Авторский коллектив:

Апсэ В.А., Ксенофонтов А.И., Савандер В.И., Тихомиров Г.В., Шмелев А.Н.

Глава 1.
Ядерная энергия

1.1. Краткая история открытий в ядерной физике

Концепции естествознания конца ХIХ века и гипотеза фундаментальной неизменности материи. Открытие радиоактивности (А. Беккерель). Открытие α-, β- и γ-излучений (Э.Резерфорд, Ф.Содди). Открытие продуктов распада урана и тория (М. и П.Кюри). Открытие изотопии, введение понятия периода полураспада и правила радиоактивного смещения (Ф.Содди). Введение понятия атомного ядра (Э.Резерфорд). Первая искусственная ядерная реакция, открытие протона и предсказание существования нейтрона  (Э. Резерфорд). Открытие нейтрона (Д.Чадвик). Гипотеза о протон-нейтронном строении ядра (Д.Д.Иваненко, В.Гейзенберг).
Основные понятия ядерной физики. Общепринятая символика. Изотопы, изобары и изотоны. Стабильные и нестабильные ядра. Границы ядерной стабильности. Размеры, массы и энергии ядер. Принцип эквивалентности массы и энергии (А.Эйнштейн). 
Совершенствование аппаратурного обеспечения ядерных исследований. Первые ускорители заряженных частиц (Дж.Кокрофт–Э.Уолтон, Э.Лоуренс). Изучение взаимодействия нейтронов с различными веществами (Э.Ферми, Ф.Жолио-Кюри). Результаты исследования смеси продуктов взаимодействия нейтронов с ураном и их интерпретация Э.Ферми как образование трансурановых элементов. Замечания И.Кюри и И.Ноддак. Радиохимические исследования смеси продуктов взаимодействия нейтронов с ураном и открытие деления тяжёлых ядер нейтронами (О.Ганн–Ф.Штрассманн). Первые теории деления (Л.Майтнер–О.Фриш, Н.Бор–Дж.Уилер, Я.И.Френкель). Открытие спонтанного деления (Г.Н. Флёров, К.А. Петржак).
Первые измерения масс ядер (Ф.Астон, А.Дж.Демпстер). Открытие полиизотопности урана (А.Дж.Демпстер) и высокой делимости урана-235 нейтронами (Э.Ферми, Ф.Жолио-Кюри). Открытие нейтронной множественности при делении (Л.Сциллард–У.Цинн). Возможность реализации цепной ядерной реакции деления.

1.2. Энергия связи

Дефект масс ядер и его интерпретация с позиции эквивалентности массы и энергии. Формула для энергии связи ядра (Х.Бете–К.-Ф.Вайцзеккер). Зависимость удельной энергии связи ядра от его массового числа. Энерговыделение в ядерной реакции как алгебраическая разность сумм энергий связи начальной и конечной систем. Оценка энерговыделения при делении и синтезе по порядку величины.

1.3. Ядерные реакции

Законы сохранения. Общая классификация ядерных реакций по их типам и особенностям протекания. Сечение взаимодействия и энергетический выход реакции.
Радиоактивный распад как экзотермическая самопроизвольная ядерная реакция. Закон радиоактивного распада. Постоянная распада и период полураспада. Закономерности изменения состава смеси радиоактивных ядер. Активность, единицы активности. Вековое уравнение. α-распад и спонтанное деление как квантовомеханические подбарьерные эффекты. Распадные процессы по изобарным сечениям (β–- и  β+- распады, электронный захват). Мгновенные нейтроны деления, их энергетическое распределение. Схемы распада и γ-излучение с возбуждённых ядерных уровней. Запаздывающие нейтроны деления и их эффективная доля.
Физические основы деления ядер. Делительные конфигурации и седловая точка. Барьер деления. Делимость тяжёлого ядра медленными нейтронами как превышение энергии связи нейтрона в компаунд-ядре над барьером деления. Оценка делимости природных долгоживущих актинидов – изотопов урана и тория размножающей системы. Распределение осколков деления по энергии, массе и заряду.

