воздействии люди поражаются летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами. Косвенное воздействие достигает 80 % от всех поражений.

Степень поражения ударной волной различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, механической прочности (устойчивости объекта), а также от расстояния, на котором произошел взрыв, рельефа местности и положения объектов на местности.

Для защиты от воздействия УВ следует использовать: траншеи, щели и окопы, снижающие се действие в 1,5-2 раза; блиндажи — в 2-3 раза; убежища — в 3-5 раз; подвалы домов (зданий); рельеф местности (лес, овраги, лощины и т. д.).

Световое излучение — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи.

Его источник — светящаяся область, образуемая раскаленными продуктами взрыва и раскаленным воздухом. Световое излучение распространяется практически мгновенно и длится, в зависимости от мощности ядерного взрыва, до 20 с. Однако сила его такова, что, несмотря на кратковременность, оно способно вызывать ожоги кожи (кожных покровов), поражение (постоянное или временное) органов зрения людей и возгорание горючих материалов объектов. В момент образования светящейся области температура на ее поверхности достигает десятков тысяч градусов. Основным поражающим фактором светового излучения является световой импульс.

Световой импульс — количество энергии в калориях, падающей на единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению излучения, за все время свечения.

Для защиты населения от светового  излучения необходимо использовать защитные сооружения, подвалы домов и зданий, защитные свойства местности. Любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги.

Проникающая радиация — поток гамма-лучей и нейтронов, излучаемых из зоны ядерного взрыва. Время ее действия составляет 10-15 с, дальность — 2-3 км от центра взрыва.

Поражающее действие проникающей радиации основано на ионизации клеток (молекул) живого организма, приводящей к гибели. Нейтроны, кроме того, взаимодействуют с ядрами атомов некоторых материалов и могут вызвать в металлах и технике наведенную активность.

Основным параметром, характеризующим проникающую радиацию, является: для

у-излучений — доза и мощность дозы излучения, а для нейтронов — поток и плотность потока.

В результате прохождения излучений через материалы окружающей среды уменьшается интенсивность излучения. Например, в 2 раза ослабляют интенсивность у-лучей: сталь толщиной 2,8 см, бетон — 10 см, грунт — 14 см, дерево — 30 см.

В качестве защиты от проникающей радиации используются защитные сооружения ГО (гражданской обороны), которые ослабляют ее воздействие от 200 до 5000 раз. Слой фунта в 1,5 м защищает от проникающей радиации практически полностью.

Радиоактивное загрязнение (заражение)

Радиоактивное загрязнение воздуха, местности, акватории и расположенных на них объектов происходит в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака ядерного взрыва.

При температуре примерно 1700 °С свечение светящейся области ядерного взрыва прекращается и она превращается в темное облако, к которому поднимается пылевой столб (поэтому облако имеет грибовидную форму). Это облако движется по направлению ветра, и из него выпадают радиоактивные вещества.(РВ)

Эти РВ, находясь на загрязненных объектах, распадаются, испуская ионизирующие излучения, которые фактически и являются поражающим фактором.

Большая часть радиоактивных осадков, вызывающая радиоактивное заражение местности, выпадает из облака за 10-20 ч после ядерного взрыва.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это совокупность электрических и магнитных полей, возникающих в результате ионизации атомов среды под воздействием гамма-излучения. Продолжительность его действия составляет несколько миллисекунд.

Основными параметрами ЭМИ являются наводимые в проводах и кабельных линиях токи и напряжения, которые могут приводить к повреждению и выводу из строя радиоэлектронной аппаратуры, а иногда и к повреждению работающих с аппаратурой людей.

При наземном и воздушном взрывах поражающее действие электромагнитного импульса наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра ядерного взрыва.

Наиболее эффективной защитой от электромагнитного импульса является экранирование линий энергоснабжения и управления, а также радио- и электроаппаратуры.

