Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Podobne dokumenty
Energetyka jądrowa. Tomasz Matulewicz. 25 XI i 2 XII Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki

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

Reakcje syntezy lekkich jąder

Reakcje syntezy lekkich jąder

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

Podstawowe własności jąder atomowych

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

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

Promieniowanie jonizujące

Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

KONKURS Z FIZYKI I ASTRONOMII. Fuzja jądrowa. dla uczniów gimnazjum i uczniów klas I i II szkół ponadgimnazjalnych

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

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Podstawy Fizyki Jądrowej

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Rozszczepienie jądra atomowego

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Podstawowe własności jąder atomowych

Elementy fizyki jądrowej

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

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Kontrolowana fuzja. Plazma to wysokotemperaturowa mieszanina elektronów i jąder atomowych Uwięzienie plazmy plasma containment, plasma confinement

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

STRUKTURA MATERII PO WIELKIM WYBUCHU

Reakcje rozpadu jądra atomowego

Reakcja rozszczepienia

Słońce na... Ziemi. Autor: prof. zw. dr hab. inŝ. Włodzimierz Kotowski. ( Energia Gigawat lipiec 2007)

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Budowa atomu, układ okresowy i promieniotwórczość

VIII-Energia fuzji termojądrowej nadzieją świata

Promieniowanie jądrowe w środowisku człowieka

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Promieniowanie jonizujące

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

Atomowa budowa materii

I ,11-1, 1, C, , 1, C

BUDOWA ATOMU. Pierwiastki chemiczne

Wyk³ady z Fizyki. J¹dra. Zbigniew Osiak

Promieniowanie jonizujące

Budowa atomu. Izotopy

Plazma czwarty stan materii

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

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

Fizyka atomowa i jądrowa

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Promieniowanie jonizujące

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

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

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

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

Ryszard Biernikowicz (PTMA Szczecin) 5 stycznia 2017r. Elektrownie termojądrowe, czyli jak rozpalić energię gwiazd na Ziemi?

PODSTAWY FIZYCZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ

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

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

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ. A) równa B) mniejsza C) większa D) nie mniejsza (sumie) od sumy mas protonów i neutronów wchodzących w jego skład.

FUZJA LASEROWA JAKO PRZYSZŁE ŹRÓDŁO ENERGII

W-28 (Jaroszewicz) 36 slajdy Na podstawie prezentacji prof. J. Rutkowskiego. Fizyka jądrowa cz. 1. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze

I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Posiedzenie Naukowe Komisji Nauk Geologicznych O/PAN w Krakowie r, AGH

Po 1 mld lat (temperatura Wszechświata ok. 10 K) powstają pierwsze gwiazdy.

Od Wielkiego Wybuchu do Gór Izerskich. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

25. Niespełniające się prognozy. Przy próbie opisu reakcji jądrowych, transfizyka napotyka na trudności, które przedstawię szczegółowiej, gdyż mogą

Doświadczenie Rutherforda. Budowa jądra atomowego.

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

Własności jąder w stanie podstawowym

Nukleony. Nukleony cząstki jądra atomowego suma protonów i neutronów.

Wykłady z Chemii Ogólnej i Biochemii. Dr Sławomir Lis

Następnie powstały trwały izotop - azot-14 - reaguje z trzecim protonem, przekształcając się w nietrwały tlen-15:

Ewolucja Wszechświata Wykład 5 Pierwsze trzy minuty

Promieniowanie jonizujące

XLI Zjazd Fizykow Polskich, Lublin Seabrook, New Hampshire, USA

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

Materia i jej powstanie Wykłady z chemii Jan Drzymała

Przewodnik po wielkich urządzeniach badawczych

Dział: 7. Światło i jego rola w przyrodzie.

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

Zadanie 2. (1 pkt) Jądro izotopu U zawiera A. 235 neutronów. B. 327 nukleonów. C. 143 neutrony. D. 92 nukleony

Powstanie pierwiastków we Wszechświecie

Promieniowanie jonizujące

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

W2. Struktura jądra atomowego

Budowa atomu. Wiązania chemiczne

Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Konsekwencją tego, Ŝe cząstki mikroświata mają takŝe własności falowe jest:

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

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Podstawy Fizyki Jądrowej

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Elektron ma ładunek ujemny! ( Według prawa elektrostatyki, aby atom był elektrycznie obojętny jego pozostała część musi mieć ładunek dodatni.

