Energia Jądrowa

Wstęp

Energia jądrowa jest częścią działu zwanego fizyką jądrową. Fizyka jądrowa bada budowę jądra atomowego oraz jego właściwości w przemianach promieniotwórczych. Jest to także nauka o oddziaływaniu jadra atomowego z innymi jądrami i cząsteczkami. W pracy przedstawiłem ogólne informacje na temat energii jądrowej oraz jej zastosowanie. Przedstawiłem również budowę oraz działanie elektrowni i broni jądrowej. W referacie starałem się umieścić tylko najciekawsze i najbardziej wartościowsze informacje dotyczące opisywanych zjawisk i zagadnień. Po zasadniczej części referatu nastąpi podsumowanie i zakończenie opisywanej części działu fizyki.

Fizyka Jądrowa

Fizyka jądrowa, dział współczesnej fizyki zarówno doświadczalnej, jak i teoretycznej poświęcony badaniom budowy jądra atomowego, jego przemianom oraz strukturom subjądrowym. Ten dział określany jest czasem jako fizyka cząstek elementarnych lub fizyka jądrowa wysokich energii.

Jako działy szeroko rozumianej fizyki jądrowej traktuje się też działy fizyki technicznej poświęcone teorii i praktyce budowy aparatury jądrowej np. akceleratorów. Rozwój fizyki jądrowej zapoczątkowały prace Henri’ego Becquerel oraz Marii Skłodowskiej-Curie nad promieniotwórczością naturalną oraz rozpraszaniem promieniowania alfa nad którym pracował Ernest Rutherford.

Dynamiczny rozwój rozpoczął się w latach 40. XX w., w związku z zastosowaniami militarnymi i energetycznymi fizyki jądrowej.

Czym jest energia Jądrowa ?

Energia jądrowa obok energii pozyskiwanej z paliw kopalnych jest jednym z głównych źródeł energii na świecie. Jest to jednocześnie najnowocześniejsze źródło energii, po raz pierwszy wykorzystane w połowie XX wieku, a także rodzaj „zasilania”, z którym wiąże się największe nadzieje. Energia jądrowa wydziela się podczas przemian jądrowych, które mogą zachodzić w sposób kontrolowany lub całkowicie przypadkowy. Dokładniej mówiąc przemiany te polegają na rozpadzie jąder atomowych niektórych pierwiastków, z których powstają jądra atomowe innych pierwiastków lub izotopy. Cały proces jest oczywiście bardzo skomplikowany i trudny do opanowania. Po raz pierwszy tego typu przemiana została przeprowadzona w 1919 roku. Energia jądrowa jest bardzo efektywnym źródłem energii. Bierze się to z tego, że reakcje jądrowe są milion razy bardziej efektywne od reakcji chemicznych. Reakcja syntezy jądrowej jest głównym źródłem energii emitowanej przez ciała niebieskie. Jest ona źródłem promieniowania Słońca i innych gwiazd. Z kolei we wnętrzu Ziemi, znajduje się pewna ilość ciężkich pierwiastków promieniotwórczych ulegających ciągłemu rozpadowi. Energia ta, poza energią pozostałą po formowaniu się Ziemi, może być źródłem wzrostu temperatury ziemi wraz z głębokością. Z drugiej jednak strony, energia jądrowa jest tematem bardzo kontrowersyjnym i obecnie na całym świecie prowadzi się dyskusje na temat jej wykorzystywania.

Wykorzystanie energii jądrowej

Energia jądrowa, która pojawiła się po raz pierwszy w latach 20 XX wieku okazała się świetnym źródłem energii i dzisiaj jest ona wykorzystywana do bardzo różnych celów. Niestety oprócz celów energetycznych, znajduje ona również wykorzystanie w procesie zbrojenia. Energia jądrowa jest głownie wykorzystywana w energetyce. Elektrownie atomowe to miejsca, w których zachodzi stały, kontrolowany rozpad jąder atomowych wraz z wydzielaniem się energii. Obecnie ten sposób pozyskiwania energii zaspokaja w 16% potrzeby energetyczne świata. Obecnie na świecie pracuje 441 reaktorów energetycznych w 29 państwach (stan na dzień 29.08.2010). Moc zainstalowana wynosi 374,633 GWe. 5 reaktorów jest w stanie długoterminowego wyłączenia. Innym zastosowaniem energii atomowej są silniki atomowe. Wykorzystuje się je głównie w armii – do napędzania nowoczesnych jednostek marynarki wojennej, głównie łodzi podwodnych i lotniskowców. Taki rodzaj energii wykorzystują też sondy kosmiczne. Oprócz celów energetycznych, energia jądrowa jest niestety także wykorzystywana przy tworzeniu broni masowej zagłady. Są to różnego rodzaju bomby jądrowe, których siła jest nieporównywalnie większa od wszelkich innych konwencjonalnych broni.

