Атомная энергия вред и польза и вред
Использование ядерной энергии всегда было спорным вопросом. Хотя есть много преимуществ, но и недостатков тоже хватает. Давайте немного разберёмся..
ПЛЮСЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
1.СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ
Согласно докладам, опубликованным в 1998 году, выбросы парниковых газов сократились почти вдвое за счет использования ядерной энергии. Было отмечено, что ядерная энергия не выделяет вредных газов, таких как углекислый газ и метан, которые в значительной степени ответственны за загрязнение атмосферы и вызывают глобальное потепление.
Институт ядерной энергии заявил, что ядерная энергия производит более чистый воздух, чем другие источники энергии. Несмотря на то, что некоторые парниковые газы выделяются во время транспортировки, они не оказывают вредного воздействия на воздух или воду.
2.ВЫСОКАЯ ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ
Большинство источников энергии это солнце, вода или воздух. Но природа непредсказуема, а это значит, что добыча энергии зависит от различных факторов. Но это не относится к производству от ядерной энергии. Атомные станции работают с гораздо большим коэффициентом мощности. Они генерируют больше энергии, чем их коллеги которых я перечислил выше.
3.ЭКОНОМИЯ
Первоначальные затраты на создание атомной станции высоки. Но если мы рассмотрим более поздний процесс, который включает в себя производство ядерной энергии, то это экономически выгодно. Причина – наличие урана в оптимальном количестве. Ядерная энергия более экономична, чем другие источники, такие как уголь, нефть, газ и т. д. Кроме того, атомная станция, когда-то построенная, плавно работает в течение длительного периода. Низкая стоимость топлива и его переработки делают его выгоднее на фоне остальных.
4.УСТОЙЧИВЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
В настоящее время ядерная энергия рассматривается в качестве устойчивого источника энергии. Уран доступен в большом количестве, и ядерная энергия не влияет на окружающую среду. Однако исследователи пытаются найти лучшую альтернативу Урану, чтобы сделать ядерную энергию возобновляемым источником энергии.
5.ТОРИЙ, АЛЬТЕРНАТИВА
Атомные станции кажутся нам будущим. Причина-наличие урана, которого хватит более чем на 80 лет. Альтернативой этому является торий. Он считается лучшей и более безопасной альтернативой, поскольку торий более доступен, чем Уран. Кроме того, в отличие от Урана, Торий не должен использоваться при высоких температурах. А так же, он выпускает меньше отходов. Такие страны, как Япония и Индия, планируют использовать торий на своих электростанциях.
МИНУСЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
1.РАДИОАКТИВНЫЙ ОТХОД
Радиоактивные отходы уже давно являются дискуссионной темой. Побочный продукт ядерного деления пока не причинил нам вреда, но будущее предсказать невозможно. Поскольку количество отходов от 449 ядерных реакторов, работающих в настоящее время, довольно велико, это проливает свет на вероятный риск в будущем. Если эти отходы не будут должным образом запечатаны, они могут загрязнить окружающую среду и создать дополнительную опасность для здоровья. Сегодня морское дно стало местом захоронения ядерных подводных лодок и контейнеров с ядерными отходами. Таким образом, обработка радиоактивных отходов является серьезной проблемой.
2.ВЕРОЯТНОСТЬ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ
Даже если все правила безопасности соблюдены, это не даёт никакой гарантии. Всегда есть большая вероятность несчастного случая. Предметом озабоченности являются масштабы разрушений. Поскольку ядерная энергия чрезвычайно мощна, даже небольшая ситуация может привести к невыносимым последствиям. Это одинаково вредно для человечества и природы. Так что вероятность жертв возрастает с увеличением количества атомных станций. Чернобыль-это инцидент, который до сих пор остается в мыслях каждого человека.
