DANE INFORMACYJNE

2. DANE INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: ZESPÓŁ SZKÓŁ NR 2 IM. PRZYJAŹNI POLSKO - NORWESKIEJ • ID grupy: 97/9_MF_G2 • Kompetencja: MAT - FIZ • Temat projektowy: Czy boimy się elektrowni atomowych ? • Semestr/rok szkolny: SEMESTR 5 - ROK SZKOLNY 2011/2012

3. Nasza grupa 97/9_MF_G2

4. Temat na czasie : Czy boimy się elektrowni atomowych ? Mamy 2012 rok, minęło 26 lat od awarii w Czarnobylu, było po drodze jeszcze kilka mniejszych awarii, przeżyliśmy dramat japońskiej Fukushimy. Mamy odpowiedzieć na niby proste pytanie, ale jakże jednak trudne w jednoznacznej odpowiedzi. Z jednej strony każdy wie, ze energia jest potrzebna, że złoża naturalne nie są nieskończone, że efekt cieplarniany się pogłębia, że musimy szukać źródeł alternatywnych, że powinniśmy sięgnąć po atom. W całej tej opowieści w naszym projekcie , jest wiele za , wiele przeciw. Musimy odpowiedzieć sobie i naszym uczniom, na postawione pytanie.

5. Budowa jądra atomowego  JĄDRO ATOMOWE Rozmiary, odległości: 1fm = 10-15 m (1 fermi) Masy, energie (E = mc2): eV, keV, MeV, GeV, TeV 1eV = 1,6 . 10-19 J, c = 3 . 108 m/s Masy cząstek: MeV, GeV (lub MeV/c2, GeV/c2) Pędy: MeV/c, GeV/c Masy nuklidów: 1 u = 1 jednostka masy atomowej 1 u = 1/12 masy 12C 6 1 u = 1,66053 . 10-27 kg = 931,481 MeV/c2 me = 0,511 MeV masa elektronu (spoczynkowa) mp = 938,28 MeV masa protonu (spoczynkowa) mn = 939,57 MEV masa neutronu (spoczynkowa)

6. Jak to jest w mikroświecie 

7. Defekt masy – dziwne  Defekt masy m – jest to różnica pomiędzy sumą mas cząstek wchodzących w skład jądra a masą spoczynkową jądra. Masa spoczynkowa jądra jest zawsze mniejsza od sumy mas cząstek wchodzących w skład jądra, tzn. jeżeli zsumujemy masy protonów i neutronów i odejmiemy od tego masę jądra którą obliczamy odejmując masę elektronów od masy podanej w układzie okresowym, uzyskamy liczbę dodatnią, czyli defekt masy – tak jakby „masę wiązań jądrowych”. Implikując mamy wzór: Objaśnienia literek: Z-liczba atomowa, N – ilość protonów (A-Z), mp – masa protonu, mn – masa neutronu, ma – liczba masowa z tablic okresowych, me – masa elektronu. Istnienie różnicy mas związane jest z tym, że rozbicie jądra na składniki wymaga pokonania sił przyciągania, a więc wykonania pracy – A.J. I teraz to, co każdy zna: E=mc kwadrat

8. Sesja naukowa – Zanurzeni w morzu promieniowania Pracujemy nad scenariuszem sesji naukowej , zatytułowanej „Zanurzeni w morzu promieniowania” Będzie to naukowa i teatralna uczta dla naszych uczniów. Część pierwsza, to wykład pana dr Wiesława Gorączko z Politechniki Poznańskiej pt. Energetyka jądrowa – perspektywy dla Polski. Część teatralna to przedstawienie pt. Chemia radu, polonu i miłości” oparte na życiu naszej słanej rodaczki Marii Skłodowskiej – Curie . Dużo czasu zajęły nam próby, ale było cudnie 

12. Reakcje jądrowe Reakcją jądrową nazywamy proces wynikający z oddziaływania cząstki jądrowej (może nią być cząstka elementarna, jak np. nukleon, mezon, foton lub cząstka złożona, np. deuteron, cząstka α czy też każde inne jądro atomowe, tzw. ciężki jon) z jądrem atomowym. W wyniku zajścia reakcji jądrowej bombardowane jądro tarczy może pozostać bez zmiany, może zostać wzbudzone lub też może powstać inne jądro atomowe w stanie podstawowym czy też wzbudzonym. Procesowi temu towarzyszy zwykle emisja jednej lub wielu cząstek elementarnych lub złożonych. Reakcje jądrowe zachodzą stosunkowo szybko - w czasie od 10-23s do 10-15s. Stosują się do nich wszystkie klasyczne prawa zachowania obowiązujące powszechnie w fizyce (prawo zachowania energii, pędu, momentu pędu, ładunku), ponadto kwantowy charakter procesu, wynikający z małych rozmiarów oddziałujących obiektów oraz małych wartości wymienianej energii, narzuca dodatkowe prawa zachowania (np. parzystości funkcji falowej).

