Достоинства и недостатки аэс. Ядерная (Атомная) энергия

Минусы атомной энергетики после Чернобыльской аварии стали очевидными для мировой общественности, а события на «Фукусиме-1» окончательно доказали опасность использования «мирного атома». Считается, что вероятность крупных аварий на АЭС крайне низка, но за последние 50 лет произошло уже 3 крупных события, принесших значительный вред человечеству: Чернобыль, Фукусима и ПО «Маяк» (в 1957 году). На устранения последствий названных аварий уйдут десятки лет.
Минусы атомной энергетики заключаются не только в том, что существует угроза загрязнения окружающей среды в результате аварии, но и в том, что даже при работе в нормальном режиме АЭС производит радиоактивные отходы. Вода, охлаждающая турбины реакторов, обычно просто сбрасывается в ближайшие водоемы, а радиоактивный пар и другие газы выходят в атмосферу. А образующиеся в процессе выработки энергии радиоактивные отходы являются еще одним серьезным минусом атомной энергетики. В большинстве стран отработанное ядерное топливо не используется, и для его утилизации используются технологии складирования переработанного топлива в герметичных металлических контейнерах на свалках ядерных отходов. Но в ряде стран – во Франции, Японии, России и Великобритании – такое топливо подвергается дальнейшей переработке, что обеспечивает экономическую эффективность производства, но в результате получается еще большее количество радиоактивных отходов, ведь все оборудование, реактивы и даже одежда персонала подвергаются загрязнению. В настоящее время не разработана технология, которая позволила бы уменьшить эти явные минусы атомной энергетики и утилизировать ядерные отходы безопасно для окружающей среды.
Минусы атомной энергетики не ограничиваются только работой АЭС: ведь до того, как уран в виде ядерного топлива попадет в реактор, он проходит несколько этапов, и везде при этом оставляет за собой радиоактивный след. В процессе добычи урана в рудниках скапливаются радиоактивные газы – радий и радон, провоцирующие развитие разных форм онкологических заболеваний. Даже на этом начальном этапе минусы атомной энергетики очень велики – ведь здоровье тысяч людей, участвующих в процессе добычи или живущих рядом, подвергается большой опасности. В процессе последующей работы по обогащению урана количество радиоактивных отходов еще больше увеличивается. Сторонники использования атомной энергии обычно не озвучивают эти минусы атомной энергетики.
Следует отметить также, что в настоящее время не все минусы атомной энергетики оценены в должной мере, ведь в мире ни один реактор еще полностью не демонтирован. При этом уже сейчас большинство экспертов сходятся во мнении, что стоимость демонтажа будет очень высокой, по крайней мере, не меньше стоимости строительства реактора. В ближайшее десятилетие около 350 реакторов выработают свой ресурс, и они должны быть демонтированы, но способа сделать это безопасно и быстро пока не существует. Для этих целей в некоторых странах предлагают перевозить отработавшие реакторы в специальные могильники, а в других склоняются к строительству защитных саркофагов непосредственно над отработанным реактором.
Впрочем, несмотря на все озвученные минусы атомной энергетики, в мире сегодня работает 436 ядерных реакторов, их общая мощность около 351 тыс. МВт. Безусловно, это серьезный вклад в общемировую энергетическую систему, однако проводимые исследования гласят, что альтернативные источники энергии, не имеющие перечисленных минусов атомной энергетики, при существующих темпах развития технологий смогут вырабатывать такое количество электроэнергии уже через 10-15 лет. Антиядерные движения в разных странах мира занимают однозначную позицию: минусы атомной энергетики во много раз превышают получаемые выгоды, и потому строительство АЭС и производство ядерных отходов необходимо прекратить.

Плюсы атомной энергетики в сравнении с другими видами получения энергии очевидны. Высокая мощность и низкая итоговая себестоимость энергии открыли в свое время большие перспективы для развития атомной энергетики и строительства АЭС. В большинстве стран мира плюсы атомной энергетики учитываются и сегодня – строятся все новые и новые энергоблоки и заключаются контракты на строительство АЭС в будущем.

Одним из основных плюсов атомной энергетики является ее рентабельность. Она складывается из многих факторов, и важнейший из них – низкая зависимость от транспортировки топлива. Сравним ТЭЦ мощностью 1 млн. кВт и равнозначный по мощности блок АЭС. Для ТЭЦ в год требуется от 2 до 5 млн. тонн топлива, расходы на его перевозку могут составить до 50% себестоимости получаемой энергии, а на АЭС потребуется доставить примерно 30 т. урана, что практически не отразится на итоговой цене энергии.

