ENERGETYKA J¥DROWA

Defekt masy- jest to ró¿nica pomiêdzy sum¹ mas cz¹steczek wchodz¹cych w sk³ad j¹dra a mas¹ spoczynkow¹ j¹dra. Tzn. masa spoczynkowa j¹dra jest zawsze mniejsza od sumy mas cz¹steczek wchodz¹cych w sk³ad j¹dra.Tzn. je¿eli zsumujemy masy protonów i neutronów i odejmiemy od tego masê j¹dra któr¹ obliczamy odejmuj¹c masê elektronów od masy podanej w uk³adzie okresowym, uzyskamy liczbê dodatni¹, czyli defekt masy - tak jakby „masê wi¹zañ j¹drowych”.

Reakcja j¹drowa - proces fizyczny zachodz¹cy przy zbli¿eniu siê dwóch j¹der atomowych lub j¹dra i cz¹stki elementarnej na odleg³oœæ rzêdu 10^-15m (zasiêg si³ j¹drowych), w nastepstwie czego powstaj¹ nowe j¹dra atomowe lub j¹dra i cz¹stki elemntarne.

Sposoby zwiêkszania prawdopodobieñstwa zajscia reakcji j¹drowej: -zwiêkszenie temperatury do kilku milionów stopni, - bombardowanie materia³ów l¿ejszymi cz¹stkami np. protonami

Promieniotwórczoœæ- jest to samorzutny rozpad (rozszczepienie) j¹der atomów niektórych pierwiastków, które nazywamy pierwiastkami promieniotwórczymi.
Izotopy niektórych pierwiastków nie s¹ trwa³e i ich j¹dra same rozpadaj¹ siê na mniejsze czêœci. Uwalnia siê wtedy energia w postaci niewidzialnego promieniowania alfa, beta, gamma.

Przekrój czynny rozszczepienia jest wielkoœci¹ okreœlaj¹c¹ prawdopodobieñstwo zajœcia procesu rozszczepienia j¹der przy którym dwa uk³ady fizyczne (j¹dra i bombarduj¹ce je neutrony) zanjduja siê w pewnym stanie pocz¹tkowym A przejd¹ w wyniku zderzenia do pewnego stanu koñcowego B. Wartoœæ tego przekroju zale¿y od energii bombarduj¹cych neutronów.

Uran naturalny jest mieszanin¹ izotopów:

-238U (99,4 %)  masa atomowa 238

-235U ( 0,6 %)  masa atomowa 235

Masa krytyczna - najmniejsza iloœæ materia³u rozszczepialnego, dla której w okreœlonych warunkach mo¿e zajœæ i utrzymaæ siê j¹drowa reakcja ³añcuchowa. Przekroczenie przez paliwo wartoœci odpowiadaj¹cej masie krytycznej jest najwa¿niejszym warunkiem rozpoczêcia siê samopodtrzymuj¹cej siê reakcji ³añcuchowej

Moderator - materia³ stosowany w reaktorach j¹drowych (zawarty w rdzeniu reaktroa) do spowalniania neutronów rozszczepieniowych (prêdkich) S¹ to lekkie j¹dra, na których neutrony rozpraszaj¹ siê sprê¿yœcie i zgodnie z zasad¹ zachowania pêdu trac¹ czêœæ swojej energii kinetycznej, a¿ stan¹ siê neutronami termicznymi

Reflektor - warstwa materia³u okalaj¹ca rdzeñ reaktora o w³aœciwoœciach odbijania uciekaj¹cych neutronów z powrotem do materia³u rozszczepialnego ( rdzenia)

W³aœciwoœci reflektora : du¿y przekrój czynny na rozpraszanie sprê¿yste , ma³y przekrój czynny na poch³anianie (absorpcjê)

Stosowane reflektory: lekka i ciê¿ka woda , grafit , beryl

Zatrucie reaktora- proces poleaga na powstawaniu i gromadzeniu siê w reaktorze izotopów silnie poch³aniaj¹ce neutrony co obni¿a wspó³czynnik mno¿enia kef. Powoduj¹cy ze reaktor staje siê podkrytyczny

Ciê¿ka woda - HDO lub D2O - woda, w której znacz¹c¹ czêœæ atomów wodoru stanowi izotop 2H, czyli deuter, którego j¹dro zbudowane jest z protonu i neutronu (podczas gdy j¹dro protu (1H) w zwyk³ej wodzie zawiera jedynie proton). Zazwyczaj jako "ciê¿k¹ wodê" traktuje siê D2O, jednak nazwa ta dotyczy tak¿e zwi¹zku, w którym jedynie jeden prot zast¹piony jest deuterem (HDO)

Reaktor PWR- reaktor ciœnieniowy ch³odzony i moderowany lekk¹ woda, reaktor zbiornikowy

