NATURALNY REAKTOR JĄDROWY

Podobne dokumenty
JERZY NIEWODNICZAŃSKI AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA 1

Promieniowanie jonizujące

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

Mariusz P. Dąbrowski (IF US)

Rozszczepienie (fission)

PODSTAWY FIZYCZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Podstawy bezpieczeństwa energetyki jądrowej, ZMIANY REAKTYWNOŚCI I DYNAMIKA REAKTORA

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk

Cykl paliwowy cd. Reakcja rozszczepienia Zjawisko rozszczepienia (własności) Jądrowy cykl paliwowy cd.

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Fizyka jądrowa cz. 2. Reakcje jądrowe. Teraz stałem się Śmiercią, niszczycielem światów. Robert Oppenheimer

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Podstawowe własności jąder atomowych

ELEKTROWNIE. Czyste energie Energetyka jądrowa. Damazy Laudyn Maciej Pawlik Franciszek Strzelczyk

Reakcja rozszczepienia

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 9 Fizyka neutronów i reakcja łańcuchowa

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Reakcje syntezy lekkich jąder

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 40 FIZYKA JĄDROWA

Energetyka Jądrowa. źródło: Wszystko o energetyce jądrowej, AREVA

Czyste energie. Energetyka jądrowa. wykład 13. dr inż. Janusz Teneta. Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej

Reaktor jądrowy. Schemat. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Podstawy bezpieczeństwa energetyki jądrowej, REAKTOR JĄDROWY W STANIE KRYTYCZNYM

Gospodarka wypalonym paliwem jądrowym analiza opcji dla energetyki jądrowej w Polsce

Podstawowe własności jąder atomowych

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Pierwsza eksperymentalna obserwacja procesu wzbudzenia jądra atomowego poprzez wychwyt elektronu do powłoki elektronowej atomu.

Promieniowanie jonizujące

Mody sprzężone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Symulacje Monte Carlo fizyki rdzenia reaktora jądrowego typu PWR

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

Reakcje syntezy lekkich jąder

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Promieniowanie jonizujące

Wykład 41 Liczby magiczne. Model powłokowy jąder

BUDOWA I EWOLUCJA GWIAZD. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

Mody sprzęŝone plazmon-fonon w silnych polach magnetycznych

Rozpad gamma. Przez konwersję wewnętrzną (emisję wirtualnego kwantu gamma, który przekazuje swą energię elektronom z powłoki atomowej)

Neutronowe przekroje czynne dla reaktorów IV generacji badania przy urządzeniu n_tof w CERN

PODSTAWY DATOWANIA RADIOWĘGLOWEGO

Zadanie 3. (2 pkt) Uzupełnij zapis, podając liczbę masową i atomową produktu przemiany oraz jego symbol chemiczny. Th... + α

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

Promieniowanie jonizujące

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Porównanie statystyk. ~1/(e x -1) ~e -x ~1/(e x +1) x=( - )/kt. - potencjał chemiczny

Model elektrowni jądrowej

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Skonstruowanie litowo-deuterowego konwertera neutronów termicznych na neutrony prędkie o energii 14 MeV w reaktorze MARIA (Etap 14, 5.1.

Model kroplowy jądra atomowego

Energetyka jądrowa. 900s. Reakcje wywołane przez neutrony (nie ma problemu odpychania elektrostatycznego)

Fizyka atomowa i jądrowa

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia. Izotopy. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze reakcje jądrowe. jądra atomowe (nuklidy) dzielimy na:

promieniowania Oddziaływanie Detekcja neutronów - stosowane reakcje (Powtórka)

Energetyka Jądrowa. Wykład 10 5 maja Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl

POMIARY STRUMIENI NEUTRONÓW W REAKTORZE MARIA.

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

Pomiar promieniotwórczości gleby w mieście Prypeć na Ukrainie, ewakuowanym i opuszczonym po katastrofie w elektrowni w Czarnobylu.

metoda analityczna, która polega na pobudzaniu (aktywacji) próbki w strumieniu neutronów - w roku 1936 Hevesy i Levi wykazali, że metoda ta może być

Widma atomowe. Fizyka atomowa i jądrowa. Dawne modele atomu. Widma atomowe. Linie emisyjne kwantowanie poziomów energetycznych

przyziemnych warstwach atmosfery.

