Ernest Rutherford

1. Ernest Rutherford Jądro Atomowe

2. Życiorys • Rutherford urodził się w Spring Grove niedaleko miasta Nelson w Nowej Zelandii. Studiował w Nelson College, a doktorat otrzymał w Canterbury College (dziś Uniwersytet Canterbury). Głównym polem jego badań była w tym czasie elektryczność. • W roku 1898 Rutherford otrzymał posadę w katedrze fizyki na Uniwersytecie McGill w Montrealu. • W roku 1908 otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla z chemii. • W roku 1907 Rutherford podjął pracę na Uniwersytecie Manchesterskim. Podczas pracy w tym ośrodku wykonał eksperyment Rutherforda. • W roku 1919 Rutherford został szefem Laboratorium Cavendisha. Pod jego nadzorem prowadzono prace, które zostały nagrodzone trzema Nagrodami Nobla. • W roku 1997 sztuczny pierwiastek rutherford został nazwany jego imieniem. .

3. Eksperyment Rutherforda-odkrycie jądra atomowego Na początku 1911 roku odkrył, że atom w ogromnej większości jest pusty. W środku atomu jest duże (w proporcji do rozmiarów elektronów) jądro, a w ogromnej odległości (w stosunku do wielkości jądra), po ściśle określonych orbitach, krążą niewielkie elektrony. Tylko w ten sposób można wytłumaczyć występujące też rzadkie odbicia masywnej cząstki alfa: odbijała się ona tylko w przypadku trafienia w jądro atomu złota. Od razu nasuwała się analogia pomiędzy budową atomu i budową Układu Słonecznego. Inna jest tylko skala zjawiska. Stąd pochodzi nazwa koncepcji Rutherforda: budowa planetarna atomu. Ciągłość materii to złuda. Jądro zajmuje mniej niż jedną bilionową część objętości atomu. To siły elektryczne działające między atomami utrzymują względną spoistość materii. Tak skończyła się epoka fizyki klasycznej, a zaczęła się era fizyki jądrowej.

4. Bomba atomowa Efekt grzyba podczas próbnego wybuchu bomby atomowej na Poligonie Nevada. .

5. Bomba atomowa czerpie swoją energię z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych (np. uranu lub plutonu) na lżejsze pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające się jądra emitują kolejne neutrony, które bombardują inne jądra, wywołując reakcję łańcuchową. • Nazwa bomba atomowa może być myląca, gdyż konwencjonalne chemiczne materiały wybuchowe czerpią swą energię z wiązań atomowych a inne rodzaje broni nuklearnej są nie mniej atomowe. • Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych.

6. Wykorzystanie energii atomowej Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i jest wykorzystywana w energetyce w elektrowniach jądrowych. Najczęściej stosowanym surowcem jest uran-235. Wytwarzana w ten sposób energia wewnętrzna jest wykorzystywana do napędzania turbin generatorów energii elektrycznej. Obecnie ok 7% energii zużywanej przez ludzkość w tym 15,7% energii elektrycznej jest produkowanej z energii jąder atomowych. W Stanach Zjednoczonych ok. 20%, a we Francji aż 80% energii elektrycznej pochodzi z elektrowni jądrowych. Stosowany jest również napęd atomowy (okręty podwodne, lotniskowce). Energia rozpadu promieniotwórczego służy również do zasilania aparatury pomiarowej sond kosmicznych (szczególnie tych, które penetrują peryferyjne obszary Układu Słonecznego).

7. Reaktor Jądrowy Reaktor jądrowy - urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia jąder atomowych. Reakcja rozszczepienia jąder atomowych ma przebieg lawinowy jedna reakcja łańcuchowa może zainicjować kilka następnych. W celu kontrolowania szybkości reakcji tak by przebiegała z jednakową prędkością (mówimy że reakcja ma przebieg łańcuchowy tzn. jedno rozszczepienie inicjuje następne rozszczepienie jądra atomowego) wprowadza się do reaktora substancje pochłaniające neutrony. Są to na przykład bor lub kadm. Substancje te umieszczone są w prętach zwanych regulacyjnymi. Moderator służy do spowalniania neutronów poprzez zderzenia neutronów z jądrami moderatora.

8. Rdzeń Reaktora Jądrowego

9. Elektrownia Jądrowa Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest otrzymywane z reaktora jądrowego. Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni atomowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami atomowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Te gwałtowne zmiany były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem, natomiast w latach 70. na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa bloków jądrowych. Cykl projektowania i budowy elektrowni atomowej trwa około 10 lat, na liczbę uruchamianych w latach 80. reaktorów wpływ miały decyzje podjęte 10 lat wcześniej, a więc najczęściej przed awarią w elektrowni Three Mile Island.