Zagadnienia obowiązujące do zaliczenia przedmiotu

Modern and nuclear power technologies

1. Ważniejsze prawa i hipotezy, wielkości i jednostki w fizyce jądrowej:

• relatywistyczny przyrost masy,

$m = \frac{m_{0}}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}$ c = 2,9979 * 10⁸ m/s

- stosowane w fizyce jądrowej jednostki masy, energii (relacja pomiędzy nimi) i ładunku elektrycznego,

Mass m 1u = 1/12m(¹²₆C) = 1,66 * 10^-27 kg atomic mass unit

Energy E 1eV = 1,602 * 10^-19 J

Equivalence principle E = mc² 1u = 931,478 MeV

Rest mass energy E₀ = m₀*c²

Kinetic energy E_k = mv² / 2 (for small velocities v<<c) E_k = E – E₀

Quantum of radiation E = hv = h*c / λ h = 6,62 * 10^-34 J/s

Electric charge neutrons -

protons 1 e

α particles 2 e

β particles -e, +e

γ particles, photons -

neutrino ν -

antyneutrino -

e is elementary charge (charge of a proton) and is equal to 1,60217733 * 10^-19C

Zasada zachowania masy i energii spoczynkowej – Równoważność masy i energii spoczynkowej: Każdej niezerowej masie spoczynkowej odpowiada „ukryta” energia spoczynkowa.
Związane ze wzorem: E₀ = m₀*c² Masa spoczynkowa i energia spoczynkowa są różnymi wielkościami

Zasada zachowania masy i energii całkowitej – Równoważność masy relatywistycznej i energii całkowitej: Każdej energii (spoczynkowej, kinetycznej, potencjalnej) odpowiada pewna „masa”, w szczególności energii całkowitej obiektu (układu) fizycznego odpowiada masa relatywistyczna.

Związane ze wzorem: E = m_r*c² Masa relatywistyczna i energia całkowita są tą samą wielkością fizyczną

^A1_Z1 X + a -> ^A2_Z2 V* -> ^A2_Z2 Y + b

²³⁵₉₂ U + ¹₀ n -> ²³⁶₉₂ U* -> ²³⁶₉₂ U + γ

m_J (X) + m (a) = m_J (Y) = m (b) + E_R

E_R = 931,48 [ m_J (X) + m (a) – m_J (Y) – m (b)]

Energy of nuclear reaction comes from the difference in binding energy of atom’s nucleus.

We get about 200 MeV per fission.

²³⁵₉₂U + ¹₀ n -> ²³⁶₉₂U -> ^A1_Z1 X + ^A2_Z2 Y + (2 – 3) ¹₀ n + γ + ν + ∼200 MeV

Nukleon = ¹₁ p + ¹₀ n

2. Charakterystyka ważniejszych cząstek (masa spoczynkowa, zakres ich energii w reaktorach jądrowych, ładunek elektryczny, przenikliwość – sposoby osłaniania), tj.: neutronów, protonów, cząstek α, β, γ oraz neutrino.

Name Symbol Rest mass m₀ Electric charge

neutrons ¹₀ n 1,0086654 u -

protons ¹₁ p 1,0072766 u 1e

α particles ⁴₂ He = 4u 2e

β particles (electrons, pozytons) β⁻ , β⁺ , ⁰₋₁ e , ⁰₊₁ e 5,48597 * 10^-4 u -e, +e

γ particles, photons - -

neutrino ν - -

antyneutrino - -

Name Symbol Zakres energii

neutrons ¹₀ n protons ¹₁ p

α particles ⁴₂ He

β particles (electrons, pozytons) β⁻ , β⁺ , ⁰₋₁ e , ⁰₊₁ e

γ particles, photons

neutrino ν antyneutrino

Name Sposób osłaniania i przenikliwość

neutrons 4 jeszcze jeszcze bardziej przenikliwe, ulegają rozproszeniu w ciałach stałych, concrete

protons

α particles 1 najmniej przenikliwe, silnie oddziałują z materią, do pochłonięcia wystarczy cienki materiał, body

β particles (electrons, pozytons) 2 bardziej przenikliwe, aluminium

γ particles, photons 3 jeszcze bardziej przenikliwe, lead

neutrino 5 przenikają przez każdą materię i rzadko oddziałują z materią

Neutrons:

1. Fast E > 100 keV

2. Empirical pośrednie

3. Thermal E < 1 eV

2. Charakterystyka jąder atomowych: oznaczanie, masa spoczynkowa – liczba atomowa, ładunek elektryczny – liczba porządkowa, siły działające pomiędzy nukleonami, energia wiązania, stany energetyczne.