Elektrownia jądrowa

Elektrownia jądrowa należy do grupy elektrowni cieplnych, w których znaczącą rolę odgrywa ciepło. Do produkcji energii elektrycznej jest w niej wykorzystywany proces rozszczepienia jąder atomowych pierwiastków. Pierwsza elektrownia jądrowa powstała w oku 1954 w Obnińsku w ZSRR. Początkowo jednak zadaniem elektrowni atomowych była produkcja materiałów potrzebna do produkcji broni atomowej. Zmieniło się to dopiero po zimnej wojnie. Działanie elektrowni nie jest wcale trudne do zrozumienia. Najczęstszym paliwem w elektrowniach atomowych jest Uran w postaci naturalnej lub jeden z jego izotopów. Głównym elementem elektrowni atomowej jest reaktor jądrowy, w którym zachodzą skomplikowane procesy chemiczne, dzięki którym możliwe jest pozyskiwanie energii. Wytworzone w reaktorach ciepło powoduje wytworzenie się pary wodnej, która z kolei napędza turbiny parowe. Te są połączone z generatorami prądu. Wszystkie obiegi w elektrowniach są oddzielone, dzięki czemu uzyskuje się większe bezpieczeństwo w przypadku wycieku pary z turbiny.

Katastrofa w Czarnobylu

Był to największy na świecie wypadek jądrowy mający miejsce 26 kwietnia 1986, do którego doszło w wyniku wybuchu wodoru z reaktora jądrowego bloku energetycznego nr 4 elektrowni atomowej w Czarnobylu. Była to największa katastrofa w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof przemysłowych XX wieku. Razem z awarią elektrowni jądrowej Fukushima I została zakwalifikowana do siódmego, najwyższego stopnia w skali INES. W wyniku awarii skażeniu promieniotwórczemu uległ obszar od 125 000 do 146 000 km² terenu na pograniczu Białorusi, Ukrainy i Rosji, a wyemitowana z uszkodzonego reaktora chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się po całej Europie. W efekcie skażenia ewakuowano i przesiedlono ponad 350 000 osób.

Przyczyny eksperymentu

Konieczność przeprowadzenia eksperymentu wynikła ze zmian w projekcie, które nie zostały wcześniej przetestowane. Część prądu elektrycznego wytwarzanego przez każdy blok energetyczny była zużywana na potrzeby własne tego bloku (zasilanie pomp wody chłodzącej, systemów kontrolnych itp.). Gdyby doszło do konieczności wyłączenia reaktora, energia byłaby zapewniana początkowo przez awaryjne agregaty prądotwórcze, a potem z zewnątrz (inne bloki lub elektrownie). Podczas budowy elektrowni okazało się, że awaryjne agregaty prądotwórcze uzyskują wystarczającą moc dopiero po 60 sekundach od ich włączenia (i wyłączenia reaktora), a turbogenerator po wyłączeniu reaktora dzięki sile rozpędu jest w stanie zapewniać wystarczającą moc zaledwie przez 15 sekund (później napięcie spadało poniżej wartości minimalnej wymaganej przez zasilane systemy). Oznaczało to, że przez 45 sekund systemy kontrolne i bezpieczeństwa reaktora nie byłyby zasilane. W związku z tym istniały dwie możliwości: zastosowanie agregatów prądotwórczych o krótszym czasie rozruchu lub przerobienie turbogeneratorów.

Wybrane zostało to drugie rozwiązanie – dołączono dodatkowy stabilizator napięcia, tak że turbogenerator miał dłużej (60 sekund) utrzymywać napięcie na minimalnym poziomie, ale nie sprawdzono wcześniej eksperymentalnie, czy wprowadzone przeróbki istotnie spełniają swoją funkcję. W czasie prób technicznych przed odbiorem wykonano podobny eksperyment, który wykrył problem z agregatami prądotwórczymi. Potem przerobiono turbogeneratory, ale zabrakło czasu (zbliżał się czas oficjalnego oddania reaktora do eksploatacji) na powtórzenie eksperymentu.