Чрезвычайные ситуации, вызванные применением ядерного оружия, наиболее сложные. Для их ликвидации необходимы несоизмеримо большие силы и средства, чем при ликвидации ЧС мирного времени.

Влияние на окружающую среду.

Радиация

Радиация существовала всегда. Радиоактивные элементы входили в состав Земли с начала ее существования и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности было открыто всего сто лет назад.

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри (автор термина “радиоактивность”) и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием. К сожалению люди, профессионально занимающиеся радиацией, подвергали свое здоровье, и даже жизнь опасности из-за частого контакта с радиоактивными веществами. Несмотря на это исследования продолжались, и в результате человечество располагает весьма достоверными сведениями о процессе протекания реакций в радиоактивных массах, в значительной мере обусловленных особенностями строения и свойствами атома.

Известно, что в состав атома входят три типа элементов: отрицательно заряженные электроны движутся по орбитам вокруг ядра – плотно сцепленных положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов. Химические элементы различают по количеству протонов. Одинаковое количество протонов и электронов обуславливает электрическую нейтральность атома. Количество нейтронов может варьироваться, и в зависимости от этого меняется стабильность изотопов.

Большинство нуклидов (ядра всех изотопов химических элементов) нестабильны и постоянно превращаются в другие нуклиды. Цепочка превращений сопровождается излучениями: в упрощенном виде, испускание ядром двух протонов и двух нейтронов (a-частицы) называют a-излучением, испускание электрона – b-излучением, причем оба этих процесса происходят с выделением энергию. Иногда дополнительно происходит выброс чистой энергии, называемый g-излучением.

Влияние радиации на организмы

Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

Сложность в отслеживании последовательности процессов, вызванных облучением, объясняется тем, что последствия облучения, особенно при небольших дозах, могут проявиться не сразу, и зачастую для развития болезни требуются годы или даже десятилетия. Кроме того, вследствие различной проникающей способности разных видов радиоактивных излучений они оказывают неодинаковое воздействие на организм: a-частицы наиболее опасны, однако для a-излучения даже лист бумаги является непреодолимой преградой; b-излучение способно проходить в ткани организма на глубину один-два сантиметра; наиболее безобидное g-излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью: его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

Также различается чувствительность отдельных органов к радиоактивному излучению. Поэтому, чтобы получить наиболее достоверную информацию о степени риска, необходимо учитывать соответствующие коэффициенты чувствительности тканей при расчете эквивалентной дозы облучения:

Вероятность повреждения тканей зависит от суммарной дозы и от величины дозировки, так как благодаря репарационным способностям большинство органов имеют возможность восстановиться после серии мелких доз.

Тем не менее, существуют дозы, при которых летальный исход практически неизбежен. Так, например, дозы порядка 100 г приводят к смерти через несколько дней или даже часов вследствие повреждения центральной нервной системы, от кровоизлияния в результате дозы облучения в 10-50 г смерть наступает через одну-две недели, а доза в 3-5 грамм грозит обернуться летальным исходом примерно половине облученных.

Знания конкретной реакции организма на те или иные дозы необходимы для оценки последствий действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств или опасности облучения при длительном нахождении в районах повышенного радиационного излучения, как от естественных источников, так и в случае радиоактивного загрязнения. Однако даже малые дозы радиации не безвредны и их влияние на организм издоровье будущих поколений до конца не изучено. Однако можно предположить, что радиация может вызвать, прежде всего, генные и хромосомные мутации, что в последствии может привести к проявлению рецессивных мутаций.

Среди наиболее распространенных раковых заболеваний, вызванных облучением, выделяются лейкозы. Лейкозы первыми проявляют себя, вызывая смерть в среднем через 10 лет после момента облучения. За лейкозами “по популярности” следуют: рак молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Менее чувствительны желудок, печень, кишечник и другие органы и ткани.

