Energia jądrowa

• Energia jądrowa

to energia

wydzielana podczas przemian
jądrowych. Uwalnianie się
energii podczas tych przemian
związane jest z różnicami w
energii wiązania poszczególnych
jąder atomowych.

Elektrownia jądrowa w Temelinie
(Republika Czeska)

• Dwie podstawowe

metody wyzwalania
energii jądrowej to
rozszczepienie jąder
ciężkich pierwiastków
oraz synteza jądrowa,
w trakcie której jądra
lekkich pierwiastków,
takich jak wodór,
łączą się dając atom
cięższego
pierwiastka.

• W procesie rozszczepiania jąder

uwalniane są znaczne ilości

energii, kiedy w wyniku zderzenia

ze spowolnionym neutronem

rozbity zostaje atom uranu. Po

rozszczepieniu każdego z jąder

uranu wyemitowane zostają

kolejne trzy neutrony które

rozszczep następne atomy uranu.

W ten sposób wywołana zostaje

samopodtrzymująca się reakcja

łańcuchowa.

Energia wiązania

•

Energia wiązania -

energia potrzebna do

rozdzielenia układu na jego elementy składowe.

Pojęcie to używane jest najczęściej w fizyce

jądrowej i dotyczy wówczas jądra atomowego.

Energia wiązania jądra atomowego określa

energię potrzebną do rozdzielenia jądra

atomowego na protony i neutrony. Energia

wiązania jest ważnym kryterium decydującym o

trwałości jądra atomowego. Używa się też pojęcia

energia wiązania ostatniego nukleonu. W związku

z równoważnością masy i energii, energię

wiązania można obliczyć na podstawie różnicy

mas jądra i nukleonów, z których jest zbudowane.

Energią jest różnica mas, tj. masa nukleonów

tworzących jądro, wziętych każdy z osobna, i

masy jądra, pomnożona przez c2, gdzie c = 3 *

108 m/s jest prędkością światła w próżni.

Energia wiązania nukleonów w zależności od liczby
masowej pierwiastków

• Z przedstawionego wykresu można zauważyć, że

energia wiązania nukleonów w jądrze zmienia

się wraz z liczbą masową. Początkowo silnie

wzrasta, osiąga wartości bliskie maksymalnej

dla pierwiastków o liczbach masowych 52 – 88, a

potem łagodnie maleje. Maksimum energii

odpowiada pierwiastkom leżącym między

chromem a strontem w układzie okresowym.

Konsekwencją tego faktu jest konstatacja, że

zarówno synteza nuklearna cięższych

pierwiastków z lżejszych (np. H, D, He), jak i

rozpad najcięższych pierwiastków (U, Pu) są

procesami egzoenergetycznymi prowadzącymi

do powstania dużych ilości energii.

Energia wiązania jądra

sodu

• - zapis ten informuje, że jądro sodu zawiera 11 protonów i

12 neutronów.

masa protonu wynosi: mp = 1,007276u
masa neutronu wynosi: mn = 1,008665u
mproton + mneutron = 11 * 1,007276 + 12 * 1,008665 =

11,080036 + 12,10398 = 23,184016u

• gdzie u - to jednostka masy atomowej. Masa składu jądra

atomu sodu zwana jest masą zmierzoną. Różnica masy

zmierzonej z masą doświadczalną.

• masa atomowa sodu wynosi: mNa = 22,989770u jest to masa

doświadczalna.

• Różnica mas wynosi:
mz − md = 23,184016 − 22,989770 = 0,194246u

• Ubytek masy, jest równy energii, która przekształciła się w

energię gdy powstawało jądro sodu. Energia wiązania jądra

sodu wynosi:

• ΔE = 0,194246 * 931.494MeV = 180,939

MeV

.

• Wynik ten nie jest prawdziwy gdyż masa atomu uwzględnia

także masę elektronów atomu sodu, które nie są uwzględniane

przy liczeniu masy składników jądra.

Reaktor jądrowy

• Reaktor jądrowy

– urządzenie, w

którym przeprowadza się z
kontrolowaną szybkością reakcję
rozszczepienia jąder atomowych.

Reaktor MARIA

• Reaktor MARIA

      Reaktor badawczy MARIA, obecnie jedyny czynny

reaktor jądrowy w Polsce, to wysokostrumieniowy reaktor

badawczy typu basenowego, o projektowej nominalnej

mocy termicznej 30 MW i gęstości strumienia neutronów

termicznych w rdzeniu wynoszącej 10 14 n/cm 2.s.

      Reaktor MARIA eksploatowany był od grudnia 1974

roku w Instytucie Badań Jądrowych, a następnie od 1983

roku w Instytucie Energii Atomowej w Świerku, z przerwą

na modernizację w latach 1985-93, przy czym w latach

1999-2002 przechodził proces konwersji z paliwa o

wzbogaceniu 80% na paliwo o wzbogaceniu 36%. Paliwo

reaktora umieszczone jest w oddzielnych kanałach

rozmieszczonych w matrycy berylowej i chłodzonych

wodą.

Energetyka jądrowa

• Energetyka jądrowa – zespół zagadnień związanych z

uzyskiwaniem na skalę przemysłową energii z

rozszczepienia ciężkich jąder pierwiastków (głównie

uranu 235).

• Energię tę pozyskuje się głównie w wyniku rozszczepienia

jąder atomowych w reaktorach jądrowych w

elektrowniach jądrowych i na okrętach jądrowych. W

niewielkim stopniu wykorzystuje się energię rozpadów

promieniotwórczych np. w zasilaczach izotopowych

(SNAP). Energetyka jądrowa obejmuje również problemy

związane z wydobyciem uranu, przeróbką paliwa

jądrowego oraz składowaniem odpadów jądrowych.

Pierwsze elektrownie jądrowe pojawiły się w latach

pięćdziesiątych, dynamiczny rozwój tej dziedziny

rozpoczął się w 2. połowie lat sześćdziesiątych, w związku

ze wzrostem kosztów energii uzyskiwanej ze spalania

kopalin. Rozwój ten został prawie wstrzymany po

katastrofie w Czarnobylu. W ostatnich latach obserwuje

się działania świadczące o wzroście zainteresowania oraz

powrót do planów rozwoju energetyki jądrowej.

Elektrownia jądrowa North Anna w pobliżu Charlottesville w stanie Wirginia (USA)

Elektrownia jądrowa w hrabstwie Gloucester w Wielkiej Brytanii

Koniec