The nucleus is the very dense region consisting of protons and neutrons at the center of an atom.

Oznaczenie:

Jądra atomowe oznacza się takim samym symbolem jak pierwiastek chemiczny odpowiadający temu jądrowi, dodatkowo przed symbolem w indeksie dolnym umieszcza się liczbę atomową Z a w indeksie górnym liczbę masową A.

Na przykład jądro atomowe sodu ma 11 protonów i 12 neutronów więc:

²³₁₁ Na

Masa spoczynkowa jest to wielkość fizyczna charakteryzująca ciało bądź układ ciał, która nie należy do układu odniesienia. W dowolnym układzie odniesienia, masa spoczynkowa jest wyznaczona poprzez energię i pędy wszystkich ciał. Jest to masa ciała mierzona w układzie odniesienia, w którym to ciało spoczywa.

Liczba atomowa Z to liczba protonów. Określa ona ile protonów znajduje się w jądrze atomu.

Ładunek elektryczny określany jest poprzez liczbę protonów znajdujących się w jądrze atomu. Wielkość tego ładunku wyznacza możliwe konfiguracje elektronów otaczających jądro. Z możliwych konfiguracji elektronów wynikają możliwości łączenia się atomów ze sobą, a tym samym ich właściwości chemiczne.

Liczba protonów to liczba atomowa.

protony sobie równe i neutrony nie równe = izotopy te same właściwości chemiczne

liczba masowa równa i liczba atomowa różna = izobary

neutrony równe i protony nie równe = izotony

Liczba porządkowa jest równa co do wartości liczbie atomowej. Ustala miejsce pierwiastka w układzie okresowym.

Siły działające pomiędzy nukleonami – siły coulombowskie i siły jądrowe. Jądro atomowe (nuklid) składa się z nukleonów – protonów i neutronów. Siły te są siłami przyciągania. Są niezależne od ładunku i najsilniejsze ze wszystkich oddziaływań. Mają niewielki zasięg (10^-15m – występują tylko w jądrze atomowym i tylko pomiędzy nukleonami). Wiążą one ze sobą protony i neutrony w jądrze atomowym. Za pomocą siły oddziałują na siebie tylko najbliższe nukleony.

Energia wiązania jest to energia potrzebna do rozdzielenia jądra atomowego na protony i neutrony. Decyduje ona o trwałości jadra atomowego. W związku z równoważnością masy i energii, energię wiązania można obliczyć na podstawie różnicy między masą jądra a łączną masą tworzących je nukleonów. Największą energię wiązania ma jądro atomu żelaza (dużo żelaza we wszechświecie).

E = mc²

m = x * m_p + y * m_n − m_jadra

m_p = masa protonu

m_n = masa neutronu

m_jądra = masa jądra atomu

²³₁₁Na 11 protonów 23-11=12 neutronów

Stany energetyczne - stany w jakich może istnieć atom charakteryzowane określoną wartością jego energii całkowitej. Zbiór tych wartości jest zbiorem dyskretnym. Najniższy stan energetyczny jest zwany stanem podstawowym. Inne od podstawowego nazywane są stanami wzbudzonymi. Atom może przejść ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego jeżeli zostanie mu przekazana ilość energii równa różnicy pomiędzy energią stanu wzbudzonego i energią stanu podstawowego. Wzbudzenie atomu może następować nie tylko w rezultacie pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego, ale również w wyniku zderzeń z innymi obiektami (atomami, cząsteczkami bądź elektronami). Podczas powrotu elektronu ze stanu o wyższej energii do stanu o niższej energii, emitowane jest promieniowanie o ściśle określonej częstotliwości n, równej różnicy poziomów energetycznych DE podzielonej przez stałą Plancka, h: ν=ΔE/h.

2. Rozpad radioaktywny: rodzaje rozpadów, prawo rozpadu, stała rozpadu, okres półrozpadu, średni czas życia, aktywność – jednostki, zastosowania promieniowania jonizującego.