Что касается генетических последствий радиации, то они проявляются в виде хромосомных аберраций (в том числе изменения числа или структуры хромосом) и генных мутаций. Генные мутации проявляются сразу в первом поколении (доминантные мутации) или только при условии, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген (рецессивные мутации), что является маловероятным.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку:

объем легочной вентиляции очень большой

значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.

Химические изменения. В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток, или такие изменения в них могут привести к раку.

Воздействие ионизирующего излучения на ткани организма

Конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализация потенциальных повреждений не произошла, клетка может в них "восстановиться". Это, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Мутагенное воздействие ионизирующего излучения впервые установили русские ученые Р.А. Надсон и Р.С. Филиппов в 1925 году в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Р. Меллером на классическом генетическом объекте - дрозофиле.

Ионизирующие излучения способны вызывать все виды наследственных перемен. Спектр мутаций, индуцированных облучением, не отличается от спектра спонтанных мутаций.

Последние исследования Киевского Института нейрохирургии показали, что радиация даже в малых количествах, при дозах в десятки бэр, сильнейшим образом воздействует на нервные клетки - нейроны. Но нейроны гибнут не от прямого воздействия радиации. Как выяснилось, в результате воздействия радиации у большинства ликвидаторов ЧАЭС наблюдается "послерадиоционнаяэнцефлопатия". Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.

Источники радиоактивного излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон.

 Естественные источники радиации

Естественные радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232); короткоживущие (радий, радон); долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14).

Разные виды излучения попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения.

Уровни радиационного излучения неодинаковы для различных областей. Кроме того, чем больше удаление от земной поверхности, тем интенсивнее космическое излучение.

Иными словами, проживая в горных районах и постоянно пользуясь воздушным транспортом, мы подвергаемся дополнительному риску облучения. Люди, живущие выше 2000м над уровнем моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу в несколько раз большую, чем те, кто живет на уровне моря. При подъеме с высоты 4000м (максимальная высота проживания людей) до 12000м (максимальная высота полета пассажирского авиатранспорта) уровень облучения возрастает в 25 раз.

Всего за счет использование воздушного транспорта население Земли получало в год эффективную эквивалентную дозу около 2000 чел-Зв.

Уровни земной радиации также распределяются неравномерно по поверхности Земли и зависят от состава и концентрации радиоактивных веществ в земной коре. Так называемые аномальные радиационные поля природного происхождения образуются в случае обогащения некоторых типов горных пород ураном, торием, на месторождениях радиоактивных элементов в различных породах, при современном привносе урана, радия, радона в поверхностные и подземные воды, геологическую среду.

По данным исследований, проведенных во Франции, Германии, Италии, Японии и США, около 95% населения этих стран проживает в районах, где мощность дозы облучения колеблется в среднем от 0,3 до 0,6 миллизиверта в год. Эти данные можно принять за средние по миру, поскольку природные условия в вышеперечисленных странах различны.

Есть, однако, несколько “горячих точек”, где уровень радиации намного выше. К ним относятся несколько районов в Бразилии: окрестности города Посус-ди-Калдас и пляжи близ Гуарапари, города с населением 12000 человек, куда ежегодно приезжают

отдыхать примерно 30000 курортников, где уровень радиации достигает 250 и 175 миллизивертов в год соответственно. Это превышает средние показатели в 500-800 раз. Здесь, а также в другой части света, на юго-западном побережье Индии, подобное явление обусловлено повышенным содержанием тория в песках. Вышеперечисленные территории в Бразилии и Индии являются наиболее изученными в данном аспекте, но существует множество других мест с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

По территории России зоны повышенной радиоактивности также распределены неравномерно и известны как в европейской части страны, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Северо-востоке.

Среди естественных радионуклидов наибольший вклад (более 50%) в суммарную дозу облучения несет радон и его дочерние продукты распада (в т.ч. радий). Опасность радона заключается в его широком распространении, высокой проникающей способности и миграционной подвижности (активности), распаде с образованием радия и других высокоактивных радионуклидов. Период полураспада радона сравнительно невелик и составляет 3,823 суток. Радон трудно идентифицировать без использования специальных приборов, так как он не имеет цвета или запаха.

