Energetyka jądrowa

Nukleony

neutron

proton

Rozszczepienie jądra atomowego

1938-39 Otto Hahn Fritz Strassman, wyjaśnienie Lisa Maitner

Uran Cez, Rubid, Bar, Stront, Ksenon, Krypton

Warunek zajścia reakcji: istnienie minimalnej masy preparatu promieniotwórczego zwanej masą krytyczną

Rozszczepienie jądra atomowego

n103Kr9236Ba141

56U23692U235

92n10

n

n

nn

Rozpad lawinowy (łańcuchowy)

nnn

n

n

Ba

n

n

nn

n

nn

UKr

UU

U

n

B

BBKK K

Reaktor atomowy

Reaktor atomowyUrządzenie, w którym w sposób kontrolowany przeprowadza się reakcję rozszczepienia jadra atomowego. Reakcja zachodzi w sposób lawinowy.

Pierwszy reaktor (uranowo-grafitowy) zwany CP-1 (ang. Chicago Pile no.1, "Stos chicagowski nr 1") zbudowany został na Uniwersytecie w Chicago pod kierunkiem włoskiego uczonego Enrico Fermiego. Pierwsza kontrolowana reakcja łańcuchowa została w nim zapoczątkowana 2 grudnia 1942.

Reaktor atomowyElementy konstrukcyjne reaktora jądrowego: 1 - osłona biologiczna 2 - reflektor neutronów 3 - pręty bezpieczeństwa 4 - pręty sterujące 5 – moderator 6 - pręty paliwowe 7 - chłodziwo

Reaktor atomowy

• Osłona biologiczna wykonana z grubej warstwy ciężkiego betonu.

• Reflektor otacza rdzeń reaktora powłoką odbijającą neutrony wykonany z berylu

• Pręty bezpieczeństwa - zabezpieczenie reaktora przed narastaniem reakcji łańcuchowe.

W wypadku zagrożenia automatycznie opadają do wnętrza rdzenia pochłaniając neutrony i ten sposób zatrzymują reakcję łańcuchową.

• Substancja chłodząca: woda, powietrze, wodór, ciekły metal, sód).

Ma za zadanie ochłodzić rdzeń reaktora oraz odprowadzić wydzieloną energię w postaci ciepła i zamienić je za pomocą turbin na energię elektryczną.

Reaktor atomowy

• Moderator: woda , beryl – zmniejsza energię neutronów.• Pręty paliwowe zawierają paliwo jądrowe – uran, pluton. • Pręty kontrolne (sterujące) wykonane z kadmu lub boru,

regulują szybkość reakcji przez zmianę głębokości zanurzenia prętów kontrolnych do rdzenia reaktora. Jądra kadmu i boru wychwytują powolne neutrony nie pozwalając na rozwinięcie się reakcji łańcuchowej. Gdy pręty sterujące wsuniemy między pręty paliwowe, neutrony są przez nie pochłaniane i reakcja łańcuchowa nie zachodzi. Umożliwia to ustawienie reaktora na odpowiednią moc.

Podział reaktorów

Reaktory dzielimy ze względu na:•przeznaczenie•konstukcję•energię neutronów•rodzaj moderatora i chłodziwa•system odprowadzania ciepła•rodzaj paliwa

Elektrownia atomowa w Polsce

„Wiedza i życie” 11/1996http://archiwum.wiz.pl/1996/96112500.asp

Złoża uranu w PolsceMiejscowość Zasoby (w tonach) Zawartość % uranu w

rudzie

Grzmiąca (woj. dolnośląskie) 1000-2500 0,05-0,10

Kowary (woj. dolnośląskie, powiat jeleniogórski) 500-1000 0,20-0,50

Krynica Morska (woj. pomorskie, powiat

nowodworski)2500-5000 0,05-0,10

Okrzeszyn (woj. dolnośląskie, powiat

kamiennogórski)1000-2500 0,05-0,10

Radoniów (woj. dolnośląskie, powiat

lwówecki)500-1000 0,20-0,50

Rajsk (woj. podlaskie, powiat bielski) 5000-10000 0,03-0,05

Wambierzyce (woj. dolnośląskie, powiat

kłodzki)1000-2500 0,03-0,05

Złoża uranu na świecie

Państwo Zasoby w tonach % zasobów światowych

Australia 1 243 000 23%

Kazachstan 817 000 15%

Rosja 546 000 10%

RPA 435 000 8%

Kanada 423 000 8%

USA 342 000 6%

Brazylia 278 000 5%

Namibia 275 000 5%

Niger 274 000 5%

Ukraina 200 000 4%

Jordania 112 000 2%

Uzbekistan 111 000 2%

Indie 73 000 1%

Chiny 68 000 1%

Mongolia 62 000 1%

pozostałe 210 000 4%

świat łącznie 5 469 000 100%

Źródło: OECD NEA & IAEA, Uranium 2007: Resources, Production and Demand ("Red Book")

Awarie reaktorów atomowych

26 kwietnia 1986 - Katastrofa w Czarnobylu 12 marca 2011 - Katastrofa elektrowni jądrowej Fukushima

Fukushima

Fukushima

Przesuwanie się chmury radioaktywnej

Dawki

Dawki

Promieniowanie rentgenowskie

Moje „dłonie”

Za energia jadrową

• Wykres przedstawia energię jaką należałoby dostarczyć, aby rozłożyć jądro atomowe na pojedyncze składniki.

• Jądra H mają najniższą energię właściwą.• W reakcji syntezy termojądrowej powstają jądra helu

He, ich energia wiązania jest dużo większa• Duży defekt masy można wykorzystać do produkcji

energii elektrycznej .

Przeciw energii jądrowej

• Jak można zauważyć średnia energia wiązania jąder atomowych rośnie w obszarze jąder lekkich wykazując lokalne maksima przy A=4,8,12,16,....

• W pobliżu A=60 uzyskuje płaskie maksimum Emax=8.8MeV.

• Powoli maleje dla dużych A>60 osiągając w końcu energię Eciężkie=7.6MeV

• Wykazuje lokalne wzrosty dla liczby Z lub N=2,8,20,(28),50,(64),82,126, które to nazywamy liczbami magicznymi.