3.СОЗДАНИЕ АТОМНОЙ СТАНЦИИ
Даже если есть много преимуществ использования ядерной энергии, есть некоторые недостатки, которые нельзя обойти стороной. Одним из них является время и деньги, необходимые для создания завода. Это не только требует времени, но и требует больших инвестиций. Кроме того, не так просто получить все разрешение и авторизацию в течение короткого периода времени. На проектирование и строительство новой атомной электростанции уходит от двадцати до тридцати лет .
4.СОЦИАЛЬНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В БЕЗОПАСНОСТИ
Безопасность является большой проблемой, когда мы принимаем во внимание ядерную энергию. Поскольку он чрезвычайно мощен, существует вероятность потенциального теракта и даже минимальной небрежности, которые могут привести к хаосу. Таким образом, необходимо проявлять максимальную заботу о станциях. Атомные электростанции в случае их повреждения обладают угрозой нанесения вреда всей цивилизации.
5.ЯДЕРНО-ОРУЖЕЙНЫЙ
Производство ядерной энергии не приводит к выбросу большого количества парниковых газов. Поэтому он рассматривается как более безопасная альтернатива. Но в то же самое время существуют радиоактивные отходы, которые могут быть использованы для производства ядерного оружия. Плутоний играет важную роль в создании ядерных бомб. Даже если ядерная энергия полезна, она также вызывает серьезную озабоченность в отношении национальной безопасности.
Как и у монеты, тут есть две стороны. Всё приходит со своими преимуществами и недостатками. Ядерная энергия была для нас благословением, но мы не должны закрывать глаза и на минусы. Необходимо поддерживать баланс между тем и другим и следить за всем, прежде чем прийти к определенному выводу. Таковы плюсы и минусы ядерной энергетики.
Сегодня мы поговорим об атомной энергетике, ее производительности по сравнению с газом, нефтью, тепловыми электростанциями, ГЭС, а также о том, что атомная энергия — великий потенциал Земли, об ее опасности и пользе, ведь сегодня в мире, особенно после ряда мировых катастроф, связанных с атомными станциями и войной, ведутся споры о нужности атомных реакторов.
Итак, сначала, что такое атомная энергетика.
«Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах».
АЭС — атомные электростанции производят электрическую или тепловую энергию с помощью ядерного реактора. Официально доля производимого ныне электричества с помощью АЭС снизилась за последнее десятилетие с 17-18 процентов до чуть более чем 10, по другим источникам — будущее за атомной энергетикой, и ныне доля энергии АЭС возрастает, в потенциале строятся новые АЭС, в том числе в России. Пока АЭС в большей части не рассчитаны на удовлетворение тепловых запросов населения (лишь в нескольких странах), атомная энергия используется для атомных подводных лодок, ледоколах, у США в проекте создание ядерного двигателя для космического корабля, атомного танка. Страны, активно использующие атомную энергию для покрытия нужд населения — США, Франция, Япония, при этом атомные станции во Франции покрывают более 70 % потребности страны в электроэнергии.
Ядерная энергетика имеет плюсом то, что при малых потреблениях ресурсов АЭС выдают огромный потенциал энергии.
Как бы нам, простым смертным, не казалось, что ядерная энергетика это далеко и неправда, на самом деле — это сегодня один из самых насущных вопросов, обсуждаемых в мире на уровне глобальных технологий, поскольку сфера обеспечения планеты энергией встает все острее, и самым перспективным направлением является как раз ядерная энергетика, почему — объясним в статье.
Ядерный цикл — основа ядерной энергетики, его этапы включают добычу урановой руды, ее измельчение, преобразование отделенного диоксида урана, переработка урана в высоко концентрированный и особого вида для получения тепло выделительных элементов для введения в зону ядерного реактора, затем сбор отработанного топлива, охлаждение и захоронение в специальных «кладбищах ядерных отходов». Вообще — самое опасное в использовании ядерного топлива — это добыча урана и захоронение ядерного топлива, работа АЭС не оказывает особого вреда окружающей среде.
