Rozszczepienie jądra atomowego

Podobne dokumenty
Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

Reakcja rozszczepienia

Promieniowanie jonizujące

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

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

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

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

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

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

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Reakcje syntezy lekkich jąder

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Reakcje syntezy lekkich jąder

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

8. TYPY REAKTORÓW JĄDROWYCH

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 9 Fizyka neutronów i reakcja łańcuchowa

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

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

Rozszczepienie (fission)

Energetyka Jądrowa. źródło: Wszystko o energetyce jądrowej, AREVA

Elektrownie jądrowe (J. Paska)

Energetyka jądrowa - reaktor

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

Model kroplowy jądra atomowego

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

Podstawowe własności jąder atomowych

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

Agata Piotrowska. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. Seminarium szkoleniowe Energia na jutro

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

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Model elektrowni jądrowej

Rodzaje bomb atomowych

Typy konstrukcyjne reaktorów jądrowych

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

ELEKTROWNIA JĄDROWA, TO NIE BOMBA Jerzy Kubowski

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk

PODSTAWY FIZYCZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ

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

Podstawowe własności jąder atomowych

Fizyka atomowa i jądrowa

Energetyka Jądrowa. źródło: Wszystko o energetyce jądrowej, AREVA

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Promieniowanie jonizujące

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

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

Reakcje rozpadu jądra atomowego

Podstawy Fizyki Jądrowej

Produkcja paliwa jądrowego, funkcjonowanie elektrowni jądrowej, systemy bezpieczeństwa elektrowni.

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Budowa jądra atomowego - MODEL

Podstawy bezpieczeństwa energetyki jądrowej, Czarnobyl jak doszło do awarii

METODY DETEKCJI PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO 3

CYKL PALIWOWY: OTWARTY CZY ZAMKNIĘTY CZY TO WYSTARCZY?

Energetyka Jądrowa. Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Wykład 13 6 czerwca 2017

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

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

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

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

Energetyka Jądrowa. źródło: Wszystko o energetyce jądrowej, AREVA

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

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

FUZJA LASEROWA JAKO PRZYSZŁE ŹRÓDŁO ENERGII

Nie bójmy się elektrowni jądrowych! Stanisław Kwieciński, Paweł Janowski Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Laboratoria.net Innowacje Nauka Technologie

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

Energetyka Jądrowa. Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Wykład 9 28 kwietnia 2015

Nukleony. Nukleony cząstki jądra atomowego suma protonów i neutronów.

Energetyka Jądrowa. Wykład 9 9 maja Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki. Analiza stanów pracy elektrowni jądrowej

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Energetyka Jądrowa. Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Wykład 8 25 kwietnia 2017

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

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Technologia reaktorów WWER

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

WSTĘP DO FIZYKI JADRA ATOMOWEGOO Wykład 11. IV ROK FIZYKI - semestr zimowy Janusz Braziewicz - Zakład Fizyki Atomowej IF AŚ

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

Podstawy bezpieczeństwa energetyki jądrowej, REAKTOR JĄDROWY W STANIE KRYTYCZNYM

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

Elementy fizyki jądrowej

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

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

BOMBA WODOROWA WYMYKA SIĘ SPOD KONTROLI?

Co to są jądra superciężkie?

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 10 Energetyka jądrowa

opracował: mgr inż. Piotr Marchel Symulacyjne badanie elektrowni jądrowej

Fizyka reaktorów jądrowych i paliwa jądrowe

Gospodarka wypalonym paliwem jądrowym analiza opcji dla energetyki jądrowej w Polsce

Rozwój oraz budowa broni jądrowej i termojądrowej w XX wieku.

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

4.6. Bomba atomowa, energetyka jądrowa

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

VIII-Energia fuzji termojądrowej nadzieją świata

I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Budowa atomu. Izotopy

WSPÓŁCZESNE TECHNOLOGIE JĄDROWE W ENERGETYCE 1

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

JAPOŃSKA ELEKTROWNIA JĄDROWA FUKUSHIMA 1

Transkrypt:

Rozszczepienie jądra atomowego W przypadku izotopów 235 U i 239 Pu energia wzbudzenia jądra po wychwycie neutronu jest większa od wysokości bariery, którą trzeba pokonać aby nastąpiło rozszczepienie. Izotop 235 U stanowi 0,7% naturalnego uranu. Pluton jest wytwarzany sztucznie w reakcji jądrowej 238 U(n,γ) 239 U 239 Np+β - +ν e 239 Pu+β - + ν e Średnia energia wiązania na nukleon w jądrach atomowych. Energia może zostać wyzwolona, gdy nukleony zostaną silniej związane na skutek reakcji rozszczepienia lub syntezy jąder atomowych Stosunek liczby neutronów do liczby protonów wzrasta dla cięższych jąder atomowych. Podczas rozszczepienia ciężkich jąder emitowane są nadmiarowe neutrony a produkty rozszczepienia podlegają rozpadowi β przemianie neutronu w proton z emisją elektronu i anty-neutrina. 1

Rozkład mas nuklidów powstałych w wyniku rozszczepienia uranu 235 U Reakcja rozszczepienia reakcja łańcuchowa 235 236 140 94 U + n U Xe+ Sr + 2n Izotopy nietrwałe (zawierają zbyt dużo neutronów) Wyzwalana jest energia około 200 MeV Problemy: -ucieczka neutronów z reaktora -neutrony z reakcji rozszczepienia są szybkie, trzeba je spowolnić -wychwyt neutronów przez 238 U 2

Reaktor jądrowy - bilans neutronów K - współczynnik mnożenia K= Liczba neutronów w danym pokoleniu Liczba neutronów w poprzednim pokoleniu K=1 stan krytyczny K>1 stan nadkrytyczny Reaktor jądrowy - historia Pierwszy reaktor grafitowy - stos atomowy Fermiego - Chicago 1942 r. Pierwszy stos atomowy podczas układania kolejnej 19 warstwy grafitu Enrico Fermi 1901-1954, nagroda Nobla w 1938 r. za reakcje wychwytu neutronu 3

Reaktor wodny wrzący z moderatorem grafitowym - typ RBMK Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj Awaria reaktora w Czarnobylu 1986 r. Możliwe sprzężenie zwrotne dodatnie, które destabilizuje reakcję łańcuchową: przegrzanie, odparowanie wody, zwiększenie współczynnika powielania neutronów (woda pochłania neutrony a tu nie służy jako moderator), dalsze zwiększenie mocy reaktora, stopienie rdzenia. Reaktor wodny wrzący (Boiling Water Reactor BWR) elektrownia z bezpośrednim obiegiem pary 4

Reaktor powielający paliwo - fast breeder reactor Konwersja 238 U do 239 Pu Reakcja jądrowa 238 U(n,γ) 239 U 239 Np+β - +ν e 239 Pu+β - + ν e wywołana szybkimi neutronami niepotrzebny moderator. Chłodzenie ciekłym sodem - dwa obiegi, bo na skutek wychwytu neutronu wytwarza się radioaktywny izotop 24 Na (T 1/2 =15 h). Temperatura rdzenia 550 o C. Elektrownia z reaktorem wodnym ciśnieniowym (Pressurized Water Reactor PWR) 5

Reaktor wodny ciśnieniowy WWER-440/213 (water-water energetic reactor) 440 MW Rdzeń reaktora WWER-440/213 Pastylki paliwa o średnicy 7,6 mm nisko-wzbogacony UO 2 (3,6% 235 U Sześciokątny pakiet 126 prętów paliwowych 6

Reaktor EPR (European Pressurized Water Reactor, europejski ciśnieniowy reaktor wodny) cztery niezależne układy awaryjnego chłodzenia, każdy wystarcza do schłodzenia reaktora po wyłączeniu, szczelna obudowa bezpieczeństwa, dodatkowa obudowa i obszar chłodzony na wypadek wydostania się stopionego rdzenia dwuwarstwowa betonowa ściana o grubości 2,6 metra ma wytrzymać uderzenie samolotu. Paliwo: tlenek uranu lekko wzbogacony 5% 235 U lub mieszane tlenki uranu i plutonu MOX. Moc elektryczna 1600 MW Reaktor jądrowy ciężkowodny ciśnieniowy CANDU Canadian Deuterium Uranium Uran naturalny niewzbogacony 0,7% izotopu 235 U Ciężka woda D 2 O lepszy moderator niż H 2 O, 7

Reaktor IRIS International Reactor Innovative and Secure, innowacyjny i bezpieczny, firmy Westinghouse, konfiguracja integralna: elementy obiegu pierwotnego znajdują się wewnątrz zbiornika reaktora Paliwo: UO 2 lub MOX, cykle wypalania 4 do 10 lat Energetyka jądrowa - od rudy uranu do składowania odpadów promieniotwórczych http://www.npp.hu 8

