Download
1 / 14
140 likes | 465 Views
p n. Fizika energijskih virov. I Energijski viri. Izkoriščanje virov, jedrska energija. Semiempirična masna enačba opisuje maso jedra z masnim številom A in vrstnim številom Z:. povprečna vez. energ. na nukleon. prispevek nukleonov na površini; slabše vezani;
E N D
p n Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, jedrska energija Semiempirična masna enačba opisuje maso jedra z masnim številom A in vrstnim številom Z: povprečna vez. energ. na nukleon prispevek nukleonov na površini; slabše vezani; Vr3A; Sr2A2/3 elektrostatski odboj med protoni; Z2e2/4pe0r3Z2/A1/3 energetsko ugodno, če se tvorijo pari enakih nukleonov z nasprotnim spinom pp nn; A-1/2 iz meritev jedra z Z≠(A-Z) slabše vezana; Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, jedrska energija n ne občutijo elektrostatskega odboja → lahko prodrejo v jedro; <k>=2,47 <En>~1 MeV Wzač = mnc2 + Wkn + M(235,92)c2 Wkon = M(X)c2 + M(Y)c2 + kmnc2 + Wk Wk: skupna kin. energ. končnih jeder in n št. nukleonov v zač. in kon. stanju enako Wkn zanemarljiva Wk = Wvez(235,92) - Wvez(X) –Wvez(Y) (primer A=120, Z=45) -1794 MeV + 993 MeV + 993 MeV ~ 190 MeV Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, jedrska energija naravni uran: 99,3% 238U 0,7% 235U obogačen U: ~3% 235U, 97% 238U M=238 kg/kmol; NA=6x1026 kmol-1; 1 kg obogačenega U → 2.5x1024 jeder, ~7.5x1022235U 190 MeV 3x10-11 J sproščena energija: ~ 2x1012 J/kg sežigna toplota premoga: ~ 3x102 J/kg vendar uporaba → verižna reakcija, ni enostavna Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, jedrska energija počasen hitri <k>=2,47 <En>~1 MeV s[b] 235U s~10-100 b s~1 b 238U dNreak/dt: št. reak. v enoti časa dNizs/dt: tok izstrelkov dNtar/dS: ploskovna gostota jeder v tarči s: sipalni presek vir: http://www.uic.com.au/uicphys.htm porebujemo počasne n za cepitev 235U (10-100x večji presek); hitri n se absorbirajo na 238U; dejstvo, da se pri fisiji sproščajo hitri n, 235U pa veliko močneje cepijo počasni, je osnova kontrolirane verižne reakc. Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, jedrska energija Fermijevo zlato pravilo: dN/dt |Mfi|2r(Ef) s (dN/dt)/ji |Mfi|2r(Ef)/ji |Mfi|2 pf/vi |Mfi|2 matrični element za i→f r(Ef) d3pf/dEf pf gostota končnih stanj ji vi gostota toka vpadnih delcev pri procesih, pri katerih se sprosti večja količina energije (fisija), pf ni odvisen od hitrosti začetnega projektila, pač pa od drugih faktorjev; če |Mfi|2 ~konst. s 1/vi s[b] 235U s~10-100 b s~1 b 238U vir: http://www.uic.com.au/uicphys.htm Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, jedrska energija hitri če naj se reakcija sama vzdržuje (v gorivu, ki vsebuje znaten ali večinski delež 238U) → nastale n pri cepitvi 235U je potrebno upočasniti moderatorji: lažja jedra – n ne sprožijo cepitve in se z elastičnimi trki najhitreje upočasnijo voda, grafit, težka voda.... m2 m1 Wk1 W’k1 W’k2 Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri (78) zaloge 1999 zaloge 2005 celotne zaloge 2005: 3,3x106 t (39) proizvodnja do 1999 proizvodnja do 2005 celotna proizvodnja do 1999: 2,3x106 t delež proizvodnje in preverjenih zalog U (stroški < 130 USD/kg) (20) svetovna proizvodna elek. energ. iz jedrske 109 kWh delež energije, proizvedene v jedrskih elektrarnah 1999 (2007) vir: Energy Information Administration,http://eia.doe.gov/ in World Energy Council, http://www.worldenergy.org/wec-geis/publications/reports/ser/overview.asp Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
wA<wA2 DW<0 energ. se sprosti wA>wA2 DW<0 energ. se sprosti Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) vezavna energ. jedra na nukleon DW ~ 235x(7,5 MeV-8,5 MeV) ~ -200 MeV DW ~ 5x(2 MeV-5 MeV) ~ -15 MeV Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) energija zvezd - vodikova veriga: 11H + 11H → 12H + e+n 11H + 12H → 23He + g 23He + 23He → 24He + 2 11H skupaj: 611H → 2 11H + 24He + 2e+ 2n + 2g oz. 411H → 24He + 2e+ 2n + 2g DW = -26,7 MeV energija zvezd - ogljikova veriga: z zlivanjem He in Be nastane 612C, v gostejših zvezdah ta omogoči 11H + 612C → 713N + g preko nekaj drugih procesov dobimo 715N in končno 11H + 715N → 612C + 24He Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) termična fuzija: za razliko od fizije nimamo projektilov (n), pač pa imajo jedra termodinamsko porazdelitev kinetične energ.; ta mora zadoščati, da premagajo Coulombov odbojni potencial in se zlijejo elektrostatska pot. energija dveh p na razdalji 1 fm (tipična dimenzija jeder) e2/4pe0r ~ 1,5 MeV za tako energijo bi morala biti T ~ 1010 K vendar je pogoj v resnici milejši Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov povprečje ob upoštevanju Maxwellove porazdelitve I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) Lawsonov pogoj zadosten čas moramo vzdrževati plazmo (prosti pozitivni ioni in elektroni) določene gostote, da pride do izdatne fuzije jeder Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) Lawsonov produkt za 12H + 13H → 24He + n DW=-17,6 MeV minimum pri T, ki ustreza 25 keV T ~ 2x108 K nt > 1,5x1020 m-3s vir: http://en.wikipedia.org/ Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) v zanimivem temperaturnem območju je <v12s> = kT2; sledi modificiran Lawsonov pogoj (trojni produkt) T2/ <v12s> ima maksimum nekoliko višje kot T/ <v12s> nTt > 1021 keV m-3s Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
Fizika energijskih virov I Energijski viri Izkoriščanje virov, zlivanje jeder (fuzija) vir: EFDA, http://www.efda.org/fusion_energy/fusion_research_today.htm Fizika energijskih virov 2005/06 B. Golob