Глава 2.
Основы физики ядерных реакторов

2.1. Общие положения

Основные принципы достижения цепной реакции деления. Понятие нейтронного баланса. Нейтронные реакции, конкурирующие с делением. Сечения нейтронных реакций и их энергетические зависимости. Возрастание сечений для медленных нейтронов. Замедление нейтронов в реакциях упругого и неупругого рассеяния. Требования к материалу замедлителя.
Эффективный коэффициент размножения и время жизни поколения нейтронов. Понятие критической массы и основное уравнение размножающих систем. Оценка эффективного коэффициента размножения для практически важных случаев. Утечка нейтронов и роль отражателя.
Основные компоненты активной зоны – топливо, теплоноситель, замедлитель и конструкционные материалы. Топливные композиции. Обогащение топлива по делящемуся нуклиду. Критическая концентрация и критическое обогащение. Запас реактивности на выгорание ядерного топлива. Кампания реактора. Система компенсации избыточной реактивности. Перегрузки топлива.

2.2. Краткая история атомной энергетики

Первый урановый котел в Чикаго. Первый уран-графитовый реактор в СССР и Европе. Промышленные уран-графитовые реакторы. Транспортные водо-водяные реакторы. Реактор Энрико-Ферми в США. Первая в мире АЭС в Обнинске. Реакторы типа ВВЭР и PWR – как основа современной ядерной энергетики.

2.3. Физические особенности реакторов различного типа

Классификация ядерных реакторов по теплоносителю и замедлителю. Реакторы водо-водяного типа. Основная физическая характеристика – водо-топливное отношение. Зависимость коэффициента размножения от водо-топливного отношения. Реактор корпусного типа. Частичные перегрузки топлива. Жидкостная система компенсации избыточной реактивности. Выгорающие поглотители. Двухконтурная система охлаждения реактора. Коэффициент полезного действия. Кипящие реакторы с одноконтурной системой охлаждения. Конструктивные особенности реакторов с водой под давлением и кипящих реакторов (PWR,ВВЭР, BWR).
Тяжеловодные реакторы. Разделение функций теплоносителя и замедлителя. Реакторы канального типа. Использование природного урана и непрерывных перегрузок топлива. Использование легкой воды в качестве теплоносителя и обогащенного топлива. Конструктивные особенности реакторов типа CANDU.
Реакторы с графитовым замедлителем. Канальные водо-графитовые реакторы. Особенности физики водо-графитовых реакторов. Реакторы типа РБМК. Газо-графитовые реакторы. Микротвэльная технология  изготовления топлива для высокотемпературных реакторов. Шаровая и призматическая концепция активной зоны. Модульные реакторы с шаровой засыпкой.
Реакторы без замедлителя. Реакторы на быстрых нейтронах. МОХ-топливо. Теплоносители для БР. Воспроизводство топлива в реакторах на быстрых нейтронах. Реакторы с натриевым теплоносителем. Конструктивные особенности реакторов на быстрых нейтронах.

2.4. Атомная энергетика в современном мире

База данных по энергетическим реакторам МАГАТЭ. Распределение мощностей по типам реакторов. Доля ядерной энергетики в электроэнергетики по странам. Продление ресурса. Перспективы развития ядерной энергетики мира. Расширение области использования яденой энергетики.

Глава 3.
Ядерные топливные циклы

3.1. Уран-плутониевый и торий-урановый топливный цикл

Природные ядерные материалы. Ядерно-физические и нейтронно-физические свойства урана и тория. Преимущества и недостатки тория.
Обзор мировых запасов и темпов добычи урановых и ториевых руд. Технологии добычи и первичной переработки урановых и ториевых руд.