Wielki Wybuch czyli podróż do początku wszechświata. Czy może się to zdarzyć na Ziemi?

Transkrypt:

Energetyka jądrowa Zasada zachowania energii i E=mc 2 Budowa jąder atomowych i ich energia wiązania Synteza: z gwiazd na Ziemię... Neutrony i rozszczepienie jąder atomowych Reaktory: klasyczne i akceleratorowe Co zrobić ze odpadkami? Tomasz Matulewicz 10 i 17 XII 2009 Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki Energetyka jądrowa Zasada zachowania energii i E=mc 2 Budowa jąder atomowych i ich energia wiązania Synteza: z gwiazd na Ziemię... Neutrony i rozszczepienie jąder atomowych Reaktory: klasyczne i akceleratorowe Co zrobić ze odpadkami? Tomasz Matulewicz 10 i 17 XII 2009 Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki

Źródła energii czy przemiany energetyczne? E=mc 2 Reakcja chemiczna (np. 2H 2 +O 2 2H 2 O) Czy masa składników przed reakcją identyczna z masą po reakcji? NIE! MASA (2H 2 +O 2 ) > MASA (2H 2 O) Tylko róŝnica mas BARDZO mała. Inaczej w reakcjach jądrowych: na przykład w reakcji rozszczepienia zmiana masy wynosi ~0,1%, natomiast w reakcji syntezy 4p He+... aŝ ~0,7%

Zasada zachowania energii W bilansie energetycznym wszystkich procesów naleŝy uwzględniać zmianę masy mc 2 = E Masa jest formą energii Przykład: reakcja syntezy jądra deuteru z protonu i neutronu p + n ( M + M M ) E γ p d n + γ d c 2 = E ( M + M ) 2 = 2,225MeV = 0,12% c γ p n Zasada zachowania energii W bilansie energetycznym wszystkich procesów naleŝy uwzględniać zmianę masy mc 2 = E Masa jest formą energii Uwaga: UŜywając fotonów o odpowiedniej energii (>2,225 MeV) moŝna doprowadzić do rozbicia jądra deuteru d + γ p + n Energia pozwala na wytwarzanie (nowych) cząstek. Cząstki te z reguły są nietrwałe.

Kreacja pary elektron-pozyton (cząstka-antycząstka) Utworzenie materii z promieniowania związane z utworzeniem antymaterii: po anihilacji materii z antymaterią pozostaje znowu tylko promieniowanie! Foton (niewidoczny) w komorze pęcherzykowej tworzy parę elektron-pozyton. Struktura materii Struktura materii materia (makroskopowa) kryształ atom jądro atomowe Masa składników mniejsza niŝ masa obiektu 10-9 m nukleon 10-10 m kwarki Masa składników większa niŝ masa obiektu 10-14 m 10-15 m < 10-18 m

Tablica Mendelejewa Energetyka jądrowa Zasada zachowania energii i E=mc 2 Budowa jąder atomowych i ich energia wiązania Synteza: z gwiazd na Ziemię... Neutrony i rozszczepienie jąder atomowych Reaktory: klasyczne i akceleratorowe Co zrobić ze odpadkami? Tomasz Matulewicz 10 i 17 XII 2009 Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki

Sir Ernest Rutherford 1871-1937 odkrywca jądra atomu (1911) Nobel 1908 James Chadwick 1891-1974 odkrywca neutronu (1932) Nobel 1935

Jądro deuteru: proton i neutron Jądro trytu: proton i 2 neutrony Jądro 3 He: 2 protony i 1 neutron Jądro 4 He: 2 protony i 2 neutrony PIERWIASTEK: własności chemiczne określone przez liczbę protonów w jądrze (Z) IZOTOPY: ta sama liczba protonów (Z), ale róŝna liczba neutronów (N) Nuklidy: stabilne, znane, nieznane

Z Fragment tablicy nuklidów N Od alchemii do... Jan Matejko Alchemik Sędziwój

1eV = 1,6 10 = 1,6 10 19 J 19 CV = 1fm = 10 15 m Oddziaływanie protonu z jądrem ołowiu Reakcje jądrowe: przykład 2 3 H + H 1 1 5 2 He