Также в плюсы атомной энергетики можно смело записать и то, что использование ядерного топлива не сопровождается процессом горения и выбросом в атмосферу вредных веществ и парниковых газов, а значит, строительства дорогостоящих сооружений для очистки выбросов в атмосферу не потребуется. Четверть всех вредных выбросов в атмосферу приходится на долю ТЭЦ, что очень негативно сказывается на экологической обстановке городов, расположенных вблизи них, и в целом на состоянии атмосферы. Города же, расположенные недалеко от атомных станций, функционирующих в штатном режиме, в полной мере ощущают плюсы атомной энергетики и считаются одними из самых экологически чистых во всех странах мира. В них производится постоянный контроль радиоактивного состояния земли, воды и воздуха, а также анализ флоры и фауны – такой постоянный мониторинг позволяет реально оценить минусы и плюсы атомной энергетики и ее влияние на экологию региона. Стоит заметить, что за время наблюдений в районах расположения АЭС ни разу не регистрировались отклонения радиоактивного фона от нормального, если речь не шла о чрезвычайных ситуациях.

На этом плюсы атомной энергетики не заканчиваются. В условиях надвигающегося энергетического голода и истощения запасов углеродного топлива, естественным образом встает вопрос и о запасах топлива для АЭС. Ответ на названный вопрос весьма оптимистичен: разведенные запасы урана и других радиоактивных элементов в земной коре составляют несколько миллионов тонн, и при текущем уровне потребления их можно считать практически неисчерпаемыми

Но плюсы атомной энергетики распространяются не только на АЭС. Энергия атома используется на сегодняшний день и в иных целях, помимо снабжения населения и промышленности электрической энергией. Так, нельзя переоценить плюсы атомной энергетики для подводного флота и атомных ледоколов. Использование атомных двигателей позволяет им долгое время существовать автономно, перемещаться на любые расстояния, а подлодкам – месяцами находиться под водой. На сегодняшний день в мире ведутся разработки подземных и плавучих АЭС и ядерных двигателей для космических летальных аппаратов.

Учитывая плюсы атомной энергетики, можно смело утверждать, что в будущем человечество продолжит использовать возможности атомной энергии, которая при осторожном обращении меньше загрязняет окружающую среду и практически не нарушает экологическое равновесие на нашей планете. Но плюсы атомной энергетики существенно померкли в глазах мировой общественности после двух серьезнейших аварий: на Чернобыльской АЭС в 1986 году и на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году. Масштабы этих происшествий таковы, что их последствия способны перекрыть практически все плюсы атомной энергетики, известные человечеству. Трагедия в Японии для ряда стран стала толчком к переработке энергетической стратегии и смещения акцентов в сторону использования альтернативных источников энергии.

Ядерная энергетика – единственный способ удовлетворить растущую потребность человечества в электричестве.

Никакие другие источники энергии не в состоянии произвести достаточное количество электричества. Его мировое потребление с 1990 по 2008 год выросло на 39 % и ежегодно увеличивается. Солнечная энергия не может удовлетворить индустриальные потребности в электричестве. Запасы нефти и угля истощаются. На 2016 год в мире функционировал 451 ядерный энергоблок. Суммарно энергоблоки выработали 10,7 % мирового объема генерации электричества. 20 % всей электроэнергии, вырабатываемой в России, производят атомные станции.

Энергия, выделяемая во время ядерной реакции, значительно превышает количество тепла, которое освобождается при горении.

1 кг урана, обогащенный до 4 %, выделяет количество энергии, эквивалентное сжиганию 60 тонн нефти или 100 тонн угля.

Безопасная работа атомных станций в сравнении с тепловыми.

С момента строительства первых атомных объектов произошло около трех десятков аварий, в четырех случаях произошел выброс вредных веществ в атмосферу. Число происшествий, связанных со взрывом метана на угольных шахтах, исчисляется десятками. Из-за устаревшего оборудования число аварий на ТЭС увеличивается с каждым годом. Последняя крупная авария в России произошла в 2016 году на Сахалине. Тогда без света остались 20 тысяч россиян. Взрыв в 2013 году на Углегорской ТЭС (Донецкая область, Украина) спровоцировал пожар, который не могли потушить в течение 15 часов. В атмосферу было выброшено большое количество токсичных веществ.

