Download
1 / 30
300 likes | 466 Views
Dane informacyjne. Katolickie Liceum Ogólnokształcące Grupa 97/11_MF_G2 Opiekun: Marta Fenrych Kompetencja – matematyczno – fizyczna Temat projektowy: „Czy boimy się elektrowni atomowych?” Semestr I / rok szkolny 2010 / 2011. Promieniowanie a.
E N D
Dane informacyjne Katolickie Liceum Ogólnokształcące Grupa 97/11_MF_G2 Opiekun: Marta Fenrych Kompetencja – matematyczno – fizyczna Temat projektowy:„Czy boimy się elektrowni atomowych?” Semestr I / rok szkolny 2010 / 2011
Promieniowanie a Promieniowanie alfa jest to strumień jąder helu. Charakteryzuje się małą przenikliwością. Jest to rodzaj promieniowania jonizującego. Cząstka alfa składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów.
Promieniowanie b Promieniowanie beta jest strumieniem elektronów lub pozytonów poruszającą się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Cząstka beta jest to pozyton lub elektron.
Promieniowanie g Promieniowanie gamma jest wysokoenergetyczną formą promieniowania elektromagnetycznego. Przyjmuje właściwości przenikliwe i jonizujące. Wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych. Cząstka gamma jest elektrycznie obojętna i nie posiada własnego wzoru.
Bomba atomowa • Bomba atomowa wykorzystuje energie reakcji rozszczepienia jądra atomowego. Zachodzi ona gdy jądra pierwiastków ciężkich takich jak uran bądź pluton, bombardujemy neutronami. Po przekroczeniu masy krytycznej (zapadnięciu się lub połączeniu odpowiedniej ilość materiału rozszczepialnego za pomocą konwencjalnego materiału wybuchowego) zachodzi reakcja łańcuchowa polegająca na dalszym rozszczepianiu jąder. Wysoka temperatura i energia wybuchu rozpraszają pozostały materiał promieniotwórczy po 1 mikrosekundzie o rozpoczęcia wybuchu. • Do efektów wybuchu jądrowego należy: • - fala uderzeniowa- pochłania około 50% energii wybuchu, tworzą ją naprzemienne fale wysokiego i niskiego ciśnienia. Rozchodzi się promieniście od źródła i może się odbijać. Wywołuje podmuch, wahania ciśnień i grzmot. • - promieniowanie cieplne- pochłania ok. 34% energii wybuchu • opad promieniotwórczy- pochłania ok. 10% energii wybuchu. Może utrzymywać się od kilku dni do kilkudziesięciu lat • - promieniowanie przenikliwe- pochłania ok. 4% energii wybuchu • - promieniowanie elektromagnetyczne- pochłania ok. 1% energii wybuchu
Pierwiastki promieniotwórcze to dość nieścisłe określenie tych pierwiastków chemicznych występujących w przyrodzie, które posiadają naturalne izotopy nietrwałe. Najczęściej tego terminu używa się w stosunku do pierwiastków posiadających izotopy o krótkim okresie połowicznego rozpadu, a więc charakteryzujących się poziomem promieniotwórczości mającym zauważalny wpływ na otoczenie.
URAN W uranie naturalnym występują głównie dwa izotopy 235U (mniej niż 1%) i 238U (ponad 99%). Izotop 235U ulega rozszczepieniu spontanicznemu oraz pod wpływem neutronów termicznych (rozszczepienie jądra atomowego) . Izotop 238U pochłania neutrony i następnie przekształca się w 239Pu (pluton), który jest rozszczepialny. Syntetyczny izotop 233U jest rozszczepialny, otrzymuje się go przez bombardowanie 232Th neutronami.
WYSTĘPOWANIE Uran występuje na ziemi naturalnie w postaci związków chemicznych w ilości 2,4 ppm. Można znaleźć go w skałach, glebie, wodzie, roślinach, zwierzętach a nawet w ciele ludzkim. Występuje także w większym stężeniu w minerałach, najważniejszymi minerałami uranu są: blenda uranowa uraninit UO2 + UO3 karnotyt K2(UO2)2(VO4)2•2H2O Największe złoża rud uranu znajdują się w: Kongo (Wyżyna Katanga), Północnej Kanadzie, USA (Utah, Kolorado), w Jachymowie w Czechach, Turkiestanie, TiujiMujun, Tybecie.