Одним из важнейших аспектов радоновой проблемы является внутреннее облучение радоном: образующиеся при его распаде продукты в виде мельчайших частиц проникают в органы дыхания, и их существование в организме сопровождается альфа-излучением. И в России, и на западе радоновой проблеме уделяется много внимания, так как в результате проведенных исследований выяснилось, что в большинстве случаев содержание радона в воздухе в помещениях и в водопроводной воде превышает ПДК. Так, наибольшая концентрация радона и продуктов его распада, зафиксированная в нашей стране, соответствует дозе облучения 3000-4000 бэр в год, что превышает ПДК на два-три порядка. Полученная в последние десятилетия информация показывает, что в Российской федерации радон широко распространен также в приземном слое атмосферы, подпочвенном воздухе и подземных водах.

В России проблема радона еще слабо изучена, но достоверно известно, что в некоторых регионах его концентрация особенно высока. К их числу относятся так называемое радоновое “пятно”, охватывающее Онежское, Ладожское озера и Финский залив, широкая зона, простирающаяся от Среднего Урала к западу, южная часть Западного Приуралья, Полярный Урал, Енисейский кряж, Западное Прибайкалье, Амурская область, север Хабаровского края, Полуостров Чукотка.

 Источники радиации, созданные человеком (техногенные)

Искусственные источники радиационного облучения существенно отличаются от естественных не только происхождением. Во-первых, сильно различаются индивидуальные дозы, полученные разными людьми от искусственных радионуклидов. В большинстве случаев эти дозы невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников гораздо более интенсивно, чем за счет естественных. Во-вторых, для техногенных источников упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных.

Энергия атома используется человеком в различных целях: в медицине, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов, для поиска полезных ископаемых и, наконец, для создания атомного оружия.

Основной вклад в загрязнение от искусственных источников вносят различные медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Основной прибор, без которого не может обойтись ни одна крупная клиника – рентгеновский аппарат, но существует множество других методов диагностики и лечения, связанных с использованием радиоизотопов.

Неизвестно точное количество людей, подвергающихся подобным обследованиям и лечению, и дозы, получаемые ими, но можно утверждать, что для многих стран использование явления радиоактивности в медицине остается чуть ли не единственным техногенным источником облучения.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ И КОСМОС.

Начало:

Первым ядерным реактором, применённым на космическом аппарате, был американский SNAP-10A (SystemofNuclearAuxiliaryPower) на борту аппарата Snapshot массой 440 кг, запущенный 3 апреля 1965 г. ракетой-носителем Атлас. Реактор на тепловых нейтронах использовал уран-235 в качестве топлива, гидрид циркония как замедлитель и натрий-калиевый расплав в качестве теплоносителя. Тепловая мощность реактора составляла около 40 кВт. Электрическая мощность, обеспечиваемая термоэлектрическим преобразователем составляла от 500 до 650 Вт. Реактор проработал 43 дня.

Советский термоэлектрический реактор-преобразователь «Ромашка» был впервые запущен в Институте атомной энергии («Курчатовский институт») 14 августа1964 г. Реактор на быстрых нейтронах имел тепловую мощность 40 кВт и использовал в качестве топлива карбид урана. Термоэлектрический преобразователь на кремний-германиевых полупроводниковых элементах выдавал мощность до 800 Вт. Сергей Павлович Королёв намеревался использовать «Ромашку» на космических аппаратах в сочетании с импульсными плазменными двигателями. Испытания «Ромашки» закончились в середине 1966 года уже после смерти Королёва, но реактор так и не был использован в космосе.