WPOMAGANIE PROCESU IDENTYFIKACJI RADIACYJNYCH CENTRÓW DEFEKTOWYCH W MONOKRYSZTAŁACH KRZEMU BADANYCH METODĄ HRPITS

Fizyka reaktorów jądrowych i paliwa jądrowe

POMIARY REAKTYWNOŚCI W REAKTORZE MARIA.

Podstawy Fizyki Jądrowej

Prace Departamentu Energii Jądrowej dla Reaktora Maria i Energetyki Jądrowej. Zuzanna Marcinkowska

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

1. Wstęp. Z prasy. Encyklopedia medyczna. Autor: Hayk Hovhannisyan. Tytuł: Badanie transportu radonu w ośrodku porowatym na stanowisku laboratoryjnym

A - liczba nukleonów w jądrze (protonów i neutronów razem) Z liczba protonów A-Z liczba neutronów

rok szkolny 2017/2018

Rozdział 6 Oscylacje neutrin słonecznych i atmosferycznych. Eksperymenty Superkamiokande, SNO i inne. Macierz mieszania Maki-Nakagawy- Sakaty (MNS)

Badanie Gigantycznego Rezonansu Dipolowego wzbudzanego w zderzeniach ciężkich jonów.

Nowe scyntylatory w ochronie granic

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.

MODELOWANIE PRACY REAKTORA WODNO-CIŚNIENIOWEGO PODCZAS PIERWSZEJ KAMPANII PALIWOWEJ 1. WPROWADZENIE

Wykład 7. Odpady promieniotwórcze (część 1) Opracowała E. Megiel, Wydział Chemii UW

Budowa atomu. Izotopy

1. JĄDROWA BUDOWA ATOMU. A1 - POZIOM PODSTAWOWY.

ROZDZIAŁ VI. PODSTAWY FIZYKI REAKTORÓW JĄDROWYCH 1

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

Rozpady promieniotwórcze

Katedra Fizyki Jądrowej i Bezpieczeństwa Radiacyjnego PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 6. Wyznaczanie krzywej aktywacji

HTR - wysokotemperaturowy reaktor jądrowy przyjazny środowisku. Jerzy Cetnar AGH

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Karta zgłoszenia tematu pracy dyplomowej

Transkrypt:

Piotr Bednarczyk Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk NATURALNY REAKTOR JĄDROWY CZY WARTOŚĆ STAŁEJ STRUKTURY SUBTELNEJ ZMIENIA SIĘ W CZASIE? WYKŁAD HABILITACYJNY

ZAGADNIENIA Złoże uranu w Oklo lokalizacja, pochodzenie i datowanie Zagadka deficytu izotopu 235 U w próbkach Rozszczepienie 235 U (krótkie przypomnienie) Warunki pracy i prawdopodobny sposób działania samoistnego reaktora jądrowego Analizy zawartości produktów rozszczepienia (Sm) w złożu Reakcja rezonansowego wychwytu neutronu i jej relacja ze stałą a

Oklo - lokalizacja Złoże uranu 1,950(40) Ga Franceville paleoprotozoik

Metoda U-Pb datowanie skał cyrkonowych Zr(SiO 4 ) uwięzienie U migracja Pb 2.5 1.5 2 1 0.5 T 1/2 = 4.5 Ga T 1/2 = 0.7 Ga

Powstawanie złoża U o (ultra)wysokiej koncentracji Wietrzenie skał Osadzanie grudek materiału zawierających uran w korytach rzek Utlenianie i rozpuszczanie U w wodzie (cyjanobakterie- wzrost koncentracji tlenu- katastrofa tlenowa) Osadzanie w warstwach dennych delty i powtórna redukcja (obecność hydrokarbonatów- ropaorganizmy żywe) bogata ruda uranowa < 2 Ga Rejon Franceville (5 złóż, m. in Oklo) wysoka koncentracja U ( > 10 %) 28 000 ton uranu Eksploatacja 1962-1999

Badania rudy z kopalni Oklo (1972) W jednej z próbek znaleziono tylko 0.44 % 235 U! Urobek z lat 1970-72, 700 ton U Brak ~200 kg 235 U (6 bomb jądrowych) Charakterystyczna dla rozszczepienia zawartość izotopów metali ziem rzadkich A~140 (m.in.: Nd, Sm, Gd)