Независимость от ископаемых источников энергии.

Запасы природного топлива истощаются. Остатки угля и нефти оцениваются в 0,4 ИДж (1 ИДж = 10 24 Дж). Запасы урана превышают 2,5 ИДж. К тому же, уран может использоваться повторно. Ядерное топливо легко перевозить, расходы на транспортировку минимальны.

Сравнительная экологичность атомных электростанций.

В 2013 году мировые выбросы от использования ископаемого топлива для получения электричества составили 32 гигатонны. Сюда входят углеводороды и альдегиды, сернистый газ, оксиды азота. АЭС не потребляет кислород, ТЭС же использует кислород для окисления топлива и производит сотни тысяч тонн золы в год. Выбросы на АЭС происходят в редких случаях. Побочным эффектом их деятельности является эмиссия радионуклидов, которые распадаются в течение нескольких часов.

"Парниковый эффект" стимулирует страны ограничивать объемы сжигания угля и нефти. Атомные электростанции Европы ежегодно снижают эмиссию СО2 на 700 миллионов тонн.

Положительное влияние на экономику.

Строительство АЭС создает рабочие места на станции и в сопутствующих отраслях. Ленинградская АЭС, к примеру, обеспечивает локальные промышленные предприятия отоплением и горячей технической водой. Станция является источником медицинского кислорода для медучреждений и жидкого азота для предприятий. Гидротехнический цех поставляет потребителям питьевую воду. Объем производства энергии АЭС напрямую связан с ростом благосостояния района.

Незначительное количество действительно опасных отходов.

Отработанное ядерное топливо - источник энергии. Радиоактивные отходы составляют 5 % отработанного топлива. Из 50 кг отходов всего 2 кг нуждаются в длительном хранении и требуют серьезной изоляции.

Радиоактивные вещества смешивают с жидким стеклом и заливают в контейнеры с толстыми стенами из легированной стали. Железные контейнеры готовы обеспечить надежное хранение опасных веществ на протяжении 200-300 лет.

Строительство плавучих атомных электростанций (ПАТЭС) позволит обеспечить дешевой электроэнергией труднодоступные территории, в том числе и в сеймоопасных районах.

АЭС жизненно необходимы в труднодоступных районах Дальнего Востока и Крайнего Севера, но строительство стационарных станций экономически не оправдано в малонаселенных территориях. Выходом станет использование малых плавучих атомных тепловых станций. Первую в мире ПАТЭС "Академик Ломоносов" запустят осенью 2019 года на побережье Чукотского полуострова в Певеке. Строительство плавучего энергоблока (ПЭБ) ведется на Балтийском заводе Санкт-Петербурга. Всего планируется к 2020 году запустить в эксплуатацию 7 ПАТЭС. В числе плюсов использования плавучих АЭС:

обеспечение дешевой электроэнергией и теплом;
получение 40-240 тысяч кубометров пресной воды в сутки;
отсутствие необходимости в срочной эвакуации населения при авариях на ПЭБ;
повышенная удароустойчивость энергоблоков;
потенциальный скачок в развитии экономики районов с ПАТЭС.

Предложить свой факт

Минусы ядерной энергии

Большие затраты на строительство АЭС.

Строительство современной атомной станции оценивается в 9 млрд долларов. По версии некоторых экспертов, расходы могут достигать 20-25 млрд евро. Стоимость одного реактора, в зависимости от его мощности и поставщика, колеблется в пределах 2-5 млрд долларов. Это в 4,4 раза выше стоимости ветряной энергетики и в 5 раз дороже солнечной. Срок окупаемости станции достаточно велик.

Запасы урана-235, который используют практически все АЭС, ограничены.

Запасов урана-235 хватит на 50 лет. Переход на использование комбинации из урана-238 и тория позволит вырабатывать энергию для человечества еще тысячу лет. Проблема в том, что для перехода на уран-238 и торий необходим уран-235. Использование всех запасов урана-235 сделает сделает переход невозможным.

Затраты на производство ядерной энергии превышают эксплуатационные расходы ветряных станций.

Исследователи компании «Energy Fair» представили отчет, который демонстрирует экономическую нецелесообразность использования ядерной энергии. 1 МВт/час, произведенный АЭС, обходится на 60 фунтов (96$) дороже аналогичного объема энергии, произведенного ветряными мельницами. Эксплуатация станций по расщеплению атома обходится в 202 фунта (323$) на 1 мвт/час, объекта ветроэнергетики - в 140 фунтов (224$).

