Odkrycie promieniotwórczości sięga przełomu XIX i XX w

1.Odkrycie promieniotwórczości sięga przełomu XIX i XX w. Z jednej strony dało ono
człowiekowi możliwości pozytywnego wykorzystania tego zjawiska ale z drugiej strony
obarczyło ludzkość odpowiedzialnością za właściwe jej wykorzystanie. Szczególnym
rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące, wywołuje ono w obojętnych
atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych czyli jonizację.
Promieniowanie jonizujące może mieć postać promieniowania korpuskularnego (cząstki a, b,
neutrony) albo elektromagnetycznego (promieniowanie X, gamma). Promieniowanie
jonizujące nie oddziałuje na nasze zmysły. Promieniowaniem jonizującym może być
praktycznie każdy typ promieniowania, jeśli tylko ma odpowiednią energię. Może to być
zarówno promieniowanie elektromagnetyczne (np. rentgenowskie), jak i promieniowanie
korpuskularne (np. promieniowanie alfa). W przypadku promieniowania
elektromagnetycznego mamy do czynienia ze strumieniem fotonów. Każdy taki foton może
przekazać atomowi swoją energię. Energia ta tak naprawdę jest przekazywana jednemu z
elektronów atomu i jeśli będzie większa od energii wiązania elektronu, to elektron uwolni się
z atomu, wskutek czego atom przerodzi się w jon. Spośród promieniowania tzw.
korpuskularnego najbardziej znane jest promieniowanie alfa i beta. W przypadku
promieniowania alfa mamy do czynienia ze strumieniem ciężkich cząstek alfa, czyli jąder
helu. Charakteryzuje się ono bardzo niską przenikliwością i już zwykła kartka papieru może
je powstrzymać. Natomiast w przypadku promieniowania beta mamy do czynienia ze
strumieniem elektronów. Promieniowanie to charakteryzuje się trochę większą
przenikalnością niż w przypadku promieniowania alfa. Tak więc w przypadku kontaktu
promieniowania jonizującego z materiałem komórkowym mamy do czynienia z
następującymi skutkami i efektami:
- może dojść do całkowitego zniszczenia komórki, wskutek którego nie będzie ona mogła
spełniać już swoich dotychczasowych funkcji
- komórka można stracić swoje zdolności do reprodukcji, jednak ona sama nadal będzie
działać
- zostanie uszkodzony materiał genetyczny znajdujący się w komórce
2.Energia wiązania jądra atomowego to różnica mas, tj. masa nukleonów tworzących jądro,
wziętych każdy z osobna, i masy jądra, pomnożona przez c^2, gdzie c=3*10^8 m/s jest
prędkością światła w próżni.
Wykres energii wiązania na nukleon od liczby nukleonów w jądrze, czyli od tzw. liczby
masowej A, jest krzywą która szybko narasta dla małych wartości A i stopniowo opada dla
dużych A. Reakcja jądrowa przeprowadzane tak, aby uzyskać wyraźny wzrost energii
wiązania, mogą być obfitym źródłem energii jądrowej. Takie są reakcje syntezy lekkich jąder
(np. synteza helu), i reakcje rozpadu ciężkich jąder (np. rozpad uranu). Te ostatnie reakcje
produkują jednak różnego rodzaju jądra niestabilne, których dalszy rozpad jest szkodliwy dla
otoczenia.
Energia wiązania deuteru
Jądro deuter zbudowane jest z jednego protonu i jednego neutronu. Ich oddzielne masy to:
m {proton} = 1.007276 u
m {neutron}= 1.008665 u
m {proton} + m_{neutron} = 1.007276 + 1.008665 = 2.015941 u
gdzie u jest masą atomową (u=931.4943 MeV c^{-2}=1.6605 10^{-27} kg) Masa jądra
deuteru jest:
m d = 2.013553 u
Różnica mas wynosi = 2.015941 - 2.013553 = .002388 u, tak więc energia wiązania deuteru
wynosi
Delta E = 0.002388*931.494 MeV/u = 2.224 MeV .