Следующая ядерная энергетическая установка БЭС-5 «Бук» была использована на спутнике радиолокационной разведки «УС-А». Первый аппарат этой серии был запущен 3 октября1970 г. с Байконура («Космос-367»). Сам «Бук» разрабатывавался с 1960 г. в НПО «Красная Звезда». В состав установки входил реактор на быстрых нейтронах БР-5А с тепловой мощностью 100 кВт. В качестве топлива использовался уран, в качестве теплоносителя — калий-натриевый расплав. От установки с выходной электрической мощностью 3 кВт питался бортовой радиолокатор бокового обзора. Всего с 1970 по 1988 г. было запущено 32 КА с этой установкой.

Следующей советской космической ядерной энергетической установкой стала ТЭУ-5 «Тополь» («Топаз-1»), впервые выведенная на орбиту 2 февраля 1987 г. в составе экспериментального КА «Плазма-А» («Космос-1818»). Работа над «Топазом» велась с 1960-х гг. Наземные испытания были начаты в 1970 г. Топливом в реакторе служил диоксид урана с 90% обогащением, теплоносителем калий-натриевый расплав. Реактор имел тепловую мощность 150 кВт, причём количество 235U в реакторе было снижено до 11,5 кг по сравнению с 30 кг в БЭС-5 «Бук».

В «Топазе» использовался термоэмиссионный преобразователь тепловой энергии в электрическую. Выходная электрическая мощность преобразователя составляла от 5 до 6,6 кВт. При расчётном ресурсе в один год, уже на втором КА «Плазма-А» («Космос-1867») «Топаз» проработал более 11 месяцев.

Возрождение космической атомной энергетики 

Сегодня, в условиях модернизации и перехода на инновационный путь развития, космическая атомная энергетика снова становится актуальной. «Роскосмос» совместно с «Росатомом» предлагают разработать проект космического корабля, оснащенного ядерным ракетным двигателем мощностью более мегаватта для полетов к Луне и Марсу.

На создание и испытания транспортной космической системы с ядерным двигателем, потребуется 17 млрд рублей и девять лет работыи  летный вариант космической платформы с ядерной энергетической  установкой Россия может иметь к 2015-2018 гг.                

Первые запуски реакторов мощностью от 150 до 500 кВт надеяться осуществить в 2020 г.

Разработка ядерных энергосистем мегаваттного класса для пилотируемых космических кораблей имеет решающее значение для сохранения конкурентоспособности России в космической отрасли, в том числе, в исследованиях Луны и Марса..

Таким образом, можно утверждать, что стратегический потенциал в области космической атомной энергетики в России сохранился.
Советские ядерные двигатели малой мощности

Идея применения ядерных двигателей на космических аппаратах не нова. Решение о разработке ядерных ракетных двигателей в СССР в 1960-е гг. принимали еще академики Келдыш, Курчатов и Королев.

Данные разработки велись не только в России, но и в США, с прицелом на создание нового вооружения. На орбитах работало немало спутников радиолокационной разведки, оснащенных подобными двигателями малой мощности, которые, в частности, следили за подводными лодками с ядерными энергоустановками на борту. Позже были достигнуты договоренности о запрете полетов спутников с такими двигателями, но для международной экспедиции к Луне и Марсу в исследовательских целях соглашения, по мнению инициаторов проекта, могут быть пересмотрены.

СССР накопил большой опыт в этой области и в течение трех десятилетий запустил на космическую орбиту более трех десятков спутников-разведчиков.

Российские ядерно-энергетические установки 

Россия в этом направлении продвинулась намного дальше остальных стран. Детально разработана конструкция российских межпланетных кораблей. Ядерный ракетный двигатель в СССР был реально построен и испытан, а число спутников серии «Космос» с ядерными энергетическими установками перевалило за три десятка. 