Odpady promieniotwórcze z elektrowni jądrowych aktynowce izotop T 1/2 [lat] neptun 237 Np 2100000 pluton 239 Pu 24000 pluton 240 Pu 6600 pluton 242 Pu 380000 ameryk 241 Am 432 kiur 244 Cm 18 produkty rozszczepienia izotop stront 90 Sr cyrkon 93 Zr technet 99 Tc pallad 107 Pd cez 137 Cs samar 151 Sm T 1/2 [lat] 29 1500000 6600 380000 30 90 Udział państw w wytwarzaniu energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych 9

Udział energetyki jądrowej w produkcji energii elektrycznej w różnych krajach 10

Synteza termojądrowa (fuzja) we wnętrzu Słońca n(e k ) rozkład energii protonów w jądrze Słońca p(e k ) prawdopodobieństwo zajścia reakcji syntezy deuteru w wyniku zderzenia protonów kt energia cząstek przy temperaturze w jądrze Słońca 11

Cykl protonowo-protonowy syntezy helu i wytwarzania energii we wnętrzu Słońca 4 1 H + 2e - 4 He +2ν +6γ Q=26,7 MeV Kontrolowana synteza termojądrowa utrzymywanie magnetyczne Gorąca plazma w toroidalnej pułapce magnetycznej Eksperymentalny reaktor termojądrowy tokamak Joint European Torus (JET) Reakcje deuter deuter Reakcja deuter tryt 2 H + 2 H 3 He + 1 n (+3,3 MeV) 2 H + 2 H 3 H + 1 H (+4,1 MeV) 2 H + 3 H 4 He + 1 n (+17,6 MeV) Warunek uzyskania energii netto w reakcji termojądrowej - kryterium Lawsona - iloczyn koncentracji jąder n i czasu uwięzienia τ plazmy musi być większy od wartości granicznej. nτ>10 20 s/m 3 dla reakcji deuter - tryt 12

Kontrolowana synteza termojądrowa utrzymywanie magnetyczne ITER International Thermonuclear Experimental Reactor projekt tokamak za 10 miliardów EURO Stellerator w Japonii sznur plazmowy Kontrolowana mikrosynteza termojądrowa utrzymywanie inercyjne Inertial confinement fusion (ICF) Lawrence Livermore National Laboratory USA Lasery impulsowe dużej mocy kapsułka z paliwem deuterowo-trytowym otrzymuje energię 200 kj w czasie krótszym od 1 nanosekundy 13

Masa krytyczna kula z materiału rozszczepialnego osiąga stan krytyczny Reflektor neutronów Bomba atomowa (rozszczepienie 235 U lub 239 Pu) Mk-45 Davy Crockett na wyrzutni M-388 14

Bomba termojądrowa (wodorowa) 1 n + 6 Li 3 H + 4 He (+4,8 MeV) 1 n + 7 Li 3 H + 4 He+ 1 n (-2,5 MeV) 2 H + 2 H 3 H + 1 H (+4,1 MeV) 2 H + 2 H 3 He + 1 n (+3,3 MeV) 2 H + 3 H 4 He + 1 n (+17,6 MeV) Eduard Teller 1908-2003 Stanisław Ulam 1909-1984 Bomba wodorowa - reakcje syntezy jądrowej deuter-deuter i deuter-tryt wywołane eksplozją ładunku rozszczepialnego A głowica przed wybuchem B eksplozja materiału wybuchowego powoduje ściśnięcie plutonowego rdzenia pierwszego członu bomby i osiągnięcie masy krytycznej C wybuch ładunku rozszczepialnego pierwszego członu promieniowanie nagrzewa piankę polistyrenową D pianka staje się plazmą i ściska drugi człon rozszczepienie Pu E w ściśniętym i rozgrzanym LiD zaczyna się reakcja syntezy termojądrowej, strumień neutronów inicjuje rozszczepienie uranu w osłonie Wybuch sowieckiej bomby termojądrowej trzystopniowej na Morzu Arktycznym w 1961 r. równoważnik trotylowy (TNT) 50 megaton energia 2,1x10 17 J 15

Głowice termojądrowe rakiet balistycznych Radioizotopowy generator termoelektryczny RTG Sonda Voyager Rosyjskie RTG na złomowisku 16