Konfiguracja elektronowa uranu Krążek uranu Bryłka rudy uranu
PLUTON Pluton to transuranowiec, radioaktywny metal, po raz pierwszy wytworzony i zbadany przez zespół kierowany przez amerykańskiego chemika Glenna T. Seaborga w 1941 roku. Uczeni wykorzystali uran, który bombardowali jądrami deuteru (izotop wodoru). Ze względu na tajność Projektu Manhattan pracę na temat pierwiastka opublikowano dopiero w 1946 roku. Najważniejszym jego izotopem jest 239Pu, stosowany do produkcji broni i w energetyce jądrowej. Pluton
WYSTEPOWANIE Otrzymywany jest sztucznie, aczkolwiek stwierdzono występowanie jego śladowych ilości w rudach uranu. Występuje tam w postaci izotopu 239Pu, powstającego jako produkt naturalnych reakcji jądrowych, oraz cięższego 244Pu. Ten izotop ma okres połowicznego rozpadu ponad 80 milionów lat i jest najcięższym z pierwotnych nuklidów występujących na Ziemi.
Bomba wodorowa • Bomba termojądrowa, zwana bombą wodorową (ang. H-bomb) jest bombą, w której głównym źródłem energii wybuchu jest reakcja termojądrowa zachodząca podczas jej wybuchu. Bomby wodorowe mają największą, z dotychczas skonstruowanych bomb, siłę wybuchu równoważną wybuchowi setek milionów ton trotylu (megaton).
Atol Eniwetok W dniu 1 listopada 1952 amerykańscy fizycy pod kierunkiem Edwarda Tellera doprowadzili na atolu Eniwetok do pierwszego wybuchu bomby termojądrowej. Bomba wykorzystywała deuter i tryt jako paliwo termojądrowe. Siłę wybuchu oszacowano na 10 megaton (MT) czyli około 700 bomb jądrowych zrzuconych na Hiroszimę.Reakcja termojądrowa, to synteza jąder lekkich pierwiastków, w wyniku której powstają jądra cięższe o większej energii wiązania w przeliczeniu na jeden nukleon.
IvyMike • Ivy Mike - nazwa kodowa (kryptonim) nadana pierwszej próbnej eksplozji termojądrowej przeprowadzonej 1 listopada 1952 roku na atolu Eniwetok należącym do Stanów Zjednoczonych. Była to pierwsza eksplozja przeprowadzona w ramach "Operacji Ivy".
Zasada działania Reakcja termojądrowa to synteza jąder lekkich pierwiastków, w wyniku której powstają jądra cięższe o większej energii wiązania w przeliczeniu na jeden nukleon. Warunkami umożliwiającymi reakcję syntezy jest silne rozpędzenie jąder atomowych (wysoka temperatura) oraz duża koncentracja odpowiednich jąder. Warunki takie uzyskuje się przez wybuch bomby jądrowej, w centrum której umieszczono materiał do syntezy termojądrowej.
Schemat głównych reakcji zachodzących w bombie termojądrowej 6Li + n → 4He + T + 4,8 MeV T + D → 4He +n + 17,6 MeV D + D → T + p + 4 MeV D + D → ³He + n + 3,3 MeV Zasadnicze znaczenie mają dwie pierwsze reakcje, tworzą one samopodtrzymujący się cykl. Pierwsza dostarcza tryt dla drugiej, a druga neutrony dla pierwszej. Dwie pozostałe reakcje zachodzą z mniejszą częstością.