Работающий атомный реактор, вышедший из строя может остывать (внимание!!) 4,5 года!
Первые попытки осуществления цепной реакции ядерного распада были произведены в университете Чикаго, уран в качестве топлива и графит в качестве замедлителя — в конце 1942 года.
На планете минимум пятая часть всей энергии вырабатывается атомными станциями.
«Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на конец 2016 года насчитывалось 450 действующих ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в 31 стране мира (кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие).
Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны — США и Францию. США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства».
США, Франция — самые производительные страны по ядерной энергетике, АЭС Франции обеспечивают более двух трети тепловых запросов страны.
Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд кВт⋅ч, из них — 15,5 Игналинской АЭС). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт».
В России (4-я страна по количеству атомных блоков, после Японии, США и Франции) стоимость ядерной энергии одна из самых низких, всего 95 коп (данные 2015-го года) за киловатт/час, и относительная безопасность с экологической точки зрения: нет выбросов в атмосферу, только водяной пар. Да и в целом АЭС довольно безопасный источник энергии, НО! При безопасной работе! Как говорят специалисты — у любой технологии есть свои минусы… Конечно, это спорное утверждение, что тысячи жертв и миллионы пострадавших — это просто минусы технологий, однако если посчитать жертв современного прогресса в других областях — картина будет нелестная.
Давайте обсудим пользу и опасность атомной энергетики. Очень странно, по мнению многих, обсуждать пользу атомной энергии.. особенно после таких событий как взрыв на Чернобыльской АЭС, Фукусима, уничтожение Хиросимы и Нагасаки… Однако все, что опасно в больших дозах, либо при неправильном использовании, либо при сбое вызывает катастрофы — при правильном использовании, в мирно идущем ритме очень часто вполне безопасно. Если разобрать структуру и механизм ядерных бомб, причину, проблему взрыва на Чернобыльской АЭС, то можно понять, что это сравнимо с ядом, который в малых количествах может быть лекарством, а в больших и при соединении с другими ядами — смертелен.
Итак, основные доводы тех, кто против атомной энергетики — что отходы после переработки ядерного топлива сложно утилизировать, они приносят много вреда природе, также вышедшие из строя и действующие АЭС могут служить оружием массового поражения в случае войны или в случае аварии.
«Вместе с тем, выступающая за продвижение ядерной энергетики Всемирная ядерная ассоциация опубликовала в 2011 году данные, согласно которым гигаватт*год электроэнергии, произведенной на угольных электростанциях, в среднем (учитывая всю производственную цепочку) обходится в 342 человеческих жертвы, на газовых — в 85, на гидростанциях — в 885, тогда как на атомных — всего в 8».
Радиоактивные отходы опасны своим вредным излучением и тем, что период полураспада у них очень долгий, соответственно, они долго излучают радиацию в огромных дозах. Для захоронений отходов используют специальные места, сегодня в России наиболее актуален вопрос, где делать «кладбище» радиоактивных отходов. Подобное захоронение планировалось сделать в Красноярском крае. Сегодня в России несколько захоронений подобного типа, на Урале например, там же и получают обогащенный уран (40 % мирового производства!!).
Хоронят в герметизированных бочках, каждый кг под строгой отчетностью.
Самые безопасные атомные станции строит именно Россия. После трагедии с Фукусимой мир учел ошибки АЭС, строительство сегодняшних АЭС в основном предусматривают более безопасную конструкцию, чем построенные ранее. Российские АЭС наиболее безопасные из всех мировых, как раз в «наших» АЭС учтены все ошибки, допущенные в случае с Фукусимой. В проекте даже АЭС, которая выдержит 9-бальное землетрясение, цунами.
В России сегодня около 10 АЭС и столько же строящихся.