Rozszczepienie i reakcja łańcuchowa Neutron termiczny e n ~ 0.03 ev

Rozszczepienie i reakcja łańcuchowa Neutron termiczny e n ~ 0.03 ev ilość neutronów wytworzonych w rozszczepieniu współczynnik rozmnożenia: k eff = wychwyt rezonansowy i absorpcja (w rdzeniu i moderatorze) ucieczka z objętości reaktora η ε p f P s P th >1 <1 k eff = 1 Stan krytyczny

Obliczenia modelowe P.K. Kuroda J.Chem. Phys. 25 (1956) 781 MODEL I: standardowe (high-grade) złoże rudy uranowej- koncentracja U ~2% MODEL II: złoże rudy wytworzonej z osadów wodnych- koncentracja U ~ 10 % Depozyt o grubości około 30 cm k eff < 1 k eff > 1 2 10 9 lat temu Woda jako moderator

Warunki występowania reaktorów naturalnych na Ziemi Naturalne reaktory wzbogacone paliwo reaktorowe 3% 3.65% limit Kurody- 1 % Brak tlenu (niska koncentracja U w złożu) Deficyt 235 U

Struktura geologiczna złoża w Oklo 15m 0.5 m 10m Inklinacja i infiltracja złoża Wzrost koncentracji U w niszach skalnych (kształt soczewki)

Struktura geologiczna złoża w Oklo ~3 km Rdzeń o wysokiej koncentracji U ( do 70 %) porowata, silnie spękana skała Kiedyś Teraz 1m Strefa 9

Warunki pracy reaktora naturalnego T~400 k eff < 1 Czas działania: ~150 tys. lat Zużycie paliwa: 6 ton 235 U Wytworzona energia: 15 GW rok (~100 kw) 3h k eff 1 Większość niegazowych produktów rozszczepienia pozostała w złożu

Produkty rozszczepienia znalezione w Oklo Analiza izotopowa odwiertu 149 Sm silnie absorbuje neutrony termiczne w reakcji rezonansowej n + 149 62Sm 150 62 150 62 Sm* Sm + γ deficyt 149 Sm Stosunek izotopowy 149 Sm/ 147 Sm σ 149 ~100 kbarn (prawdopodobieństwo zajścia reakcji)

Wychwyt rezonansowy neutronu przez 149 Sm n + 149 62Sm 150 62 150 62 Sm* Sm + γ E r =0.0973 ev Γ γ E r σ γ Γ γ E r 2 (wz. Breita-Wignera)

Wychwyt rezonansowy neutronu przez 149 Sm Przekrój czynny σ silnie zależy od położenia rezonansu E r Dane z Oklo pozwalają skonfrontować energię rezonansu z wartością sprzed 2mld lat

Wnioskowanie o stałej sprężenia a E r 0 może być związane ze zmianą stałej a (Slyakhter 1976) α α = E r M c 10 mev 1 MeV = 10 8 =v B /c ~ 1/137 δ = ~10 10 M c - różnica energii Kulombowskiej: Ε c (150) - Ε c (149) ~ -1.1 MeV Dane z Oklo: E r < 0.1 ev Model kroplowy jądra (Weizsacker): E c 0.7 Z 2 A 1/3 2 10 8 α α 10 7 α const

α α 10 6 Dirac (1937) : Hipoteza wielkich liczb Gm p 2 e 2 /4πε 0 10 40 α t Hħ m p c 2 = 1/T univ Widma absorpcyjne kwazarów F G ~F EM

BIBLIOGRAFIA John D. Barrow & John K. Webb Inconstant Constants, SCIENTIFIC AMERICAN 292 (2005) 57 G.A. Cowan A natural fission reactor SCIENTIFIC AMERICAN 235 (1976) 36 Y. Petrov et al., PRC 74, 064610, (2006) A.P. Meshik, The workings of an ancient nuclear reactor SCIENTIFIC AMERICAN 293 (2005) 82 F. Gauthier-Lafaye, C.R.Physique 3(2002) 839 A.I.Slyakhter Nature, 264, 340 (1976) wikipedia i inne źródła internetowe