ENERGETYKA JĄDROWA

1. ENERGETYKA JĄDROWA TADEUSZ HILCZER

2. Historia

3. Wstęp • Historia energetyki jądrowej jest związana z rozwojem fizyki jądrowej pierwszej połowy XX wieku. • Wybuch II Wojny Światowej spowodował, że olbrzymi wysiłek umysłu oraz olbrzymie środki materialne zostały skierowane na zastosowanie militarne energii jądrowej. • W pracach badawczych i teoretycznych brali udział praktycznie wszyscy wybitni fizycy tego okresu, w tym prawie wszyscy laureaci Nagrody Nobla. • Właściwy rozwój energetyki jądrowej nastąpił dopiero w drugiej połowie XX wieku. • Do rozwoju przyczyniło się doświadczenie zdobyte przy opracowaniu zastosowań militarnych. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

4. Albert Einstein (1879-1955) – NN 1921 Niemcy E = mc2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

5. Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922 Wielka Brytania • Teoria budowy atomu wodoru Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

6. 1919

7. Ernest Rutherford (1871-1937) – NN 1908 Wielka Brytania • Zrealizował pierwsze sztuczne rozbicie jądra azotu za pomocą cząstki  Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

8. Rozbicie jądra azotu • „...Musimy dojść do wniosku, że atom azotu zostaje rozbity pod wpływem wielkich sił, które pojawiają się podczas zderzenia z szybka częstą a i że atom wodoru, który się uwalnia, był składnikiem jądra azotu...” E. Rutherford, Phil.Mag. 37, 581 (1919) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

9. W pracowni Rutherforda Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

10. W pracowni Rutherforda raz raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

11. W pracowni Rutherforda W pracowni Rutherforda dwa dwa raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

12. W pracowni Rutherforda trzy trzy Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

13. W pracowni Rutherforda W pracowni Rutherforda sto sto raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

14. W pracowni Rutherforda W pracowni Rutherforda co?? dosyć, więcej nie mogę raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

15. W pracowni Rutherforda W pracowni Rutherforda raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

16. Ernest Rutherford (1871-1937) – NN 1908 3 czerwca – Wielka Brytania • ….w jądrze atomowym powinna znajdować się jakaś cząstka, o stosunkowo dużej masie, pozbawiona ładunku „BakerianLecture” Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

17. Wolfgang Pauli (1900-1958) – NN 1945 • „Zakaz Pauliego” Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

18. 1927

19. Werner Heisenberg (1901-1976) – NN 1932 • Zasada nieokreśloności Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

20. 1930

21. Walther Bothe (1891-1957) – NN 1945Herbert Becker Niemcy • Bombardowali lekkie pierwiastki cząstkami  ze źródła polonowego • Przy bombardowaniu berylu zauważyli słabe lecz przenikliwe promieniowanie, nazwane przez nich „promieniowanie berylowe” • Początkowo uważali „promieniowanie berylowe” za strumień promieniowania  Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

22. Doświadczenie Bothego-Beckera • „...promieniowanie berylowe bardziej przenikliwe niż zwykłe promienie g, powstaje przy naświetlaniu berylu cząstkami a z radu...” • H.Becker, Z,Phys, 6, 29,310 (1930) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

23. Igor. J. Tamm (1895-1971) – NN 1958 ZSRR • Badał rozproszenie kwantów na cząstkach Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

24. 1931

25. Irena Joliot-Curie (1897-1956) – NN 1935Fryderyk Joliot-Curie (1900-1958) – NN 1935 Pod koniec roku - Francja • ... „promieniowanie berylowe” wybija protony z parafiny Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

26. 1932

27. James Chadwick (1891-1974) – NN 1935 Luty – Wielka Brytania • Badał prędkości z jakimi były wybijane protony i inne jądra odrzutu z różnych substancji. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

28. James Chadwick (1891-1974) – NN 1935 • Stosując teorię zderzeń wyliczył, że „promieniowanie berylowe” składa się z cząstek o masie bliskiej masy protonu lecz pozbawione jest ładunku elektrycznego • Potwierdził hipotezę Rutherforda o istnieniu elektrycznie obojętnej ciężkiej cząstki, o masie protonu i elektronu, nazwanej neutronem. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

29. Leo Szilard (1898-1974) 12 września – Wielka Brytania • Wygłosił pogląd, że jest możliwe wywołanie reakcji łańcuchowej na skutek pochłaniania neutronów przez jądra atomowe z równoczesnym wydzieleniem dużych ilości energii Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

30. 1934

31. Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938 • Badał wpływ neutronów na różne pierwiastki - od lekkich aż do najcięższego wówczas znanego pierwiastka – uranu • Opracował metodę spowalniania neutronów Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

32. Prace Fermiego • Fermi zakładał, że wychwyt neutronu przez jądro atomowe o liczbie porządkowej Z na skutek późniejszego rozpadu b prowadzi do powstania jądra o liczbie atomowej Z+1. • Badanie procesów wychwytu neutronu wykazało, że gdy bombardowane jest ciężkie jądro (A > 200) a w otoczeniu znajduje się materiał bogaty w wodór (np. parafina) wówczas obserwowana jest szczególnie wysoka emisja promieniowania b. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

