ELEKTROWNIE ATOMOWE

1. ELEKTROWNIE ATOMOWE by Andrzej Pragacz

2. Elektrownie Atomowe • Promieniotwórczość • Rozszczepianie jąder atomowych • Energetyka Jądrowa • Rodzaje reaktorów jądrowych • Katastrofa w Czarnobylu

3. Promieniotwórczość • Jądra atomowe, szczególnie te bardzo duże i ciężkie (czyli zawierające dużą ilość nukleonów - protonów i neutronów) są często nietrwałe i rozpadają się, podobnie jak rozpadłaby się duża budowla, której ściany nośne byłyby zbyt wątłe. Wiele jąder rozpadając się, wyrzuca przy tym mniejsze z siebie cząstki. Zjawisko to nazywamy promieniotwórczością. • Nietrwałe jądro może wyrzucić z siebie cząstkę • α (alfa) • β (beta) • Ponadto podczas rozpadu emitowane jest promieniowanie γ (gamma), będące promieniowaniem elektromagnetycznym o wysokiej częstotliwości << do menu

4. Jądro atomu Cząstka α Promieniowanie γ Promieniowanie Alfa nietrwałe jądro atomu zawierające mało neutronów ulega rozpadowi alfa. Rozpad α polega na wyrzuceniu cząstki zbudowanej z 2 protonów i 2 neutronów zwanej cząstką α W rezultacie otrzymujemy pierwiastek o liczbie masowej zmniejszonej o 4 i o liczbie atomowej zmniejszonej o 2 Podczas rozpadu emitowane jest także promieniowanie gamma << do menu

5. Jądro atomu Cząstka β Promieniowanie γ Promieniowanie Beta nietrwałe jądro atomu zawierające dużo neutronów ulega rozpadowi beta. Rozpad β polega na wyrzuceniu elektronu (na skutek rozpadu neutronu na proton i elektron) zwanego cząstką β W rezultacie otrzymujemy pierwiastek o tej samej liczbie masowej i o liczbie atomowej zwiększonej o 1 Podczas rozpadu emitowane jest także promieniowanie gamma << do menu

6. Rozszczepianie Jąder Atomowych • W roku 1938 dwaj niemieccy naukowcy Otto Hahn i Fritz Strassmann dokonali podniecającego odkrycia. Ostrzeliwując neutronami jądra atomowe uranu stwierdzili oni, że niektóre z tych jąder zostały rozszczepione na dwie prawie równe części. Neutrony, jak małe pociski przenikając w większe jądra rozbiły je. << do menu

7. Rozszczepianie Jąder c.d. • Przykładowo jądro U-235 (uranu-235) przekształca się w jądro przejściowe uranu-236, które następnie rozpada się np. na jądro baru-144, jądro kryptonu-90 oraz dwa nowe neutrony. • I tu stwierdzamy ubytek masy, który zgodnie ze wzorem Einsteina E = mc2 odnajduje się w postaci potężnej porcji energii, tzw. energii jądrowej. Można też tak powiedzieć, że energia wiązania, która zespalała duże jądro, została częściowo uwolniona. • Energia cieplna wytworzona podczas zderzeń uwolnionych cząstek jest wykorzystywana w reaktorze jądrowym << do menu

8. Rozszczepianie Jąder c.d 2 • Wyobraźmy sobie, co dzieje się z uwolnionymi neutronami. Powodują one rozszczepienie następnych jąder, powodując uwolnienie następnych neutronów itd. Liczba rozbitych jąder narasta lawinowo. Ten proces, zwany reakcją łańcuchową, ma zastosowanie w bombie jądrowej. Dla jej zapoczątkowania konieczna jest określona minimalna masa paliwa jądrowego, zwana masą krytyczną. Np. dla uranu-235 wynosi ona ok. 23 kg. • W reaktorze jądrowym zachodzi podobny proces, tylko że kontrolowany. << do menu

9. Energetyka Jądrowa • energetyka jądrowa pokrywa 5.5% światowego zapotrzebowania na energię, a 17% na energię elektryczną. • W 31 krajach świata pracują 432 reaktory energetyczne o łącznej mocy 340 343 MW(e). • W budowie jest 48 reaktorów o mocy 38 900 MW. • Najwięcej reaktorów energetycznych pracuje w USA - 109 o mocy 99 GW(GigaWatów). Na drugim miejscu jest Francja z 56 reaktorami o łącznej mocy 58.6 GW. Najwięcej nowych elektrowni jądrowych budują obecnie "tygrysy" gospodarcze Dalekiego Wschodu: Korea Południowa oraz Japonia. • W Niemczech energetyka jądrowa pokrywa 27% zapotrzebowania na energię elektryczną. a we Francji aż 73% << do menu