4. Reakcje syntezy jądrowej
Reakcja syntezy jądrowej jest to reakcja jądrowa, w której dwa lekkie jądra łączą się w jedno
cięższe. Reakcji towarzyszy uwolnienie dużej ilości energii. Jest ona źródłem energii Słońca i
innych gwiazd. Istnieje nadzieja, że reakcja syntezy jądrowej stanie się kontrolowanym
źródłem energii na Ziemi. Przykładem jest synteza izotopu wodoru zwanego deuterem. W
odpowiednich warunkach dwa jądra deuteru mogą połączyć się tworząc jądro cięższego
pierwiastka helu. Towarzyszy temu wydzielenie energii. Reakcja syntezy może zajść tylko w
bardzo wysokiej temperaturze i dlatego nazywa się ją reakcją termojądrową. W niektórych
reakcjach syntezy jąder ciężkich izotopów wodoru uwalniane są neutrony o wysokiej energii,
które mogą powodować rozszczepienie uranu lub plutonu. Wynika stąd, że przeprowadzenie
reakcji syntezy w obecności materiału rozszczepialnego pozwala na znacznie lepsze
wykorzystanie tego ostatniego dla wyzwolenia energii, a wybuchy które są wynikiem
przebiegu reakcji rozszczepienia i syntezy mają ogromną moc.
Od II wojny światowej trwają badania nad wykorzystaniem syntezy jądrowej na Ziemi.
Niestety, aby doszło do zapoczątkowania takiej reakcji potrzebna jest ogromna temperatura.
A więc aby uzyskać energię należy najpierw ją dostarczyć. Nie jest to większym kłopotem,
gdy nie musimy kontrolować reakcji - powstały bomby wykorzystujące syntezę jądrową
(bomby wodorowe), jednak do tej pory nie udało się skonstruować elektrowni
wytwarzających prąd elektryczny w oparciu o tą reakcję. Prace wciąż trwają.
5. Energetyka jądrowa jest zespołem zagadnień związanych z uzyskiwaniem na
przemysłową skalę energii, jaka powstaje z rozszczepienia tzw. ciężkich jąder niektórych
pierwiastków . Ten rodzaj energii jest pozyskiwany w reaktorach elektrowni jądrowych,
okrętów ze specjalnie przystosowanym napędem oraz w izotopowych zasilaczach itp.
Problem energetyki jądrowej zawiera także kwestie związane z eksploatacją złóż uranu,
przetwarzaniem paliwa jądrowego a także składowaniem odpadów radioaktywnych.
Elektrownie jądrowe są alternatywą dla tradycyjnych elektrowni. W tym typie elektrowni
energię uzyskuje się z procesów rozszczepiania jąder atomów zamiast ze spalania kopalnych
paliw. Zamiast wielkich kotłów korzysta się z reaktorów jądrowych, czyli urządzeń, w
których wytwarza się energię jądrową. Obecnie udział elektrowni jądrowych w światowej
produkcji energii elektrycznej przekracza 20%. W dzisiejszych czasach najwięcej
kontrowersji wokół sprawy energetyki jądrowej wiąże się z problemem odpadów
promieniotwórczych - ich powstawania, transportowania i wreszcie składowania. Duża
elektrownia jądrowa mająca moc 1 300 MW produkuje rocznie około 30 t odpadów.
Najważniejsze zadania jakie stoją przed przemysłem jądrowym, aby zyskać poparcie
społeczne i polityczne to: obniżenie kosztów budowy elektrowni przy jednoczesnym
zwiększaniu bezpieczeństwa, zaproponowanie możliwych do zaakceptowania społecznego
sposobów na przechowywanie i składowanie odpadów radioaktywnych, a także
udoskonalanie systemów zapobiegających rozprzestrzenianiu się broni jądrowej. W
dzisiejszych czasach energetyka jądrowa, obok hydroenergetyki i energetyki związanej z
pozyskiwaniem energii z siły wiatru czy promieni słonecznych, jest jednym z najbardziej
zalecanych źródeł energii elektrycznej.