Россия на 5-м месте по добычи урана, но по запасам на 2-м. Основное количество урана добывают в Краснокаменске, в глубоких шахтах. Опасен не столько сам уран, сколько радон — газ, образующийся при добыче урана. Очень много горняков, большую часть жизни занимавшихся добычей урана, умирают от рака, не доживая до пенсионного возраста (не верьте фильмам где говоря что все здоровые и живые, поскольку это исключение), люди в рядом находящихся деревнях также рано умирают или муаются от болезней.
Среди экологов, ученых ведутся ожесточенные споры о том, безопасна ли атомная энергия. Есть мнения абсолютно разные, такая радикальность вызвана в том числе и тем, что атомная энергия еще сравнительно молодая ниша мировых технологий, потому достаточных исследований, подтверждающих опасность или безопасность — нет. Но из того, что мы сегодня имеем, уже можно сделать вывод о сравнительной безопасности и пользе атомной энергетике.
Насчет экономичности — все сомнительно с точки зрения тех, кто против атомной энергетики.
Сегодня для поддержания работы АЭС требуется все больше затрат, в частности для нормальной безопасной деятельности, для добычи топлива и захоронения отходов. А сами АЭС, как мы уже выше писали, — могут быть потенциальным средством массового поражения населения, оружием.
Чернобыль, Фукусима, хоть и редкость, но имели место быть, а это значит, что есть шанс повторения.
Радиоактивные захоронения еще сохраняют радиацию много тысяч лет!!!
Вырабатываемые пары в результате работы АЭС создают мощный парниковый эффект, который при накапливании оказывает разрушительное влияние на природу.
ГЭС, например, ничуть не безопаснее, как утверждают специалисты, при прорыве плотины случаются не менее серьезные катастрофы, при использовании иных видов топлива также страдает природа, и в разы больше чем при ядерной энергетики.
Теперь о плюсах. Вывод о пользе атомной энергетики можно сделать, во-первых, из-за экономической выгодности, рентабельности (уже указанные выше «тарифы», где в России например самое дешевая энергия АЭС), во-вторых, из-за сравнительной безопасности для окружающей среды, ведь при правильной работе АЭС в атмосферу выделяется только пар, есть проблемы только с захоронением отходов.
1 гр урана даёт столько же энергии, сколько сжигание 1000 кг нефти или даже больше.
Чернобыль — это исключение и человеческий фактор, а вот миллион тонн угля — несколько человеческих жизней, при этом энергии от сгорания угля и нефти получается намного меньше, чем от ядерного топлива. Радиационный фон от сжигания угля, нефти соизмерим с той же Фукусимой, только когда катастрофа — это сразу и много, а постепенный вред не так заметен, однако более серьезен. А сколько природы губится вырубленными карьерами и когда добывается сырье, терриконами.
По сведению ряда экологов — отсутствие радиации иногда вреднее чем ее наличие и даже иногда избыток. Почему?
Радиоактивные частицы окружают нас кругом, от рождения до смерти. И радиация «в рамках» тренирует иммунитет клеток к защите от радиации, если человек будет полностью лишен контакта с радиоактивной средой — то может умереть от первого же контакта с ней впоследствии. И атомные станции, согласно доводам ученых, излучают лишь малую часть вредной радиации. Отсутствие радиации не менее опасно чем ее избыток — ка считают некоторые экологи.
Придерживающиеся же обратной точки зрения о том что атомная энергия это зло, говорят о небезопасности атомных реакторов и альтернативе иных видов энергии — солнце, ветре.
Дискуссии на тему добра и зла атомной энергии даже называются громко: «принесет ли мир мирный атом?». И эти дискуссии на сегодняшний день бесконечны. Но можно сказать главное — иного выхода кроме как развивать атомную энергетику во всем мире у людей нет, поскольку объем потребляемых ресурсов энергии и тепла все больше возрастает, и ни одна другая форма добычи и выработки энергии не способна покрыть запросы человечества лучше чем ядерная энергетика.