10. Mapa Elektrowni jądrowych << do menu

11. Rodzaje reaktorów Jądrowych • Reaktor wodny wrzący • Reaktor wodny ciśnieniowy • Reaktor powielający • Reaktor wysokotemperaturowy • Reaktor jednorodny << do menu

12. Reaktor wodny wrzący • W reaktorze wodnym wrzącym woda zamieniona w reaktorze na parę pod ciśnieniem około 7MPa napędza turbinę, która dostarcza generatorowi energii potrzebną dowytworzenia prądu. • każdy reaktor zawiera takie materiały, jak bor lub kadmw postaci prętów, które pochłaniają neutrony. << do menu

13. Reaktor wodny ciśnieniowy • Woda ta krąży w obiegu pierwotnym i w odpowiedniej wytwornicy pary ogrzewa wodę obiegu wtórnego, a zatem nie styka się z nią bezpośrednio. Woda obiegu pierwotnego schładza się przy tym z 330C do 290C. • Woda obiegu wtórnego wrze i wytworzoną parą napędza turbinę i generator. << do menu

14. Reaktor powielający • Jądra U-238 mogą wchłaniać neutrony, przemieniając się przy tym w jądra plutonu, które można łatwo rozszczepić i wykorzystać do produkcji energii. Reaktor powielający wykorzystuje tą własność. Jako materiał rozszczepialny jest w nim stosowany Pluton-239 • Reaktor chłodzony jest ciekłym sodem, który dobrze przewodzi ciepło. << do menu

15. Reaktor wysokotemperaturowy • Stosowane paliwo ma postać drobnych granulek, które następnie zasklepia się w kulach grafitowych wielkości piłki tenisowej. Wytworzone w reaktorze ciepło podgrzewa gaz do około 900C. • Podgrzany gaz z kolei odparowywuje wodę, która napędza turbinę. Reaktor taki posiada wysoką sprawność. << do menu

16. Reaktor jednorodny • W tym przypadku rdzeń reaktora jest wypełniony roztworem wodnym jakiegoś pierwiastka, będącego paliwem jądrowym, np. siarczanu uranylu UO2SO4, lub inną cieczą, a nawet proszkiem. Zaletami takiego reaktora uniknięcie trudnej i kosztownej produkcji prętów paliwowych i kłopotów związanych z wymianą prętów. << do menu

17. Katastrofa w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 roku reaktor Czarnobylski zaczął się topić. Przyczyną był błąd człowieka i wady konstrukcyjne reaktora tego typu. Tamtej fatalnej nocy pracownicy elektrowni przeprowadzali doświadczenie, które miało polegać na stopniowym zmniejszaniu mocy reaktora. Aby się powiodło, wyłączono większość automatycznych systemów zabezpieczeń. W pewnym momencie reakcja zachodząca w reaktorze wymknęła się spod kontroli. Wewnątrz reaktora znajdowało się 1500 ton łatwo palnego grafitu. I to on wywołał pożar spowodował niekontrolowane uwalnianie się do otoczenia i do atmosfery dużej ilości substancji promieniotwórczych, które przesuwały się z masami powietrza i stopniowo osiadały na ziemi << do menu

18. Skutki katastrofy Najpoważniejsze są konsekwencje zdrowotne. Zachorowało około 30 tys. ludzi spośród 400 tys. "likwidatorów" - robotników zatrudnionych przy zakopywaniu najbardziej niebezpiecznych odpadów i budowie specjalnego budynku wokół zniszczonego reaktora. Stan zdrowia 5 tys. osób nadal uniemożliwia im podjęcie pracy. Trudno określić, nawet w przybliżeniu, ile osób poniosło śmierć w wyniku katastrofy. Skupiska ludzkie uległy dezintegracji. Ukraiński oddział Greenpeace porównywał śmiertelność w różnych społecznościach przed i po wypadku. Liczbę zmarłych oszacowano w ten sposób na 32 tys. Inne źródła podają liczby większe lub mniejsze, jednak ustalenia Greenpeace uważane są za najrzetelniejsze. Pewne, może nawet liczne zgony mogły być następstwem olbrzymiego stresu, którego doświadczyli mieszkańcy skażonych obszarów. << do menu

19. KONIEC Powrót do początku Prezentacji