33. Prace Fermiego • Do identyfikacji uzyskanych w reakcjach z neutronami izotopów promieniotwórczych stosowano metodę analizy radiochemicznej. • Metoda ta polega na tym, że do jąder-tarczy dodaje się dokładnie znaną masę trwałego izotopu pierwiastka, który jest przewidywany jako produkt reakcji jądrowej. • Po reakcji jądrowej metodami chemicznymi wydziela się dodany pierwiastek i stwierdza, czy zawiera dodatkowo izotop promieniotwórczy. • Istnienie takiego izotopu pozwala wnioskować o schemacie reakcji jądrowej. • W trakcie doświadczeń stwierdzono, że uran rzeczywiście wychwytuje neutron. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

34. Prace Fermiego • Próby zidentyfikowania pierwiastka otrzymanego po wychwycie neutronu przez uran metodami radiochemicznymi nie dały jednak spodziewanych rezultatów. • Oczekiwano, że neutrony połączą się z jądrem, tworząc nietrwały, cięższy izotop, który emitując promieniowanie b- utworzy jądro transuranowe: • Oczekiwane jadro nazwano neptunem które w wyniku przemiany b miało przekształcić się w kolejne jądro - pluton. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

35. Otto Hahn (1879-1968) – NN 1945Lise Meitner (1078-1968) • Prowadzili w Berlinie prace podobne do prac Fermiego. • Również byli przekonani, że w wyniku oddziaływania neutronów na jądro uranu powstaje jądro transuranowca. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

36. Leo Szilard (1898-1964) 4 lipca – Wielka Brytania Opatentował: - technologię wykorzystania neutronów - reakcję łańcuchową - koncepcję masy krytycznej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

37. 1935

38. Ida Noddack (1896-1978) • Zaproponowała inną interpretację wyników doświadczeń Hahna-Meitner. • W pracy opublikowanej w Z.f.Angew.Chemie, zasugerowała możliwość rozpadu ciężkiego jądra na mniejsze fragmenty. • Ta możliwość nie została uznana za prawdopodobną. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

39. Igor W. Kurczatow (1896-1978) ZSRR • Odkrył długożyciowe izomery jądrowe Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

40. 1938

41. Lise Meitner → Fritz Strassmann Dnia 13 lipca Lise Meitner (z pochodzenia żydówka) musiała opuścić Berlin. Jej miejsce w laboratorium Hahna zajął radiochemik Fritz Strassmann Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

42. Aparatura Hahna i Strassmanna Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

43. Irena Joliot-Curie (1897-1956) NN 1935Pavel Savitsch (1909) Wrzesień 1938 • Opublikowali wyniki analizy • jeden z powstałych produktów przy bombardowaniu uranu neutronami ma własności chemiczne podobne do lantanu. • Hipoteza • izotop powstałego transuranowca. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

44. Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945Fritz Strassmann (1902-1980) Koniec roku 1938 – Niemcy • Wykazali, że powstały na skutek pochłonięcia neutronu przez uran nietrwały izotop który ulega rozpadowi b, jest chemicznie podobnie do radu. • Uran (Z=92) przemieniając się w rad (Z=88) musiałby wyemitować dwie cząstki a. • Nie wykryto obecności cząstek a. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

45. Otto Hahn do Lisy Meitner (Szwecja) 19-go grudnia, Berlin ... izotopy radu zachowują się nie jak rad tylko jak bar... Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

46. Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945Fritz Strassmann (1902-1980) 28 grudnia 1938 – Niemcy • Po powtórzeniu i dokładnej analizie poprzednich badań stwierdzili z całą pewnością, że w wyniku oddziaływania neutronu z uranem powstaje promieniotwórczy izotop baru. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

47. Otto Hahn do lisy Meitner (Szwecja) 28-go grudnia, Berlin ... czy to możliwe, że uran się rozpadł ? Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

48. Lise Meitner (1878-1968)Otto Frisch (1904-1979) 30 grudnia 1938 – Szwecja • Prawidłowa interpretacja doświadczenia Hahna i Strassmanna: • rozszczepienie jądra uranu • Nowy typ przemiany jądrowej, polegającej na rozpadzie jądra uranu na dwie, prawie równe części. praca ukazała się 11 lutego 1939 w Nature Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

49. Rozszczepienie jądra uranu • Proces ten otrzymał nazwę rozszczepienia jądra. • Z zachowania ładunku wynika, że oprócz baru (Z=56) musiało powstać jadro kryptonu (Z=36) (92 - 56 = 36) • Na podstawie znanych średnich energii wiązania oszacowali energię kinetyczną, unoszoną przez produktu rozpadu. • W przedziale jąder ziem rzadkich średnia energia wiązania jest około 8,5 MeV/nukleon, dla uranu 7,5 MeV/nukleon. • Przy rozszczepieniu jądra uranu łączna energia kinetyczna powstałych fragmentów jest rzędu 200 MeV. • Energia około 10 razy większa niż największa energia wydzielana w znanych poprzednio reakcjach jądrowych Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

50. 1939