13. Z zasady zachowania energii wynika, że ubytek lub zysk całkowitej energii kinetycznej cząstek biorących udział w reakcji może mieć źródło tylko w zysku lub ubytku łącznej masy cząstek. Różnica łącznej masy cząstek wchodzących w reakcję i łącznej masy produktów reakcji zwana jest ciepłem reakcji. Znajomość ciepła reakcji pozwala przewidzieć kinetyczną energię produktów przy znanej energii kinetycznej cząstki wywołującej reakcję. • Miarą prawdopodobieństwa zajścia określonej reakcji jądrowej jest wielkość zwana przekrojem czynnym. Przekrój czynny jest liczbowo równy prawdopodobieństwu zajścia reakcji w czasie jednej sekundy dla jednostkowego strumienia cząstek wywołujących reakcję (1 cząstka na cm2*s) podzielonemu przez liczbę jąder w bombardowanej próbce. Przekrój czynny przedstawia jakby efektywną powierzchnię przekroju jądra atomowego w badanym procesie. Przemnożony przez liczbę jąder w próbce daje powierzchnię stanowiącą efektywną przegrodę dla wiązki cząstek bombardujących (przy założeniu, że próbka jest na tyle cienka, że wzajemne "przesłanianie" się jąder możemy pominąć.

14. Przekroje czynne na oddziaływanie cząstek bombardujących z jądrami są na ogół rzędu rozmiarów jąder: 10-24cm2 (choć np. dla powolnych neutronów mogą osiągać wartości nawet kilkadziesiąt tysięcy razy większe). Ze względu na małe wartości wprowadzono dla nich miary specjalne, jednostki zwane barnami (1b=10-24cm2). Jądro powstające w wyniku reakcji jądrowej może być utworzone w różnych, ale na ogół ściśle określonych stanach energetycznych (jest to konsekwencją praw kwantowych rządzących mikroświatem, w myśl których dopuszczalne są tylko pewne wartości energii stanów układu). Reakcje jądrowe mogą przebiegać w bardzo różny sposób. Są reakcje szybkie - zachodzące w czasie bliskim czasowi przejścia cząstki przez jądro (10-22 do 10-23s), w innych reakcjach może się tworzyć stan pośredni, trwający stosunkowo długo (10-17 do 10-16s), i dopiero w trakcie jego rozpadu emitowana jest cząstka - produkt reakcji. Cechą charakterystyczną reakcji szybkich, o małych opóźnieniach emisji, jest gładka zależność przekroju czynnego od energii wynikająca ze słabej zależności energetycznej przesunięć fazowych. W przypadku tworzenia się długo żyjących stanów pośrednich sytuacja jest odwrotna - w krzywej wzbudzenia muszą występować silne zmiany, wąskie rezonanse, zdające sprawę z dużych opóźnień.

15. Co to jest reaktor jądrowy ?  Reaktor jądrowy jest to urządzenie służące do wytwarzania kontrolowanej reakcji łańcuchowej, tj. ciągłego pozyskiwania energii z rozszczepiania jąder atomowych. Stan kontrolowanej reakcji jądrowej podtrzymującej się samoczynnie na ustalonym poziomie nazywany jest stanem krytycznym. Jeśli intensywność reakcji narasta, to stan jest nadkrytyczny, gdy wygasa, to stan jest podkrytyczny. Reaktor jest sterowalny i bezpieczny, gdy ma małą, dodatnią reaktywność związaną z neutronami opóźnionymi.

16. Schemat działania 

17. Podział reaktorów  Ze względu na zastosowanie rozróżnia się: 1) reaktory jądrowe badawcze (o małej, tzw. zerowej mocy, wykorzystywane w badaniach naukowych jako silne źródła neutronów). 2) reaktory jądrowe produkcyjne (służące do wytwarzania sztucznych pierwiastków promieniotwórczych na drodze aktywacji, głównie do produkcji plutonu - szczególną klasę tych reaktorów stanowią tzw. reaktory jądrowe powielające, w których paliwo jądrowe w trakcie wypalania przekształca się w inny rodzaj paliwa jądrowego). 3) reaktory jądrowe energetyczne (wytwarzające energię cieplną przekształcaną w energię mechaniczną w napędach nuklearnych okrętów lub w energię elektryczną w energetyce jądrowej). 4) reaktory jądrowe doświadczalne (prototypy nowych rozwiązań technicznych stosowanych w reaktorach jądrowych).