Reakcje jądrowe to przemiany jader atomowych wywołane ich oddziaływaniem wzajemnym w odległości odpowiadającej zasięgowi sił jądrowych\

Rodzaje rozpadów:

1. Rozpad α - reakcja jądrowa rozpadu w której emitowana jest cząstka α (jądro helu ⁴₂He²⁺).

^A_ZX -> ^A-4_Z-2Y + ⁴₂He

Przykład: ²³⁸₉₂U -> ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He + γ

1. Rozpad β⁻ - polega na przemianie jądrowej w wyniku której neutron zostaje zastąpiony protonem.

^A_ZX -> ^A_Z+1Y + ⁰_-1 e + ν

Przykład: ⁶⁰₂₇Co -> ⁶⁰₂₈Ni + ⁰_-1 e + ν + 2γ

1. Rozpad β⁺ - polega na przemianie protonu w neutron wewnątrz jądra

^A_ZX -> ^A_Z-1Y + ⁰₁ e + ν

Przykład: ⁵³₂₆Fe -> ⁵³₂₅Mn + ⁰₁ e + ν + γ

1. Wychwyt K

^A_ZX + ⁰_-1 e -> ^A_Z-1Y

Przykład: ⁷₄Be + ⁰_-1 e -> ⁷₃Li + ν + γ

Prawo rozpadu – prawo określające zmianę w czasie ilości jąder substancji promieniotwórczej na skutek rozpadu promieniotwórczego. Określa je równanie różniczkowe:

$\frac{dN_{V}}{\text{dt}} = - \lambda N_{V}$ λ − stała rozpadu, s^-1

Stała rozpadu – parametr charakteryzujący substancję radioaktywną. Jest on równy prawdopodobieństwu zajścia rozpadu jednego jadra atomowego w jednostce czasu. Jest związana z czasem życia i połowicznego rozpadu.

Okres półrozpadu – czas w którym liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę.

A(T_1/2) = ½ * A₀

A(T_1/2) = ½ * A₀ = A₀ exp (-λ T_1/2)

T_1/2 = ln2 / λ

Średni czas życia – czas życia po którym pozostaje średnio 1/e początkowej liczby cząstek)

t_S = 1 / λ

Aktywność – wielkość fizyczna równa szybkości rozpadu promieniotwórczego jąder atomowych danej próbki

A = λ ∗ N_V

A = A₀ exp (-λ t)

A = |dN_V / dt |

Jednostka: 1Bq = 1s^-1

1Ci = 3,7*10¹⁰ Bq

Zastosowania promieniowania jonizującego:

1. Przemysł: radiografia przemysłowa, waga izotopowa, miernik poziomu w zbiornikach przemysłowych

2. Medycyna: aparaty rentgenowskie, akceleratory, bomby kobaltowe lub cezowe, miniaturowe baterie jądrowe, scyntygrafia izotopowa

3. Archeologia: określanie wieku wykopaliska

2. Reakcje jądrowe inicjowane przez neutrony:

• klasyfikacja reakcji

• reakcja rozszczepienia: energia rozszczepienia, produkty rozszczepienia, neutrony rozszczepieniowe natychmiastowe i opóźnione, ciepło powyłączeniowe,

• reakcje rozpraszania – spowalnianie neutronów, stosowane moderatory i wymagane ich cechy,

• przekroje czynne mikroskopowe i makroskopowe, jednostki, średnia droga swobodna,

• gęstość strumienia neutronów – definicja, jednostki,

• natężenie reakcji, osłabianie wąskiej wiązki, średnia droga swobodna,

• cykl neutronów w reaktorze jądrowym, współczynnik mnożenia, reaktywność, warunek krytyczności,

• możliwości realizacji łańcuchowej reakcji rozszczepienia za pomocą neutronów o różnej energii, przy wykorzystywaniu różnych paliw rozszczepialnych.

Klasyfikacja reakcji:

Oddziaływanie całkowite σ_T:

1. rozpraszanie scattering σ_S

• sprężyste elastic σ_E

• niesprężyste inelastic σ_IN

1. pochłanianie absorption σ_A:

• rozszczepianie fission σ_F

• n,γ σ_N,γ

• n,α σ_N,α

• n,p σ_n,p

• n,2n σ_n,2n

Reakcja rozszczepiania – reakcja polegająca na rozpadzie jądra atomowego na dwa (rzadziej na więcej) fragmenty o zbliżonych masach. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów, a także kwantów gamma.

Energia rozszczepiania – E_f = 200MeV energia która jest produktem rozszczepienia, w 80% jest to energia kinetyczna fragmentów.