Нас становится неимоверно много, это уже не знают только живущие в далеких глубинках, планета исчерпала все возможные ресурсы для поддержания нормального уровня жизни человечества. Даже исходя из данных приведенных в статье — атомная энергетика самая перспективная отрасль, способная при меньшем вреде для окружающей среды и затратах дать намного больший объем энергии, ее производительность выше других известных источников энергии.
20 11 2016
greenman
Пока нет комментариев
Применение атомной энергии
Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное использование источников ядерной энергии составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции, то для Франции, или Японии это попросту невозможно.
Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.
Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии
Рассмотрим плюсы и минусы применения атомной-ядерной энергии, их пользу, вред и значение в жизни Человечества. Очевидно, что атомная энергия сегодня нужна лишь промышленно развитым странам. То есть, основное применение мирная ядерная энергия находит в основном, на таких объектах, как заводы, перерабатывающие предприятия, и т.п. Именно энергоемкие производства, удаленные от источников дешевой электроэнергии (вроде гидроэлектростанций) задействуют ядерные станции для обеспечения и развития своих внутренних процессов.
Аграрные регионы и города не слишком нуждаются в атомной энергии. Ее вполне можно заместить тепловыми и другими станциями. Получается, что овладение, получение, развитие, производство и использование ядерной энергии по большей части направлено на удовлетворение наших потребностей в промышленной продукции. Посмотрим, что это за производства: автомобильная промышленность, военные производства, металлургия, химическая промышленность, нефтегазовый комплекс, и т.д.
Современный человек хочет ездить на новой машине? Хочет одеваться в модную синтетику, кушать синтетику и упаковывать все в синтетику? Хочет ярких товаров разных форм и размеров? Хочет все новых телефонов, телевизоров, компьютеров? Хочет много покупать, часто менять оборудование вокруг себя? Хочет вкусно питаться химической едой из цветных упаковок? Хочет жить спокойно? Хочет слышать сладкие речи с телеэкрана? Хочет, чтобы танков было много, а также ракет и крейсеров, а еще снарядов и пушек?
Хочет?
И он все это получает. Неважно, что в конце расхождение между словом и делом приводит к войне. Неважно, что для его утилизации также нужна энергия. Пока что человек спокоен. Он ест, пьет, ходит на работу, продает и покупает.
А для всего этого нужна энергия. А еще для этого нужно очень много нефти, газа, металла и т.п. И все эти промышленные процессы нуждаются в атомной энергии. Поэтому кто бы что ни говорил, до тех пор, пока не будет запущен в серию первый промышленный реактор термоядерного синтеза, атомная энергетика будет только развиваться.
В плюсы ядерной энергии мы можем смело записать все то, к чему мы привыкли. К минусам – печальную перспективу скорой смерти в коллапсе исчерпания ресурсов, проблемах ядерных отходов, росте численности населения и деградации пахотных площадей. Иначе говоря, атомная энергетика позволила человеку еще сильнее начать овладевать природой, насилуя ее сверх меры настолько, что он за несколько десятилетий преодолел порог воспроизводства основных ресурсов, запустив между 2000 и 2010 годами процесс схлопывания потребления. Этот процесс объективно уже не зависит от человека.
Всем придется меньше есть, меньше жить и меньше радоваться окружающей природе. Здесь кроется еще один плюс-минус атомной энергии, который заключается в том, что страны, овладевшие атомом, смогут эффективнее перераспределять под себя скудеющие ресурсы тех, кто атомом не овладел. Более того, только развитие программы термоядерного синтеза позволит человечеству элементарно выжить. Теперь поясним на пальцах, что же это за «зверь» — атомная (ядерная) энергия и с чем ее едят.