Typy ładunków termojądrowych • Bomba o konstrukcji wyżej opisanej jest nazywana bombą o ładunku dwufazowym. Faza I – reakcja rozszczepienie uranu lub plutonu, faza II – synteza helu. • W pierwszej i w drugiej fazie wybuchu ładunku wydziela się znaczna ilość szybkich neutronów. Większość z nich ucieka poza obszar wybuchu. Neutrony te można wykorzystać do inicjowania rozszczepienia jąder ulegających rozszczepieniu w wyniku bombardowania szybkimi neutronami. • W wersji trójfazowej ładunek o konstrukcji opisanej wyżej otacza się dodatkową powłoką z izotopu 238 uranu lub 232 toru, która spełnia w pierwszym etapie rolę ekranu odbijającego neutrony, a następnie sama ulega rozszczepieniu. Izotopy te nie ulegają łańcuchowej reakcji rozszczepienia, ale w końcu bombardujące je szybkie neutrony powstałe w pierwszych dwóch etapach powodują ich rozszczepienie, co znacznie zwiększa sumaryczną moc wybuchu. • Specjalnym rodzajem ładunku termojądrowego jest bomba neutronowa. Siła jej wybuchu jest relatywnie niewielka, małe jest również skażenie promieniotwórcze terenu. Czynnikiem niszczącym jest natomiast promie- niowanie neutronowe, zabójcze dla żywych organizmów.
Skutki eksplozji termojądrowej • W wyniku eksplozji wielostopniowej bomby wodorowej o mocy 20 MT, kula ognia (fireball) ogarnie obszar w odległości ok. 3 km w każdym kierunku od punktu detonacji (ground zero). W odległości do 6,4 kilometra, podmuch powietrza spowoduje skokowy wzrost ciśnienia do 0,44 MPa zaś prędkość wiatru przekroczy 1040 km/h. Spowoduje to zdruzgotanie nawet ukrytych pod ziemią schronów przeciwbombowych. Na dystansie 26,6 km od miejsca detonacji, rozszerzająca się fala cieplna zdolna będzie do zapalenia wszystkich palnych materiałów na swej drodze - domów, ubrań, roślin, paliw, itp., wzniecając setki tysięcy pożarów, zaś siła wiatru na tym obszarze przekroczy prędkość 160 km/h, co zamieni pożary w ogromną "burzę ogniową" i rozniesie ją na odległość 48 km, co stanowi łączny obszar 1280 km². Szacunki ofiar w ludziach dla ok. 3 milionowej strefy metropolitalnej wielkości San Diego wynoszą ok. 1 miliona zabitych osób w ciągu kilku minut i 500 000 rannych od uderzeń niesionych wiatrem płonących szczątków, ciężko poparzonych, z utratą słuchu, wzroku, czy też spowodowanym olbrzymim ciśnieniem powietrza pęknięciem płuc.
BUDOWA JĄDRA ATOMOWEGO SPIS TREŚCI BUDOWA REAKTORA ATOMOWEGO
BUDOWA REAKTORA ATOMOWEGO W większości elektrowni atomowych, energia rozszczepienia zbogaconego uranu jest odbierana przez wodę, która w zależności od reaktora: odparowuje lub nie (jeśli jest pod wysokim ciśnieniem - reaktory ciśnieniowe). Najczęściej czynnik podgrzany w reaktorze, przekazuje ciepło wodzie w wytwornicy pary, która dzieli cały układ na obieg pierwotny i wtórny. Wytworzona w wytwornicy para napędza turbozespół (generator synchroniczny prądu elektrycznego przeznaczony do pracy z turbiną parową lub gazową). Wykorzystywany w elektrowniach jako przetwornik energii. Razem z turbiną nazywany turbozespołem. Typowy reaktor jądrowy zbudowany jest z rdzenia, reflektora neutronów oraz osłon biologicznych. Sam rdzeń zawiera pręty paliwowe, pręty regulacyjne (pochłaniają nadmiar neutronów), pręty bezpieczeństwa, moderator (zmniejsza energię neutronów), kanały chłodzenia i kanały badawcze.
Zadania z promieniotwórczości • W ciągu 12 godzin liczba jąder pierwiastka promieniotwórczego maleje ośmiokrotnie. Oblicz okres połowicznego rozpadu tego pierwiastka jest równy: • t=12h • x =1/8 • 1 -> ½ • 2 -> ¼ • 3 -> 1/8 • 12:3=4 • Odp. Okres połowicznego rozpadu wynosi 4h.
Zadania c.d. W wyniku trzech przemian a i dwóch b- z jądra powstanie: Odp.
bibliografia • www.sciaga.pl • www.if.pw.edu.pl • www.bryk.pl • Podręcznik „Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych kurs podstawowy z elementami kursu rozszerzonego…” wyd. ZamKor