Zalety reaktora PWR: - prosta konstrukcja rdzenia oraz niewielkie jego rozmiary w porównaniu do wytwarzanej mocy,

- zastosowana woda jest jednoczeœnie ch³odziwem, moderatorem i reflektorem

-wystêpowanie dwóch obiegów wody, co sprawia, ¿e napromieniowana woda ch³odz¹ca woda ch³odz¹ca jest tylko w uk³adzie pierwotnym jest tylko w uk³adzie pierwotnym

Wady reaktora PWR: - koniecznoœæ stosowania stabilizatorów

- ma³y stopieñ wypalenia paliwa

- koniecznoϾ stosowania paliwa wzbogaconego 3-4%

- czêste wy³¹czenia reaktora w celu czêœciowej wymiany paliwa (co roku)

- du¿a reaktywnoœæ w rdzeniu reaktora

Reaktor BWR- reaktor wrz¹cy ch³odzony i moderowany lekk¹ wod¹, reaktor zbiornikowy

Zalety w porównaniu do PWR: - stosunkowo niskie ciœnienie (do ok 7 MPa)

- uproszczony uk³ad poprzez wyeliminowanie wytwornicy pary i pomp cyrkulacyjnych oraz stabilizatora cisnienia

- mniejszy koszt zbiornika

- mniejsza gêstoœæ mocy w rdzeniu, mniejsza iloœæ ch³odziwa

Wady: - praca urz¹dzeñ w obiegu w warunkach nadkrytycznych (turbiny, skraplacza i pompy wodnej zasilaj¹cej)

- koniecznoœæ stosowania dodatkowych os³on chroni¹cych obs³ugê przed promieniowaniem

- trudniejsza obs³uga i eksploatacja urz¹dzeñ

Reaktor CANDU - opracowany w Kanadzie ciê¿kowodny reaktor ciœnieniowy (PHWR), w którym rolê moderatora i ch³odziwa pe³ni ciê¿ka woda. Ma konstrukcjê kana³ow¹, zawiera ciœnieniowe kana³y paliwowe o niewielkiej œrednicy

Rozszczepienie j¹dra atomowego jest to reakcja j¹drowa polegaj¹ca na rozpadzie j¹dra wzbudzonego na dwa (rzadziej trzy lub cztery) inne j¹dra. Powsta³e fragmenty maj¹ na ogó³ podobn¹ masê. Zjawisku temu towarzyszy emisja neutronów, promieniowanie gamma i wydzielanie siê znacznych iloœci energii. Poniewa¿ j¹dra ulegaj¹ce rozszczepieniu zwykle s¹ j¹drami ciê¿kimi, które posiadaj¹ wiêcej neutronów ni¿ protonów, obydwa fragmenty powsta³e w rozszczepieniu s¹ j¹drami neutrono-nadmiarowymi. Nadmiar neutronów jest z nich emitowany podczas aktu rozszczepienia (neutrony natychmiastowe) lub z pewnym opóŸnieniem (neutrony opóŸnione).

Reaktory prêdkie - reaktor, w którym nie ma moderatora, poniewa¿ reakcje rozszczepienia wywo³ywane s¹ przez neutrony prêdkie. Jako paliwo j¹drowe stosuje siê w nich mieszaninê tlenków plutonu i uranu. Paliwo j¹drowe musi byæ silniej wzbogacone, ni¿ paliwo dla reaktorów powolnych. W czasie pracy reaktora z normalnie nieu¿ytecznego izotopu uranu 238U powstaj¹, w procesie poch³oniêcia neutronów i nastêpuj¹cych rozpadów beta izotopy plutonu (g³ównie 239Pu). Pluton mo¿e zostaæ nastêpnie wydzielony i u¿yty ponownie jako paliwo.

Reaktory termiczne -

Reakcja ³añcuchowa - wywo³ane neutronami reakcje rozszczepienia ciê¿kich j¹der atomowych, podczas których neutrony wyzwalaj¹ce siê w jednym akcie rozszczepienia wywo³uj¹ nastêpne akty rozszczepienia

Paliwo j¹drowe - substancje zawieraj¹ce izotopy rozszczepialne tj. izotopy ciê¿kie których j¹dra ³atwo ulegaj¹ rozszczepieniu w wyniku bombardowania neutronami o ma³ych energiach (Uranowe ²³⁵U, ²³³U,Plutonowe ²³⁹Pu, ²⁴¹Pu, Uranowo-Plutonowe MOX, Torowe ²³²Th)

Podzia³ neutronów ze wzglêdu na energiê - neutrony termiczne (E<=0,1 eV)

- neutrony epitermiczne (0,1eV <= E <= 1MeV), - prêdkie (E => 1MeV)

Stany pracy reaktora:

•Podkrytyczny - reakcja wygasa

•Krytyczny - stan równowagi

•Nadkrytyczny - reakcja lawinowa