Pierwszy wybuch

O godzinie 01:23:04 rozpoczął się niedopracowany eksperyment. Załoga nie zdawała sobie sprawy z niestabilności reaktora i wyłączyła przepływ pary do turbin. Ponieważ zwalniająca turbina napędzała pompy, przepływ wody chłodzącej zaczął maleć, a produkcja pary wzrosła. Dodatnia reaktywność dla pary, jedna z charakterystycznych cech reaktorów typu RBMK, spowodowała wzrost ilości rozszczepień, a co za tym idzie – temperatury. To jeszcze bardziej zwiększyło parowanie wody. Szybko przekroczona została szybkość pracy reaktora, która mogła być zahamowana przez wydzielony ksenon. Wzrost mocy i temperatury reaktora nastąpił lawinowo.

Drugi wybuch

Następnie doszło do drugiej, nieco większej eksplozji wodoru i tlenu, która zniszczyła budynek czwartego reaktora. Eksplozja ta pozwoliła na wniknięcie powietrza do wnętrza reaktora. Spowodowało to zapłon kilku ton grafitowych bloków izolujących reaktor, które płonąc przez 9 dni, uwolniły do atmosfery najwięcej izotopów promieniotwórczych. Większość z 211 prętów kontrolujących pracę rdzenia reaktora stopiła się. Do atmosfery dostał się radioaktywny pył. Radioaktywne cząstki wyrzucone do atmosfery wybuchem, jak i te emitowane nadal w wyniku trwającego pożaru grafitu, tworzyły pióropusz radioaktywnych drobin o wysokości 1030 m, który następnie przemieścił się w stronę miasta Prypeć. Wiatr utrzymywał jednak chmurę radioaktywnych cząstek z dala od miasta.

Broń jądrowa

Broń jądrowa jest to jeden z rodzajów broni masowej zagłady, o działaniu wybuchowym o wielkiej sile, wykorzystująca energię powstającą podczas reakcji łańcuchowej rozszczepiania jąder atomów izotopów ciężkich pierwiastków, m.in. uranu lub plutonu, bądź podczas łączenia się (syntezy) jąder izotopów wodoru - deuteru i trytu. Jeśli reakcja taka przebiega gwałtownie, dochodzi wówczas do wybuchu, jeśli natomiast przebiega powoli - wybuchu nie ma. Energię wybuchu jądrowego porównuje się najczęściej z energią wyzwalaną przez wybuch określonej masy trotylu (TNT) i wyraża za pomocą tzw. równoważnika trotylowego.

Eksplozja bomby jądrowej może być dokonana w powietrzu, na powierzchni ziemi lub wody oraz pod ziemią i pod wodą. Wybuch bomby jądrowej powoduje powstanie czynników rażących: fali uderzeniowej, promieniowania cieplnego, promieniowania jonizującego, zwłaszcza przenikliwego (gamma i neutronowe) oraz promieniotwórczego skażenia terenu.

Fala uderzeniowa powstaje na skutek podwyższonej temperatury oraz wysokiego ciśnienia i rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach z prędkością przekraczającą prędkość dźwięku. Źródłem promieniowania cieplnego jest powstająca podczas wybuchu kula ognista; promieniowanie to wznieca pożary materiałów palnych i powoduje oparzenia ludzi i zwierząt. Niewidzialne i niewyczuwalne jest natomiast promieniowanie przenikliwe. Przy porażeniu człowieka dawką ponad 200 rentgenów może dojść u napromieniowanego do tzw. choroby popromiennej. Promieniotwórcze skażenie terenu dokonuje się poprzez opadanie na ziemię radioaktywnych produktów powstałych na skutek wybuchu.

Zalety i wady energii jądrowej

Jak pokazują statystyki największe gospodarcze potęgi świata znaczą część energii pozyskują z elektrowni atomowych. Można się więc domyślać, że jest to związane z korzyściami, jakie niesie to źródło energii. Główną zaletą elektrowni atomowych jest przyjazność dla środowiska. Nie ma tutaj emisji gazów ani pyłów, które zagrały by środowisku, co jest w energetyce ewenementem, który łatwo zauważyć przyglądając się emisji dwutlenku węgla z elektrowni węglowych. Elektrownie jądrowe to także inwestycja w przyszłość – zasoby paliw jądrowych starczą jeszcze na tysiące lat. Ale energetyka jądrowa ma także poważne wady. Największą z nich jest oczywiście bezpieczeństwo. Rok 1986 i awaria reaktora w Czarnobylu jest tutaj najlepszym przykładem. Dzisiaj podobna awaria mogłaby spowodować śmierć milionów ludzi. Elektrownie atomowe wiążą się także z problemem składowania radioaktywnych opadów. Należy do tego dodać jeszcze wysokie koszty budowy i eksploatacji tych elektrowni, a fakt opłacalności tej inwestycji stanie pod znakiem zapytania