Масса, материя и атомная (ядерная) энергия
Часто приходится слышать утверждение, что «масса и энергия одно и то же», или же такие суждения, будто выражение Е=mс2 объясняет взрыв атомной (ядерной) бомбы. Сейчас, когда вы получили первое представление о ядерной энергии и ее применении, было бы поистине неразумно сбивать вас с толку такими утверждениями, как «масса равна энергии». Во всяком случае, такой способ трактовки великого открытия не из лучших. По-видимому, это всего лишь острословие молодых реформистов, «Галилеев нового времени». На деле же предсказание теории, которое проверено многими экспери-ментами, говорит лишь о том, что энергия имеет массу.
Сейчас мы разъясним современную точку зрения и дадим небольшой обзор истории ее развития.
Когда энергия любого материального тела возрастает, его масса увеличивается, и мы приписываем эту дополнительную массу приросту энергии. Например, при поглощении излучения поглотитель становится горячее и его масса возрастает. Однако возрастание настолько мало, что остается за пределами точности измерений в обычных опытах. Напротив, если вещество испускает излучение, то оно теряет капельку своей массы, которая уносится излучением. Возникает более широкий вопрос: не обусловлена ли вся масса вещества энергией, т. е. не заключен ли во всем веществе громадный запас энергии? Много лет назад радиоактивные превращения на это ответили положительно. При распаде радиоактивного атома выделяется огромное количество энергии (в основном в виде кинетической энергии), а малая часть массы атома исчезает. Об этом ясно говорят измерения. Таким образом, энергия уносит с собой массу, уменьшая тем самым массу вещества.
Следовательно, часть массы вещества взаимозаменяема массой излучения, кинетической энергией и т. п. Вот почему мы говорим: «энергия и вещество способны частично к взаимным превращениям». Более того, мы теперь можем создавать частицы вещества, которые обладают массой и способны полностью превращаться в излучение, также имеющее массу. Энергия этого излучения может перейти в другие формы, передав им свою массу. И наоборот, излучение способно превращаться в частицы вещества. Так что вместо «энергия обладает массой» мы можем сказать «частицы вещества и излучение — взаимопревращаемы, а потому способны к взаимным превращениям с другими формами энергии». В этом и состоит создание и уничтожение вещества. Такие разрушительные события не могут происходить в царстве обычной физики, химии и техники, их следует искать либо в микроскопических, но активных процессах, изучаемых ядерной физикой, либо в высокотемпературном горниле атомных бомб, на Солнце и звездах. Однако было бы неразумно утверждать, что «энергия — это масса». Мы говорим: «энергия, как и вещество, имеет массу».
Масса обычного вещества
Мы говорим, что масса обычного вещества таит в себе огромный запас внутренней энергии, равной произведению массы на (скорость света)2. Но эта энергия заключена в массе и не может быть высвобождена без исчезновения хотя бы части ее. Как возникла столь удивительная идея и почему она не была открыта раньше? Ее предлагали и раньше — эксперимент и теория в разных видах,— но вплоть до двадцатого века изменение энергии не наблюдали, ибо в обычных экспериментах оно соответствует невероятно малому изменению массы. Однако сейчас мы уверены, что летящая пуля благодаря своей кинетической энергии имеет дополнительную массу. Даже при скорости 5000 м/сек пуля, которая в покое весила ровно 1 г, будет иметь полную массу 1,00000000001 г. Раскаленная добела платина массой 1 кг всего прибавит 0,000000000004 кг и практически ни одно взвешивание не сможет зарегистрировать эти изменения. Только когда из атомного ядра высвобождаются огромные запасы энергии или когда атомные «снаряды» разгоняются до скорости, близкой к скорости света, масса энергии становится заметной.
С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7%. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения). 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию около 600000000000 Кал.
Сравните это с 140 000 Кал, выделяющимися при соединении того же количества водорода с кислородом в химическом взрыве.
Обычная кинетическая энергия дает заметный вклад в массу очень быстрых протонов, получаемых на циклотронах, и это создает трудности при работе с такими машинами.