Produkty rozszczepienia – produkty powstałe w wyniku reakcji rozszczepienia: jądra (fragmenty rozszczepienia) - ciepło rozszczepieniowe, aktywość rdzenia; energia rozszczepieniowa; neutrony rozszczepieniowe.

Neutrony rozszczepieniowe natychmiastowe – neutrony powstałe natychmiast (w czasie krótszym niż 10^-14s) podczas rozszczepienia jądra.

Neutrony rozszczepieniowe opóźnione (około 0,67% dla U 235) – neutrony powstałe w wyniku reakcji rozszczepienia ciężkich jąder, emitowane z opóźnieniem większym niż 0,05s. Charaketryzują się mniejszą średnią energią ok. 0,5MeV.

Ciepło natychmiastowe – energia cieplna wytwarzana w reaktorze jądrowym

N_Q = V*R_F*E_F

Ciepło powyłączeniowe – energia cieplna wytwarzana w reaktorze jądrowym po jego wyłączeniu, w stanie niekrytycznym, w wyniku przemian jądrowych zachodzących w produktach reakcji rozszczepienia paliwa jądrowego.

N_Qw = 0,06895 N_Q t^-0,2 t>1s

Reakcje rozpraszania :

1. reakcja rozpraszania sprężysta – rodzaj rozpraszania cząstek w którym nie zachodzi zmiana energii wewnętrznej żadnego z elementów biorących udział w rozpraszaniu oraz nie ulega zmianie ich liczba

2. reakcja rozpraszania niesprężysta – rodzaj rozpraszania cząstek w którym zachodzi zmiana energii wewnętrznej przynajmniej jednego z elementów biorących udział w rozpraszaniu lub zmienia się liczba tych elementów

Spowalnianie neutronów – zmniejszenie prędkości neutronów do wartości niezbędnej do przeprowadzenia reakcji poprzez wielokrotne zderzanie z jądrami atomów substancji nazywanej spowalniaczem bądź moderatorem (ciężka woda lub grafit).

Stosowane moderatory i wymagane ich cechy – woda, ciężka woda, beryl, lit, grafit. Moderator musi zmniejszyć prędkość neutronu do momentu kiedy osiągną one stan neutronów termicznych. Dzięki temu wydajniej powodują rozszczepianie jąder.

Moderator musi charakteryzować się dużym przekrojem czynnym na rozpraszanie neutronów oraz małym na pochłanianie ich. Przekrój czynny rośnie szybko wraz z masą jądra. Największa strata energii neutronu występuje gdy neutron przekazuje najwięcej energii podczas zderzania.

Moderator charakteryzują: średni logarytmiczny dekrement energii, zdolność spowalniania i współczynnik spowalniania

Przekrój czynny określa prawdopodobieństwo zajścia zderzenia, a zdefiniowane jest jako pole powierzchni. R = n v Σ = Σ φ

Przekrój czynny mikroskopowy – cm², 1barn = 10^-24cm² miara prawdopodobieństwa absorpcji neutronu przez jądro oznaczane przez σ

Przekrój czynny makroskopowy – cm^-1, jądro w danej objętości oznaczane przez Σ = σ * N

Średnia droga swobodna – średnia droga jaką przebywa cząstka poruszająca się w ośrodku materialnym między kolejnymi zderzeniami z cząstkami tego ośrodka.

$\overset{\overline{}}{x} = \frac{1}{\mu}$ µ − linear attenuation coefficient

Gęstość strumienia neutronów - określa się jako liczbę neutronów, przechodzących we wszystkich kierunkach przez jednostkową powierzchnię w ciągu sekundy. Jednostką gęstości strumienia neutronów jest [n/cm²s].

Σ φ = Σ n v

Natężenie reakcji –

Osłabienie wąskiej wiązki –

Cykl neutronów w reaktorze jądrowym – some neutrons can escape or can be captured. Producted neutrons – destructed (absorption + escape) >= 0

Powolny neutron zderza się z jądrem. Jądro rozszczepia się na dwie części. Powstają kolejne neutrony.

Współczynnik mnożenia – k, jest to ilość neutronów na początku cyklu rozszczepieniowego do liczby neutronów wtórnych.