Работы по созданию КАЭС для мощных радиотехнических спутников - космических радиолокационных станций и телетрансляторов - продолжались до начала перестройки. С 1970 по 1988 г. в космос было запущено около 30 радиолокационных спутников с ядерно-энергетическими установками „Бук“ с полупроводниковыми реакторами-преобразователями и два — с термоэмиссионными установками „Топаз“. „Бук“ - это  быстрый реактор мощностью до 100 кВт. Полная загрузка высокообогащённого урана составляла около 30 кг. Тепло из активной зоны передавалось жидким металлом — эвтектическим сплавом натрия с калием полупроводниковым батареям. Электрическая мощность достигала 5 кВт. Временной ресурс — 1–3 месяца.

Установку „Бук“ под научным руководством ФЭИ разрабатывали специалисты ОКБ-670, а затем — НПО „Красная звезда“. Ракету-носитель для вывода спутника на орбиту разрабатывал КБ „Южмаш“.

В термоэмиссионной ядерно-энергетической установке „Топаз“ использовался тепловой реактор мощностью до 150 кВт. Полная загрузка урана составляла около 12 кг. Основой реактора были тепловыделяющие элементы —цепочки термоэлементов: катод — „напёрсток“ из вольфрама или молибдена, заполненный окисью урана, анод — тонкостенная трубка из ниобия, охлаждаемая жидким натрий-калием. Электрическая мощность установки доходила до 10 кВт.

Первый лётный образец — спутник „Космос-1818“ с установкой „Топаз“ вышел на орбиту 2 февраля 1987 г. и безотказно проработал полгода. Второй спутник — „Космос-1876“ был запущен через год. Он отработал на орбите в два раза дольше.

 «Буки» и «Топазы» использовались при создании всепогодной системы наблюдения за надводными целями на всей акватории мирового океана и выдачи целеуказания с передачей на носители оружия или командные пункты - система морской космической разведки и целеуказания (МКРЦ) «Легенда» (1978 г.). МКРЦ “Легенда” включала два типа космических аппаратов: спутник с бортовой радиолокационной станцией и ядерной энергетической установкой «УС-А», а также спутник с космической станцией радиотехнической разведки «УС-П», оснащенный солнечной энергетической установкой.

ЯЭУ «Бук» использовалась для питания бортовой радиолокационного комплекса, обеспечивавший обнаружение и сопровождение морских целей в любую погоду и время суток, входящего в состав КА «УС-А». Последний пуск космического аппарата типа «УС-А» состоялся в 1988 г. Из-за запрета использования КА с ЯЭУ на низких орбитах производство КА типа «УС-А» было прекращено.
В конце 1980-х гг. ПО «Арсенал» разработало и провело летно-конструкторские испытания экспериментального КА «Плазма-А» с новой ядерной энергоустановкой «Топаз». Высокий КПД и другие уникальные свойства этой ЯЭУ позволяют удовлетворить самые высокие требования к будущим космическим системам. Достигнутый в орбитальных космических полетах годовой ресурс бортовых ЯЭУ стал мировым рекордом, долгое время принадлежавшим нашей стране.

Сообщение о разработке советской ядерной энергетической установки «Топаз» на симпозиуме по космической энергетике в США и Международной конференции по атомной энергии в Женеве в 1971 г. стало для американских специалистов полной неожиданностью. Создание подобной энергетической установки открыло важную страницу в использовании атомной энергии для длительных межпланетных полетов.

В работах по созданию отечественных космических ЯЭУ, принимал участие ЦНИИ конструкторских материалов «Прометей» как ведущий научный центр в области реакторного материаловедения.

Большинство исследовательских разработок и научно-технических решений, полученных в ходе  пионерских работ, выполненных на уровне лучших мировых достижений, были защищены патентами и авторскими свидетельствами СССР и РФ. Выполненный специалистами «Прометея» сложнейший комплекс работ по научно-техническому сопровождению и материаловедческому обеспечению создания первых в мире КЯЭУ транспортного назначения, стал серьезным вкладом российских ученых-материаловедов в решение задачи по технологическому освоению космоса, включая и предстоящие пилотируемые полеты на Луну и к Марсу.