Тяжелые последствия аварий на АЭС.

Риск аварий на объектах существует на протяжении всего срока эксплуатации атомных реакторов. Яркий пример - авария на ЧАЭС, на ликвидацию которой было направлено 600 тыс. человек. В течение 20 лет после аварии умерли 5 тысяч ликвидаторов. Реки, озера, лесные угодья, малые и крупные населенные пункты (5 млн га земель) стали непригодными для жизни. 200 тысяч км2 подверглись загрязнению. Авария стала причиной тысяч смертей, увеличения числа больных раком щитовидной железы. В Европе впоследствии зафиксировали 10 тысяч случаев рождения детей с уродствами.

Необходимость захоронения радиоактивных отходов.

Каждый этап расщепления атома связан с образованием опасных отходов. Сооружаются могильники для изоляции радиоактивных веществ до их полного распада, занимающие большие площади на поверхности Земли, расположенные в отдаленных местах мирового океана. 55 млн тонн радиоактивных отходов, захороненных на площади 180 гектаров в Таджикистане, рискуют проникнуть в окружающую среду. По данным на 2009 год, только 47 % радиоактивных отходов российских предприятий находятся в безопасном состоянии.

Обеспечение энергетической безопасности - одна из ключевых задач любого современного государства. На сегодняшний день одним из самых передовых вариантов добычи электроэнергии является использование ядерных реакторов. В связи с этим строится атомная электростанция в Беларуси. Об этом промышленном объекте мы поговорим в статье.

Основная информация

Белорусская возводится в Гродненской области страны буквально в 50 километрах от столицы соседней Литвы - Вильнюса. Строительство началось в 2011 году, а завершиться по плану должно в 2019 году. Проектная мощность агрегата составляет 2400 МВт.

Островецкая площадка - место, где строится станция, - курируется российскими специалистами из компании "Атомстройэкспорт".

Несколько слов о проектировании

В Беларуси обойдётся государственному бюджету в 11 миллиардов американских долларов.

Сам же вопрос монтажа объекта в стране возник ещё в 1990-х годах, но окончательное решение о начале строительства было принято лишь в 2006 году. Основным местом для станции выбрали город Островец.

Влияние политики

Возводить АЭС, анализируя плюсы и минусы атомной энергетики, были готовы начать сразу же несколько иностранных держав: Китай, Чехия, США, Франция, Россия. Однако в итоге главным подрядчиком стала Российская Федерация. Хотя изначально считалось, что это строительство будет невыгодно РФ, которая планировала ввести в эксплуатацию свою АЭС в Калининградской области. Но все же в октябре 2011 года между россиянами и белорусами был подписан контракт на поставку оборудования в Белорусский город Островец.

Законодательный аспект

В Беларуси строится в соответствии с законом, регламентирующим показатели радиационной безопасности населения страны. В этом акте прописаны условия, обязательные для их обеспечения, которые позволят людям сохранить жизнь и здоровье в условиях эксплуатации АЭС.

Денежный займ

С самого начала разработки проекта окончательная стоимость его варьировалась, так как рассматривались различные типы реакторов. Изначально требовалось 9 миллиардов долларов, 6 из которых должны было пойти на само строительство, а 3 на создание всей необходимой инфраструктуры: линий ЛЭП, жилых домов для работников станции, железнодорожных путей и прочего.

Уже сразу стало понятно, что всей необходимой суммы у Белоруссии просто нет. И потому руководство страны планировало взять кредит у России, причём в виде "живых" денег. При этом сразу же белорусы сказали, что если денег они не получат, то строительство окажется под угрозой срыва. В свою очередь российские власти озвучили свои опасения по поводу того, что их соседи окажутся неспособными вернуть долг или используют полученные средства для поддержания экономики своей страны.

В связи с этим российские чиновники вынесли предложение сделать так, чтобы атомная электростанция в Беларуси стала совместным предприятием, однако белорусская сторона на это ответила отказом.

Точка в этом споре была поставлена 15 марта 2015 года, когда Путин посетил Минск и предоставил Беларуси 10 миллиардов для строительства станции. Ориентировочный срок окупаемости проекта около 20 лет.