18. Cykl paliwowy , wydobycie uranu Główne ogniwa cyklu paliwowego to : wydobycie rudy uranowej; produkcja koncentratów uranowych; przemiana U3O8 w UF6; wzbogacenie uranu w izotop U-235; wytwarzanie materiałów paliwowych; produkcja elementów paliwowych; wypalenie paliwa w reaktorze; składowanie paliwa wypalonego; przerób paliwa wypalonego; przerób odpadów promieniotwórczych; ostateczne składowanie odpadów promieniotwórczych. Wszystkie operacje, poczynając od wydobycia rudy uranowej do wyprodukowania zestawów paliwowych, prowadzone są przy niskim poziomie promieniowania jądrowego i składają się na tzw. początkową część cyklu. Operacje z paliwem wypalonym, począwszy od wyładowania paliwa z rdzenia reaktora do usunięcia odpadów promieniotwórczych na składowiska prowadzone są przy wysokim poziomie promieniowania jądrowego i nazywa się je końcową częścią cyklu. Cykl paliwowy może być otwarty lub zamknięty. W cyklu paliwowym zamkniętym paliwo wypalone podlega procesowi przerobu w wyniku którego odzyskuje się materiały rozszczepialne nie wypalone do końca w reaktorze. Są one ponownie wykorzystywane do wytwarzania świeżych elementów paliwowych. W cyklu paliwowym otwartym paliwo wypalone nie jest regenerowane. Omija się trudny technologicznie proces przerobu, składując wypalone paliwo w taki sposób, aby w przyszłości istniała możliwość poddania go recyklizacji.

19. Elektrownia atomowa Żarnowiec  Elektrownię, która docelowo miała zajmować obszar 70 ha (z zapleczem budowlanym i obiektami wspierającymi łącznie ok. 180 ha), stanowić miały 4 bloki wyposażone w: Reaktory WWER-440/213 (druga generacja), zaprojektowane w ZSRR, a wyprodukowane w zakładach Škoda Pilzno w Czechosłowacji (przy czym oryginalny projekt radziecki przewidywał 440 MWe mocy brutto, jednak polski Energoprojekt dokonał wielu modyfikacji i ulepszeń, podnosząc moc do 465 MWe) Turbozespoły typu 4K-465 produkcji zakładów Zamech w Elblągu Generatory GTHW-600 produkowane przez Dolmel z Wrocławia Elektrownia miała być zbudowana w dwóch etapach, w każdym miały być oddane do eksploatacji 2 bloki energetyczne. Łączna moc elektryczna brutto miała wynosić 1860 MW (4x 465 MW), dwa etapy realizacji po 2x 465 MW. Moc cieplna pojedynczego reaktora wynosiła 1375 MW.

20. Awarie elektrowni atomowych  Czarnobyl, Ukraina (b. ZSRR) (INES 7)26 kwietnia 1986 roku miała miejsce katastrofa w Czarnobylu, która uzyskała jak na razie najwyższą notę – 7 w skali INES. Nieudany eksperyment z reaktorem RBKM doprowadził do wybuchu i dostania się do atmosfery 190 ton radioaktywnych odpadów. Skażony został obszar o rozmiarach od 125 do 146 tys. km2. Chmura radioaktywnego pyłu dotarła do połowy Europy w tym do Polski. Kilkadziesiąt tysięcy osób zmarło na skutek zachorowań w wyniku napromieniowania.

21. Three Mile Island w Pensylwanii, USA (INES 5)28 marca 1979 r. doszło do największej katastrofy w historii amerykańskiej energetyki jądrowej. W położonej w pobliżu 50-cio tysięcznego miasta Harrisburg elektrowni elektrowni atomowej Three Mile Island doszło do stopienia rdzenia. Jak ustalono, awaria powstała wskutek błędnych decyzji obsługi. Wypadek oceniono na 5 w skali INES. W wyniku katastrofy nikt nie zginął, jednak trzeba było ewakuować około 200 tys. osób. Likwidacja skutków wypadku trwała do 1990 roku. Windscale w Wielkiej Brytanii (INES 5)Jedynym znacznym wyciekiem materiału promieniotwórczego był wyciek z 1958 roku w Windscale w Wielkiej Brytanii. Wyciek głównie promieniotwórczego jodu (131) nie zagrażał życiu, dlatego rząd zadecydował o nieewakuowaniu terenu. Przez pewien czas produkty rolne z przyległego obszaru były niezdatne do spożycia.

22. Kampania społeczna  Polecamy strony internetowe : www.atom.edu.pl www.poznajatom.pl www.swiadomieoatomie.pl www.elektrownia-jadrowa.pl www.elektrownieatomowe.info Na tych stronach można bardzo wiele się dowiedzieć prawdy o atomie, o jego plusach i minusach. Warto poczytać, przeanalizować i mieć swe zdanie na tak ważny temat i nie bać się elektrowni atomowych 