Reaktywność – charakterystyka określająca odchylenie stanu reaktora jądrowego od stanu krytycznego

Warunek krytyczności – warunek krytyczności k_ef >= 1

stan krytyczny k_ef = 1 fission chain reaction is self sustaining at a constant rate

stan nadkrytyczny k_ef > 1 the fission chain reaction accelerate

stan podkrytyczny k_ef < 1 the fission chain reaction is stifled

k_ef – efektywny współczynnik mnożenia

reactivity

Możliwości realizacji łańcuchowej reakcji rozszczepienia za pomocą neutronów o różnej energii, przy wykorzystywaniu różnych paliw rozszczepialnych (ceramiczne, cermetowe, ciekłe, fluidalne, gazowe, metaliczne, naturalne).

2. Charakterystyka reaktorów jądrowych:

• klasyfikacja reaktorów jądrowych,

• podstawowe elementy rdzenia reaktora – paliwo (skład, postać), elementy paliwowe, moderator, chłodziwo, pochłaniacze neutronów w reaktorach różnych typów.

Klasyfikacja reaktorów jądrowych:

Paliwo – substancja zawierająca materiał rozszczepialny wykorzystywana do uzyskiwania energii w reaktorach jądrowych. Mamy paliwo ceramiczne, cermetowe, ciekłe, fluidalne, gazowe, metaliczne, naturalne. Zawiera najczęściej wzbogacony uran bądź izotop plutonu.

Elementy paliwowe – podstawowa jednostka paliwa jądrowego którą używa się i którą się manipuluje w rdzeniu reaktora jądrowego. Zwykle ma postać prętów wypełnionych pastylkami spreparowanego paliwa jądrowego.

Moderator musi zmniejszyć prędkość neutronu do momentu kiedy osiągną one stan neutronów termicznych. Dzięki temu wydajniej powodują rozszczepianie jąder.

Chłodziwo to substancja odprowadzająca ciepło wydzielone w rdzeniu reaktora jądrowego, zazwyczaj woda ciężka lub zwykła, dwutlenek węgla lub ciekły sód.

Pochłaniacze neutronów w reaktorach różnych typów – pierwiastki, których jądra silnie pochłaniają neutrony termiczne (np. bor, kadm, ind). Stosowane w materiałach osłon i prętach sterowniczych reaktorów jądrowych.

2. Praca reaktora jądrowego w stanach ustalonych i nieustalonych:

• rozkład gęstości strumienia neutronów i gęstości mocy w rdzeniu reaktora w stanach ustalonych (znaczenie tego rozkładu),

• zmiany składu izotopowego paliwa i reaktywności podczas kampanii paliwowej, konwersja i powielanie paliwa,

• zatrucie reaktora,

• wpływ temperatury na reaktywność,

• okres reaktora, wpływ neutronów opóźnionych na okres reaktora,

• kompensacja i regulacja reaktywności.

Rozkład gęstości strumienia neutronów i gęstości mocy w rdzeniu reaktora w stanach ustalonych (znaczenie tego rozkładu)

Zmiany składu izotopowego paliwa i reaktywności podczas kampanii paliwowej, konwersja i powielanie paliwa

Zmiany składu izotopowego paliwa, zmiany parametrów technicznych rdzenia (temperatury) oraz pochłanianie neutronów przez wprowadzone do rdzenia pochłaniacze powodują zmianę reaktywności.

Efekty reaktywnościowe w reaktorach to wypalanie paliwa pierwotnego, powstawanie nowych jąder rozszczepialnych, zatrucie reaktora ksenonem.

Konwersja jest procesem jądrowym, w którym energia wzbudzenia jądra atomowego zostaje przekazana bezpośrednio jednemu z elektronów orbitalnych atomu.

Powielanie paliwa – produkcja większej ilości paliwa niż elektrownia jądrowa zużywa

Zatrucie reaktora – proces polegający na powstawaniu i gromadzeniu się w reaktorze izotopów silnie pochłaniających neutrony, powodujący że reaktor staję się podkrytyczny co wymaga rekompensaty poprzez np. wysunięcie z rdzenia prętów regulacyjnych (pochłaniających).

Wpływ temperatury na reaktywność – wpływ temperatury jest pośredni. Zmiany temperatury powodują bowiem zmianę właściwości materiałów w rdzeniu reaktora, w szczególności ich przekrojów czynnych pochłaniania neutronów, a te zmieniają średni czas życia neutronów więc i stosunek liczby neutronów między pokoleniami k_ef.