Строительный процесс

Выемка грунта на объекте началась в 2011 году. А через два года Лукашенко подписал указ, дающий право российскому генподрядчику начать строительство такого огромного промышленного объекта, как атомная электростанция в Беларуси.

В конце мая 2014 года был полностью готов котлован, и стартовали работы по заливке фундамента здания второго В декабре 2015 года на станцию завезли корпус для первого реактора.

Чрезвычайные происшествия

В мае 2016 года в СМИ просочилась информация о том, что на строительной площадке АЭС якобы произошло обрушение металлоконструкции. Белорусский МИД в свою очередь передал официальный ответ литовцам, что никаких нештатных ситуаций на стройке не произошло.

Но к октябрю 2016 года количество официальных несчастных случаев во время возведения станции достигло десяти, три из которых оказались летальными.

Скандал

Как сообщил один из гражданских активистов Белоруссии, по его данным, 10 июля 2015 года во время репетиции установки корпуса реактора произошло его падение на землю. Планировалось, что на следующий день монтаж должен был пройти в присутствии журналистов и телевидения.

26 июля Министерство энергетики страны подтвердило факт ЧП, указав, что инцидент произошёл на площадке хранения корпуса во время его строповки для последующего перемещения в горизонтальном направлении. Данная вызвала мгновенную и крайне острую реакцию со стороны Литвы. 28 июля министр энергетики этой прибалтийской страны подал ноту белорусскому послу с просьбой уточнить все детали происшедшего и уведомить о них.

1 августа монтажные работы по установке корпуса были приостановлены и тогда же главный конструктор этого агрегата сказал, что проведенные теоретические расчёты, показали: реактор не получил серьёзных повреждений от падения. Такого же мнения придерживался и глава "Росатома", указавший на отсутствие оснований для запрета эксплуатации корпуса.

Однако совсем другого мнения придерживались физики-ядерщики и прочие технические специалисты. Все они в один голос говорили: применять упавший корпус в дальнейшем нельзя. Это объяснялось тем, что, учитывая вес изделия, сварочные швы и покрытие могли получить критические повреждения. Все эти дефекты впоследствии могли проявиться из-за непрерывного воздействия потока нейтронов и привести к окончательному разрушению всей конструкции. Кроме того, инженеры отмечали отсутствие полноценного опыта производства подобных корпусов у завода-изготовителя, расположенного в Волгодонске, который не выпускал подобные узлы более тридцати лет.

В итоге 11 августа министр энергетики Беларуси заявил, что реактор все-таки заменят. В результате, сроки окончания монтажных операций сдвинутся на неопределённый срок. В качестве решения проблемы "Росатом" вынес предложение использовать корпус реактора второго блока.

Протестные акции

В самой республике неоднократно были проведены многочисленные народные выступления против постройки АЭС. Также негативное отношение к возведению станции высказали чиновники высших рангов в Литве и Австрии. Оба этих государства отметили неготовность проекта к реализации по целому ряду причин.

Достоинства и недостатки атомной энергетики

Рассматривая плюсы и минусы атомной энергетики, стоит заметить, что за счет специфики протекания ядерных реакций, затраты потребляемого топлива достаточно малы. Это и является основным положительным моментом данного вида производства электричества. Также, как это ни странно звучит, но является экологически чистым. Даже ТЭС делает больше вредных выбросов в атмосферу, чем АЭС.

Из отрицательных моментов атомных реакторов можно отметить проблематичность процесса утилизации отходов и высокую опасность техногенных аварий, которые потенциально способны нанести вред миллионам людей.

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 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?

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. , 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 подтверждают соотношение между массой и скоростью.

На другом краю находится излучение, не имеющее массы покоя. Это не вещество и его нельзя удержать в покое; оно просто имеет массу, и движется со скоростью с, так что его энергия равна mс2. О квантах, мы говорим как о фотонах, когда хотим отметить поведение света как потока частиц. Каждый фотон имеет определенную массу m, определенную энергию Е=mс2 и количество движения (импульс).

Ядерные превращения

В некоторых экспериментах с ядрами массы атомов после бурных взрывов, складываясь, не дают ту же самую полную массу. Освобожденная энергия уносит с собой и какую-то часть массы; кажется, что недостающая часть атомного материала исчезла. Однако если мы припишем измеренной энергии массу Е/с2, то обнаружим, что масса сохраняется.

Аннигиляция вещества

Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение - от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг - и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.

Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов - положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.

Создание вещества

Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.