Reakcje jądrowe.

Energetyka jądrowa.

Reakcja jądrowa, jest to…

… proces, w którym jądro atomowe zostaje

poddane silnemu oddziaływaniu innego

jądra, cząstki elementarnej 

lub kwantu gamma i w wyniku tego

oddziaływania powstaje nowe jądro.

Przykładem reakcji jądrowej jest reakcja

rozszczepienia, czyli rozpad

promieniotwórczy jądra, który zachodzi, gdy

przyłączymy do niego neutron. W wyniku tej

reakcji powstaną min. 2 lub więcej

porównywalnych co do wielkości części, które

mogą charakteryzować się

promieniotwórczością i skłonnością do

powodowania kolejnych rozszczepień. 

Kolejnym przykładem reakcji jądrowej, jest reakcja

łańcuchowa. Polega na lawinowym narastaniu

liczby rozszczepionych jąder. W reakcji tej

podstawową rolę odgrywają neutrony (2 lub 3)

uwolnione w trakcie pierwszego rozszczepienia.

Neutrony te wywołują rozszczepienie kolejnych

jąder. Po każdym kolejnym procesie rozszczepienia

liczba jąder rozszczepionych, 

a także liczba neutronów ulega podwojeniu.

Powoduje to lawinowe narastanie szybkości

reakcji.

Synteza termojądrowa

Synteza termojądrowa polega na połączeniu

dwóch lekkich jąder atomowych w jedno

cięższe. Reakcji syntezy towarzyszy

wydzielenie się ogromnej energii,

przewyższającej znacznie energię uwalnianą

w trakcie rozszczepienia ciężkich jąder.

Reakcje jądrowe

egzotermiczne i

endotermiczne

Reakcji jądrowej może towarzyszyć

wydzielanie się energii lub jej pochłanianie.

Energię ΔE wydzieloną lub
pochłoniętą można wyrazić
wzorem:

ΔE

ΔE

 = [(

 = [(

m

m

1

1

+ 

+ 

m

m

2

2

) –

) –

(

(

m

m

3

3

+ 

+ 

m

m

4

4

)]

)]

c

c

2

2

gdzie:

m

1

 – masa spoczynkowa jądra

bombardowanego, m

2 

– masa

spoczynkowa cząstki bombardujące

m

3 

+ m

4 

– suma mas spoczynkowych

jąder powstałych w wyniku reakcji

Jeżeli ΔE > 0, to reakcja jest
egzotermiczna (energia
wydziela się).

Jeżeli ΔE < 0, to reakcja jest
endotermiczna (energia jest
pochłaniana)

Energetyka jądrowa…

…to zespół zagadnień związanych z uzyskiwaniem

na skalę przemysłową energii z rozszczepienia

ciężkich jąder pierwiastków (głównie uranu

235). Energię jądrową pozyskuje się głównie w

wyniku rozszczepienia jąder atomowych

w reaktorach jądrowych w elektrowniach

jądrowych i na okrętach 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 w

tradycyjnych kopalniach. 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.

Pierwsza na świecie elektrownia
atomowa w Obnińsku, powstała w
1954r. w ZSRR.

Udział energii jądrowej w

produkcji energii

W 2012 energetyka jądrowa była źródłem 16%

energii elektrycznej na świecie.

Łączna moc działających elektrowni jądrowych

wynosiła 370 GW. Pracowało 435 bloków

energetycznych, 65 bloków energetycznych było w

budowie, 5 w trakcie wyłączania. W połowie 2013 w

sumie 31 krajów wykorzystywało reaktory jądrowe

do produkcji energii. Elektrownie jądrowe

wyprodukowały łącznie 2346 terawatów (miliardy

kilowatogodzin) energii elektrycznej. Największy

udział energia jądrowa w produkcji energii

elektrycznej na świecie osiągnęła w 1993 roku - na

poziomie 17 procent.

Najwięcej energii elektrycznej uzyskiwały z

energetyki jądrowej USA, Francja, Japonia i

Rosja. Największy udział energetyki jądrowej w

produkowanej energii elektrycznej miały:

Francja (75%), Belgia (51%), Korea Południowa

(31%), Szwajcaria (39%), Japonia (28%), USA

(20%) i Rosja (17%).

Do 2030 przewiduje się wzrost mocy

elektrowni jądrowych na świecie do 473 GW (w

wariancie optymistycznym nawet do 748 GW).

Wady i zalety

energetyki jądrowej

Najważniejszym zarzutem jest kwestia

powstawania, transportu i składowania odpadów

promieniotwórczych. O ile odpady wysokoaktywne

produkowane są tylko przez elektrownie jądrowe,

to już odpady średnio- i nisko aktywne są

produkowane w każdym rozwiniętym kraju

głównie przez instytucje medyczne i naukowe.

Wszystkie rodzaje odpadów są przechowywane w

odpowiednich składowiskach a wypalone paliwo

często poddaje się recyklizacji. Równocześnie

ilość odpadów radioaktywnych produkowanych

przez elektrownie jest znikoma (ok. 12 beczek

rocznie) w porównaniu np. do odpadów z

elektrowni węglowych (100 tys. razy więcej),

które również zawierają izotopy

promieniotwórcze.

Kolejnym zarzutem są ogromne koszty związane z

zamknięciem elektrowni i utylizacją pozostałości

po niej. W tym wypadku, elektrownie jądrowe

tworzą zazwyczaj fundusz, na który odkładana jest

część zysków ze sprzedaży prądu. We Francji jest

to około 0,14 eurocenta za każdą sprzedaną

kilowatogodzinę

Inną ważną kwestią jest rozprzestrzenianie

broni jądrowej związane z rozwojem

energetyki jądrowej (np. Iran, Korea

Północna) oraz zamachy terrorystyczne,

stanowiące nowy wymiar zagrożenia dla

instalacji jądrowych.

Kwestie bezpieczeństwa działania pojawiają się

przy okazji awarii i wycieków, które w 2008 roku

zdarzyły się w elektrowniach

na Słowenii, Węgrzech i we Francji. Wycieki te

miały miejsce w obiegu zamkniętym elektrowni i

nie spowodowały żadnego zanieczyszczenia

środowiska zewnętrznego.

Pojawiają się także głosy

wskazujące na wyczerpywanie się

złóż uranu, jednak najnowsze

badania dowodzą że jego zasoby

starczą na co najmniej kilkaset lat

.

Rozwiązaniem tego problemu jest

wprowadzenie reaktorów

powielających, które potrafią

wytworzyć więcej paliwa niż same

zużywają. Innym rozwiązaniem

jest użycie toru w reaktorach

jądrowych IV generacji.

Paliwo elektrowni jądrowej - Uran

Największą zaletą energetyki jądrowej jest wysokie

bezpieczeństwo i brak emisji szkodliwych dla

środowiska gazów oraz pyłów. W opublikowanej w

2013 roku pracy oszacowano, że dzięki energetyce

jądrowej udało się uniknąć ok. 1,8 mln zgonów

związanych z zanieczyszczeniem powietrza z

konwencjonalnych źródeł

.

Energetyka jądrowa jest także najbardziej

skondensowanym źródłem energii obecnie

wykorzystywanym przez człowieka. Światowe

zasoby materiałów rozszczepialnych pozwalałyby

na pokrycie wszelkich potrzeb energetycznych

ludzkości na wiele tysięcy lat. Kwestię tę porusza

się również w kontekście przewidywanego w

nieokreślonej przyszłości wyczerpania się

złóż paliw kopalnych.

“

”

Dziękujemy za uwagę ! 