Kontrowersje związane z energią jądrową

Temat energii jądrowej jest bardzo często poruszany na forum międzynarodowym i można nazwać go jednym z największych kontrowersji w obecnym świecie. Na pewno trzeba przyznać, że energia atomowa jest potrzebna i można go skutecznie wykorzystywać. Zawsze jednak pojawia się ryzyko. Kontrolowanie tak wielkiej potęgi jakim są procesy jądrowe jest trudne i może wymknąć się spod naszej kontroli. Taka sytuacja stała się chociażby w Czarnobylu, a jej skutki są widoczne do dziś. Nie mamy żadnej pewności, że nic takiego nie powtórzy się w przyszłości. Kontrowersji związanych z tematem energetyki jądrowej jest więcej. Rozwój tej nauki wiąże się z rozwojem bomb jądrowych, które będą coraz potężniejsze. Gdy dostaną się w niepowołane ręce, mogą wywołać nawet koniec świata. Innym problemem jest składowanie odpadów promieniotwórczych, które wpływają w negatywny sposób na żywe organizmy. To wszystko sprawia, że rodzi się pytanie - czy warto ryzykować życie milionów istnień po to, aby mieć dobre źródło energii?

Wstęp
Fizyka Jądrowa
Czym jest energia Jądrowa ?
Wykorzystanie energii jądrowej
Elektrownia jądrowa
Katastrofa w Czarnobylu
Broń jądrowa
Zalety i wady energii jądrowej
Kontrowersje związane z energią jądrową
Podsumowanie i Zakończenie
Źródła

Podsumowanie i Zakończenie

Podsumowując energia jądrowa jest jednym z podstawowych źródeł energii na świecie. Energia jądrowa wydziela się podczas przemian jądrowych. Wydzielanie energii może zachodzić na dwa sposoby. W sposób kontrolowany lub całkowicie przypadkowy. Przygotowując referat wybrałem taki temat ponieważ od zawsze interesowało mnie nowoczesne i bardzo skuteczne sposoby pozyskiwania energii. Bardzo fascynującą rzeczą jest również sposób w jaki można tak wielką energie wykorzystywać.

Pisząc ten referat dowiedziałem się wielu ciekawych rzeczy na temat budowy i powstawania elektrowni, broni oraz sprzętu wojskowego o napędzie jądrowym. Szczególnie dużo wiedzy nabyłem na temat skutków niewłaściwego wykorzystania potencjału energii atomowej. Moją największą uwagę zwróciło to że stosunkowo niedawno dowiedzieliśmy się istotnych rzeczy dotyczących wykorzystywania tej energii i nadal praktycznie nic o nich nie wiemy. Czeka nas ludzi jeszcze sporo pracy aby odkryć wszystkie tajemnice tej potężnej energii.

Źródła

Obrazy

Treść

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ENERGIA JĄDROWA
test z fizyki, Energetyka AGH, semestr 6, VI Semestr, Energia Jądrowa, EGZAMIN, EJ
Energia jądrowa, fizyka+astronomia +energetyka+ochrona środowiska
12.5. Energia jądrowa [v1.2], dodatek A5
Energia Jądrowa ZESTAW 3 ROZWIĄZANIA (2)
Energia jądrowa i sposoby jej wykorzystania, Fizyka Liceum, różne
39 Budowa jądra atomowego Energia jądrowa Reakcje jądrowe Reaktory jądrowe 2
Energia jądrowa
39 Budowa jądra atomowego Energia jądrowa Reakcje jądrowe Reaktory jądrowe
Energia jądrowa 2
Wady energii jądrowej
zakres fizyka min, Energia jądrowa, wykłady
ściąga - energia jądrowa, fizyka, liceum
Energia Jądrowa, Prezentacje Multimedialne, Liceum, Prace pisemne
energia jądrowa za i przeciw1
Energia Jądrowa, ZESTAW 5
Pokojowe wykorzystanie energii jądrowej, Opracowania do matury
energia jadrowa, Studia, chemia jądrowa
12 5 Energia jądrowa [v1 2] dodatek A5id 13405

więcej podobnych podstron