Reakcje jądrowe: uwarunkowania energetyczne 1 Energia kinetyczna musi przezwycięŝyć odpychanie elektrostatyczne (reakcje jądrowe wymagają kontaktu ) e R 1 1,6 10 F 3 10 m C m 19 5 V C = = 5 10 12 15 4πε 0 4π 8,85 10 WNIOSEK: zachodzenie reakcji w warunkach ruchu przypadkowego wymaga bardzo wysokiej temperatury (E~k T=8,6 10-5 ev/k T) V Reakcje jądrowe: kwantowy efekt tunelowy Z niewielkim prawdopodobieństwem cząstki mogą zbliŝyć się pomimo istnienia potencjału odpychającego! Efekt tunelowy: cząstka moŝe przeniknąć przez obszar potencjału, gdzie klasycznie nie moŝe się znajdować.

[ Zm + ( A Z ) m ] M ( A Z ) B( A, Z) = H n, Energia wiązania Suma mas składników Masa nuklidu B(A,Z)/A energia wiązania średniego nukleonu w jądrze atomowym Średnia energia wiązania nukleonu w jądrze atomowym Wzrost: nukleony w jądrach są coraz silniej związane Spadek: nukleony w jądrach są coraz słabiej związane Wniosek: łączenie lekkich jąder (aŝ do utworzenia Fe) dostarcza energii!

Korelacja rozpowszechnienia z energią wiązania Szczególnie duŝo silnie związanych pierwiastków w okolicach Ŝelaza (Fe) Energetyka jądrowa Zasada zachowania energii i E=mc 2 Budowa jąder atomowych i ich energia wiązania Synteza: z gwiazd na Ziemię... Neutrony i rozszczepienie jąder atomowych Reaktory: klasyczne i akceleratorowe Co zrobić ze odpadkami? Tomasz Matulewicz 10 i 17 XII 2009 Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki

FUZJA DEUTER NEUTRON HEL TRYT http://fusioned.gat.com

p + d + 3 Proces pp He + E = + p d + e + υe 3 p He + γ 3 He 4 0,7% 4m He + 2 p p c 2 Efektywność procesu pp, przy jego niesłychanie małym prawdopodobieństwie wymaga: a) wysokiej temperatury b) ogromnej gęstości Nasze Słońce wytwarza energię termiczną w cyklu pp Doprowadzenie do fuzji wymaga duŝej temperatury aby pokonać odpychani elektrostatyczne. Lepsze niŝ pp

Synteza na Ziemi D+T - największy przekrój czynny oraz duŝy zysk energetyczny Warunek zapłonu Moc produkowana > moc wypromieniowana Odpowiednio wysoka : gęstość, temperatura (plazma) oraz czas ich utrzymania Dla D+T kryterium Lawsona : L= n*t*τ E > 3*10 21 kevs/m 3 Metody uzyskania plazmy wysokotemperaturowej: magnetyczna (tokamaki, stelleratory) inercyjna (lasery) Inne metody syntezy : kataliza mionowa zimna fuzja

Schemat reaktora fuzji termojądrowej Schemat reaktora fuzji termojądrowej Elektrownia o mocy 1 000 MW zasilana węglem kamiennym wymaga dostawy 2.7 miliona ton węgla rocznie. Reaktor fuzji termojądrowej o identycznej mocy, planowany na ~2050 rok, będzie potrzebował rocznie 250 kg paliwa: po połowie deuteru i trytu.

Jak utworzyć i przechowywać plazmę: Tokamak Tokamak toroidalnaja kamiera w magnitnych katuszkach

Joint European Torus JET (GB) JET działa od 1983 r. ; osiągnął Q in /Q out 0.7 Postęp w kierunku zapłonu termojądrowego Potrzebny czynnik 6 ITER

ITER 10G 2017 Inertial Confinement Warunki do syntezy mogą być stworzone dzięki wywołanej intensywnym promieniowaniem laserowym implozji i podgrzaniu małej kulistej (średnica 3 mm) kapsułki zawierającej mieszaninę trytu i deuteru. Wytworzenie ciśnienia Kompresja Kompresja paliwa 200 miliardów atmosfer Zapłon i spalanie Zgniecione paliwo osiąga gęstość 1000-10000 razy większą niŝ gęstość cieczy na bardzo krótki czas (10 11 sekundy) Rdzeń jest podgrzany i następuje zapłon.