3.2. Открытый и замкнутый ядерный топливный цикл

Основные стадии открытого и замкнутого топливного цикла. Проблемы, возникающие при замыкании уран-плутониевого и торий-уранового ядерного топливного цикла, пути их решения.

3.3. Технологии ядерного топливного цикла

Обогащенный уран как основное топливо АЭС. Технологии изотопного обогащения урана. Балансные соотношения процесса обогащения урана. Потенциал разделения, разделительная работа. Энергоемкость различных обогатительных технологий. Физические основы методов обогащения урана.
Топливо ядерной энергетики. Диоксид урана как основное топливо ядерной энергетики. Конверсия гексафторида урана в диоксид урана. Технология изготовления таблеток из диоксида урана и из смешанного уран-плутониевого оксидного топлива.
Основные стадии изготовления твэлов и ТВС. Основные требования к конструкции твэлов и ТВС тепловых и быстрых реакторов.
Использование топлива в ядерных реакторах. Стратегии и технологии топливных перегрузок в реакторах различного типа.
Выдержка и транспортировка облученного ядерного топлива. Типичные конструкции транспортных контейнеров.
Химическая переработка облученного ядерного топлива. Водные (экстракционные) и неводные (пирохимические и пирометаллургические) технологии.
Технологии переработки и захоронения радиоактивных отходов. Проекты геологических хранилищ радиоактивных отходов. Гидротермальные условия подземного захоронения радиоактивных отходов.

Глава 4.
Экологические аспекты использования ядерной энергии

4.1. Нормативно-правовое регулирование безопасности при использовании атомной энергии в Российской Федерации

Федеральные законы об охране окружающей среды, о радиационной безопасности населения, об атомной энергии, НРБ-99/2009. Международное сотрудничество в области использования ядерной энергии. Создание и роль МАГАТЭ. Системная безопасность ядерной энергетики.
Социально-гигиенический мониторинг   государственная система наблюдений за состоянием здоровья населения и среды обитания, их анализа, оценки и прогноза, а также определения причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания.
Информирование населения о радиационной обстановке и мерах по обеспечению радиационной безопасности.

4.2. Роль ядерной энергетики в устойчивом развитии общества

Базовые принципы устойчивого развития крупномасштабной ядерной энергетики. Признаки проявления экологической катастрофы: очень быстрый рост численности населения с тяжелыми для биосферы последствиями, стихийная деятельность людей, сопровождающаяся повсеместным массовым загрязнением среды обитания, нарушением теплового баланса Земли и развитием парникового эффекта, истощение жизненно важных для человеческой цивилизации сырьевых источников планеты.
Экспоненциальная динамика потребления энергии человечеством. Энергетические ресурсы планеты.
Сложная проблема производства энергии и сохранения окружающей среды. Выработка энергии на АЭС — это наиболее экологически чистый способ производства энергии. Эффективность использования энергетических ресурсов в России.

4.3. Воздействие предприятий ядерно-топливного цикла на окружающую среду

Радиоактивное загрязнение биосферы (атмосфера, почва, поверхностные и подземные воды, миграция радионуклидов, тепловое загрязнение).
Экологические показатели работы электростанций. Экологические риски современных ядерных технологий в нормальном режиме эксплуатации в сравнении с другими техногенными экологическими  рисками.
Оценка потенциальной экологической безопасности ядерных технологий в будущем  с учетом перспектив широкомасштабного развития атомной энергетики.
Место атомной энергетики в реализации стратегии устойчивого развития.

4.4. Радиационные аварии

Факторы опасности ядерных реакторов.
Международная шкала ядерных и радиологических событий INES. Примеры ядерных аварий (Кыштым, Виндскейл, Три Майл Айленд, Чернобыль, Фукусима).
Меры по защите населения от радиационной опасности. Обеспечение функционирования системы государственного управления в области радиационной безопасности и учета доз облучения населения. Реабилитация и регламентация особых режимов проживания на загрязненных территориях.
Эволюция понятия безопасности ядерных технологий.