Okres reaktora - Okres reaktora T _r jest czasem , po którym moc tego reaktora zmienia się e-krotnie (e=2.71). Jest to więc wielkość mająca duże znaczenie ze względu na własności regulacyjne reaktora. W znacznej mierze decyduje o bezpieczeństwie pracy reaktora.

Wpływ neutronów opóźnionych na okres reaktora – sterowanie reaktywnością reaktora umożliwiają neutrony opóźnione. Neutrony opóźnione wydłużają znacznie okres reaktora.

Kompensacja i regulacja reaktywności - wysunięcie z rdzenia prętów regulacyjnych (pochłaniających).

2. Charakterystyka podstawowych układów w energetycznych blokach jądrowych z reaktorami różnych typów (PWR- WWER, BWR)

• i jego parametry (szacunkowo), kompensacja reaktywności (kwas borowy, wypalające się trucizny, pręty pochłaniające),

• schemat obiegu chłodzenia rdzenia,

• uproszczony schemat obiegu parowego, parametry pary.

PWR

t_in=280⁰C t_out = 320⁰C ciśnienie pary w obiegu wtórnym p=4-6MPa sprawność 30-33%

BWR

2. Zagadnienia bezpieczeństwa w energetyce jądrowej i w technice izotopowej:

• wpływ oddziaływań promieniowania jądrowego na organizmy żywe,

• dawka pochłonięta, równoważnik dawki, jednostki, dawki dopuszczalne, źródła narażenia człowieka na promieniowanie jonizujące,

• narażenie w EJ podczas normalnej eksploatacji – osłanianie rdzenia, dopuszczalne dawki dla personelu (szacunkowo),

• zjawiska/procesy stanowiące zagrożenie podczas eksploatacji bloków jądrowych,

• przedsięwzięcia i układy zmniejszające ryzyko poważnych awarii oraz ich skutki,

• odbiór ciepła powyłączeniowego,

• awaryjne wyłączanie rdzenia,

• układy chłodzenia awaryjnego,

• obudowy bezpieczeństwa,

• charakterystyka ważniejszych awarii w blokach jądrowych: w EJ Three Mile Island oraz w Czarnobylu (przyczyny, podstawowe zdarzenia, skutki).

Wpływ oddziaływań promieniowania jądrowego na organizmy żywe

Skutki:

1. somatyczne – występują bezpośrednio po napromieniowaniu całego ciała. Późniejsze skutki tego napromieniowania to białaczka, nowotwory złośliwe kości, skóry, zaćma, zaburzenia pracy przewodu pokarmowego, bezpłodność

2. genetyczne – związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Nawet małe dawki promieniowania pochłonięte jednorazowo mogą prowadzić do mutacji organizmów w kolejnych pokoleniach

Wpływ:

1. jonizacja atomów struktur komórkowych

2. zmiana przepuszczalności błon komórkowych

3. powstanie toksyn radiacyjnych

4. radioliza wody

5. niszczenie cząstek kwasów nukleinowych

6. produkcja wolnych rodników

7. uszkodzenie i zaburzenie łańcuchów DNA

8. zaburzenie gospodarki elektrolitami

Źródła narażenia człowieka na promieniowanie jonizujące –

1. naturalne: promieniowanie kosmiczne, promieniowanie emitowane przez pierwiastki w skorupie ziemskiej, wdychanie pierwiastki promieniotwórcze

2. sztuczne: aparatura rentgenowska, izotopy promieniotwórcze, działalność przemysłowa

Dawka pochłonięta D, energia promieniowania przenikliwego pochłonięta w jednostce masy danego ciała. Dawkę pochłoniętą wyraża się w grejach (Gy) lub radach (rad). 1Gy = 1J/kg = 100rd

D= dq/dm

Równoważnik dawki - Równoważnik dawki H jest to iloczyn dawki pochłoniętej D i współczynnika jakości promieniowania Q. 1Sv (Silvert) = 100 rem

H = Q*D

Dawka ekspozycyjna - określona miara zdolności jonizacji promieniowania przenikliwego w powietrzu. C/kg 1R (Rentgen) = 2,58 * 10^-4 C/kg

Dawki dopuszczalne

1. narażenie zawodowe

• całe ciało 50mSv

• oczy 150mSv

• inne, skóra 500mSv

1. zawodowe awaryjne

• całe ciało 0,5Sv

• pojedyncze narządy 3Sv

1. zawodowe kobiety do 45lat 12mSv

2. ludzie nie pracujący z promieniowaniem, kobiety w ciąży, dzieci

• całe ciało 1mSv

• oczy 15mSv

• inne, skóra 50mSv

Narażenie średnie:

Tło naturalne 2,7mSv

Narażenie medyczne 0,85mSv

Sztuczne źródła 1,1mSv

Zjawiska/procesy stanowiące zagrożenie podczas eksploatacji bloków jądrowych

Przedsięwzięcia i układy zmniejszające ryzyko poważnych awarii oraz ich skutki – naturalnie sprzężenia zwrotne regulujące moc reaktora, układ wyłączania reaktora oparty na działaniu siły ciążenia, zalanie rdzenia pierwotnego w razie rozerwania obiegu pierwotnego, odbiór ciepła od rdzenia na drodze konwekcji naturalnej, układy pasywne w razie utraty zasilania elektrycznego.

1. Awaryjny zbiornik wody

2. Obudowa bezpieczeństwa

3. Lej an stopiony rdzeń

W czasie awarii może dojść do:

• wycieku substancji radioaktywnych do środowiska (np. paliwo, chłodziwa, odpady z elektrowni jądrowych)

• eksplozji (chemicznej bądź nuklearnej)

• promieniotwórczego skażenia środowiska, ludzi, żywności itp.

Odbiór ciepła powyłączeniowego - Odbiór ciepła powyłączeniowego z reaktorów jądrowych jest jednym z zagadnień bezpieczeństwa reaktorów. Szczególnie zaraz po planowym wyłączeniu reaktora lub w przypadku nastąpienia awarii z utratą chłodziwa. Brak odbioru lub odbiór nieefektywny może doprowadzić do wzrostu temperatury rdzenia reaktora aż do wartości grożących jego stopieniem.

We współczesnych przemysłowych reaktorach jądrowych awaryjny odbiór ciepła powyłączeniowego zapewniają bierne i aktywne układy awaryjnego chłodzenia reaktora (UACR). Niektóre reaktory mogą też chłodzić się samoistnie, dzięki wykorzystaniu zjawisk fizycznych, jak konwekcja.

Awaryjne wyłączanie rdzenia - Wyłączenie reaktora, niezależnie czy planowe czy awaryjne, polega na wprowadzeniu do jego rdzenia ujemnej reaktywności, w postaci prętów kontrolny zawierających substancje pochłaniające neutrony (np. bor). Mechanizm wprowadzania prętów zależy od rodzaju i modelu reaktora.

Układy chłodzenia awaryjnego - UACR (ang. Emergency Core Cooling System, ECCS) – zespół urządzeń i mechanizmów zapewniających odprowadzenie ciepła powyłączeniowego z rdzenia reaktora jądrowego w przypadku uszkodzenia pierwotne obiegu chłodzenia reaktora.

Obudowy bezpieczeństwa - jest podstawowym elementem konstrukcyjnym zapobiegającym uwolnieniu radioaktywnych gazów do atmosfery. Stanowi ona szczelną powłokę, zawierającą w sobie reaktor i jego układ chłodzenia, obliczoną na maksymalne ciśnienie awaryjne.

Charakterystyka ważniejszych awarii w blokach jądrowych: w EJ Three Mile Island oraz w Czarnobylu (przyczyny, podstawowe zdarzenia, skutki).

1. EJ Three Mile Island – stopienie reaktora jądrowego, 0 zgonów, skutki ekonomiczne

• Zawór bezpieczeństwa nie zamknął się, czujniki tego nie rejestrują

• Obniżanie ciśnienia przez niezamknięty zawór, wrzenie wody

• Zmniejszenie ilości wody, zwiększenie szybkości reakcji rozszczepienia, reaktor nagrzewa się, topi się, wydziela się wodór i tlen

• Wodór ulega samozapłonowi, pożar niszczy urządzenia

1. Czarnobyl – stopienie reaktora jadrowego, 30 zgonów

• po wzroście temperatury moc reaktora wzrosła

• zrzut prętów bezpieczeństwa spowodował przejściowy wzrost mocy

• układ bezpieczeństwa zależny był od operatora

• po błędach ludzi moc wzrosła aż do stopienia paliwa

• nie było obudowy bezpieczeństwa

• zagrożenie po awarii objęło dużą część Ukrainy i Białorusi

Przyczyny:

• naruszenie procedur zawodowych

• błędy techniczne

• brak łączności

• nieprzestrzeganie środków bezpieczeństwa