Reakcja rozszczepienia

Transkrypt

1 Reakcje jądrowe

2 Reakcja rozszczepienia W reakcji rozszczepienia neutron powoduje rozszczepienie cięższego jądra na dwa lub więcej mniejsze jadra lżejszych pierwiastków oraz kilka neutronów. Podczas tej reakcji wydziela się energia.

3

4 Reakcja łańcuchowa Uwolnione neutrony mogą wywołać następne reakcje rozszczepienia inicjując w ten sposób reakcję łańcuchową.

5 Reakcja łańcuchowa

6 Reakcja łańcuchowa

7 Masa krytyczna Masa krytyczna materiału rozszczepialnego minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. Orientacyjne masy krytyczne materiału ułożonego w kształcie kuli nieotoczonej substancją odbijającą neutrony dla wybranych izotopów: uran-233: 16 kg uran-235: 52 kg neptun-237: 60 kg pluton-239: 10 kg pluton-240: 40 kg pluton-242: 100 kg

8 Kontrolowana reakcja łańcuchowa Regulacja liczby neutronów - pręty regulacyjne (kadm) pochłaniają neutrony

9 Rdzeń: paliwo jądrowe otoczone moderatorem (spowalniaczem neutronów) W rdzeniu jest wytwarzana w procesie rozszczepienia jądra energia cieplna oraz strumień neutronów, niezbędny do podtrzymywania reakcji łańcuchowej. Reaktor Pozostałe główne elementy reaktora tworzą: reflektor neutronów, osłona termiczna, zbiornik reaktora i osłona biologiczna.

10 Reaktor jądrowy Jest to urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia jąder atomowych. Rdzeń reaktora jądrowego

11 Reaktor jądrowy Na ilustracji widzimy przekrój poprzeczny reaktora w którym zachodzi reakcja rozszczepienia Aby kontrolować szybkość reakcji 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.

12 Reaktor jądrowy - schemat 1. Pręty paliwowe materiał rozszczepialny 3. Kanał chłodzenia - ciekły sód lub woda 2. Moderator ( spowalnia neutrony) - grafit lub tzw. ciężka woda 4. Pręty regulacyjne (kadm pochłania neutrony - ma spowalniać lub przyspieszać reakcję)

13 BUDOWA REAKTORA - zdjęcia

14

15 Problemy energetyki jądrowej Postępowanie z wypalonym paliwem i odpadami promieniotwórczymi a) w świecie zgromadzono ok. 220 tys ton wypalonego paliwa wyprodukowano z niego 70 tys TWh energii elektrycznej b) w Polsce 140 TWh energii na rok daje 25 mln ton popiołów c) składowanie w środowisku wodnym - przez około 50 lat d) składowanie w głębokich formach geologicznych e) przetwarzanie chemiczne f) transmutacja jądrowa długożyciowych izotopów radioaktywnych

16 bomba atomowa Hiroshima :16:02 Nagasaki

17 Stabilizacja lotu bomby Ładunek rozszczepialny Ładunek wybuchowy Dodatkowe źródło neutronów Ładunek wybuchowy W bombie atomowej materiał rozszczepialny (uran, pluton) podzielony jest na fragmenty ukształtowane, by powstające w wyniku rozszczepienia jąder neutrony uciekały poza jego obszar. Szybkość reakcji rozpadu jest mała. Po odpaleniu ładunków wybuchowych ładunki rozszczepialne zbijane są w jeden ładunek o masie większej od tzw. Masy krytycznej. W tej sytuacji więcej neutronów powstaje w trakcie rozpadu, niż wydostaje się na zewnątrz i szybkość reakcji gwałtownie się zwiększa, prowadząc do niekontrolowanego już wybuchu i uwolnienia olbrzymiej energii.

18 1. Lotki stabilizujące 2. Stożek ogona 3. Wloty powietrza (dla detonatora ciśnieniowego) 4. Detonator ciśnieniowy 5. Ołowiana obudowa ekranująca 6. Ramie detonatora 7. Głowica detonatora 8. Konwencjonalny materiał wybuchowy (kordyt) 9. "Pocisk" z Uranu Prowadnica "pocisku" 11. "Tarcza" z Uranu-235 (ze zwierciadłem neutronów) 12. Czujniki telemetryczne 13. Zapalniki(montowane tuż przed zrzutem)

19

20 Wybuch bomby i jego efekt

21 Synteza Synteza jądrowa, fuzja jądrowa, proces łączenia się jąder lekkich pierwiastków w jądra cięższych pierwiastków.

22 Najbardziej wydajne reakcje syntezy termojądrowej 1. H H He n (17,6 MeV ) H H He n (3,27 MeV ) H H H p (4,03 MeV ) He H He p (18,4 MeV ) Li n H He (4,78 MeV ) Li n H He n (2,47 MeV ) Synteza Deuteru i Trytu.

23 Energia wytwarzana przez gwiazdy Wśród trzech gałęzi cyklu p-p najczęstszym (86%) i wytwarzającym najwięcej energii jest cykl : 2 p p H e νe H p He γ 2 3 He He He 2p γ (1,44 MeV) (5,494 MeV) (12,860 MeV)

24 Tokamak Reaktor Syntezy Termojądrowej nazywany jest tokamakiem. Paliwem reakcji jest plazma- IV stan materii.

25 tokamak linie pola magn. uzwojenie pole toroidalne pole typu tokamak pułapka magnetyczna pole poloidalne тороидальная камера в магнитных катушках I.Tamm, A.Sakharov

26 tokamak

27

28 ITER International Thermonuclear Experimental Reactor Caradache w pobliżu Marsylii UE, Japonia, Chiny, Rosja, Korea Płd.

29 Bomba wodorowa Ideę budowy bomby wodorowej jako broni stopniowej (fazowej) opracował w 1951 r. Stanisław Ulam. Pomysł polegał na wykorzystaniu energii uwolnionej przez bombę atomową do wytworzenia odpowiednich warunków umożliwiających syntezę lekkich jąder wysokiej temperatury i ciśnienia. Stanisław Ulam pomysłodawca bomby fazowej.

30

31 Ivy Mike Atol Enewetak

32 Atol Bikini , Castle Bravo, 15 Mton docid=