Почему мы все же верим, что Е=mс2
Сейчас мы воспринимаем это как прямое следствие теории относительности, но первые подозрения возникли уже ближе к концу 19 века, в связи со свойствами излучения. Тогда казалось вероятным, что излучение обладает массой. А поскольку излучение переносит, как на крыльях, со скоростью с энергию, точнее, само есть энергия, то появился пример массы, принадлежащей чему-то «невещественному». Экспериментальные законы электромагнетизма предсказывали, что электромагнитные волны должны обладать «массой». Но до создания теории относительности только необузданная фантазия могла распространить соотношение m=Е/с2 на другие формы энергии.
Всем сортам электромагнитного излучения (радиоволнам, инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету и т. д.) свойственны некоторые общие черты: все они распространяются в пустоте с одинаковой скоростью и все переносят энергию и импульс. Мы представляем себе свет и другое излучение в виде волн, распространяющихся с большой, но определенной скоростью с=3*108 м/сек. Когда свет падает на поглощающую поверхность, возникает теплота, показывающая, что поток света несет энергию. Эта энергия должна распространяться вместе с потоком с той же скоростью света. На деле скорость света именно так и измеряется: по времени пролета порцией световой энергии большого расстояния.
Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, он выбивает электроны, вылетающие точно так же, как если бы их ударил компактный шарик. Энергия света, по всей видимости, распространяется концентрированными порциями, которые мы называем «квантами». В этом и заключается квантовый характер излучения, несмотря на то, что эти порции, по-видимому, создаются волнами. Каждая порция света с одной и той же длиной волны обладает единой и той же энергией, определенным «квантом» энергии. Такие порции мчатся со скоростью света (собственно, они-то и есть свет), перенося энергию и количество движения (импульс). Все это позволяет приписать излучению некую массу — каждой порции приписывается определенная масса.
При отражении света от зеркала теплота не выделяется, ибо отраженный луч уносит всю энергию, но на зеркало действует давление, подобное давлению упругих шариков или молекул. Если же вместо зеркала свет попадает на черную поглощающую поверхность, давление становится вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что луч несет количество движения, поворачиваемое зеркалом. Следовательно, свет ведет себя так, как если бы у него была масса. Но можно ли откуда-то еще узнать, что нечто обладает массой? Существует ли масса по своему собственному праву, как, например, длина, зеленый цвет или вода? Или это искусственное понятие, определяемое поведением наподобие Скромности? Масса, на самом деле, известна нам в трех проявлениях:
- А. Туманное утверждение, характеризующее количество «вещества», (Масса с этой точки зрения присуща веществу — сущности, которую мы можем увидеть, потрогать, толкнуть).
- Б. Определенные утверждения, увязывающие ее с иными физическими величинами.
- В. Масса сохраняется.
Остается определить массу через количество движения и энергию. Тогда любая движущаяся вещь с количеством движения и энергией должна иметь «массу». Ее массой должно быть (количество движения)/(скорость).
Теория относительности
Стремление увязать воедино серию экспериментальных парадоксов, касающихся абсолютного пространства и времени, породило теорию относительности. Два сорта экспериментов со светом давали противоречивые результаты, а опыты с электричеством еще больше обострили этот конфликт. Тогда Эйнштейн предложил изменить простые геометрические правила сложения векторов. Это изменение и составляет сущность его «специальной теории относительности».
Для малых скоростей (от медлительной улитки до быстрейшей из ракет) новая теория согласуется со старой.
При высоких скоростях, сравнимых со скоростью света, наше измерение длин или времени модифицируется движением тела относительно наблюдателя, в частности масса тела становится тем больше, чем быстрее оно движется.
Затем теория относительности провозгласила, что это увеличение массы носит совершенно общий характер. При обычных скоростях никаких изменений нет, и только при скорости 100 000 000 км/час масса возрастает на 1%. Однако для электронов и протонов, вылетающих из радиоактивных атомов или современных ускорителей, оно достигает 10, 100, 1000%…. Опыты с такими высокоэнергетическими частицами великолепно подтв?