Wykorzystanie energii jądrowej

MGR JÓZEF BOREK
NAUCZYCIEL GIMNAZJUM
W SKALBMIERZU
TEMAT : WYKORZYSTANIE ENERGII JĄDROWEJ .
1. Ogólna charakterystyka jądra atomowego.
Początek XX wieku przyniósł znaczny postęp w dziedzinie poznania budowy
atomu i jądra atomowego oraz wykorzystania energii jądrowej. Jądra atomowe
zbudowane są z nukleonów tzn. protonów i neutronów. Protony są to cząstki
elementarne o ładunku dodatnim elementarnym e= 1,6021·10 -12 C i masie
spoczynkowej m= 1,672510-27 kg. Neutrony to cząstki elementarne elektrycznie
obojętne o masie spoczynkowej m= 1,674810-27 kg. Liczba nukleonów
charakteryzuje atom pierwiastka. Liczba atomowa Z określa ilość protonów
a liczba masowa A określa ilość nukleonów.
Analiza produktów rozpadu promieniotwórczego oraz dokładne badania mas
atomowych pierwiastków doprowadziły do odkrycia izotopii. Polega ona na
tym, że atomy danego pierwiastka mogą występować w różnych odmianach,
przy tej samej liczbie atomowej a różnej liczbie masowej. Izotopy danego
pierwiastka mają różne własności fizyczne i chemiczne. Izotopy wodoru to:
deuter i tryt. Obecnie znanych jest około 1500 izotopów.
2. Promieniotwórczość naturalna.
W roku 1896 fizyk francuski H. Becquerel wykrył niewidoczne dla oka
bardzo słabe promieniowanie wysyłane przez preparaty zawierające uran. Ciała,
które wysyłają promieniowanie odkryte przez Becquerela nazywamy ciałami
promieniotwórczymi lub radioaktywnymi. Maria Skłodowska - Curie i Piotr
Curie badając promieniowanie związku uranu między innymi blendy smołowej
odkryli pierwiastki promieniotwórcze polon i rad. W latach następnych odkryto
wiele pierwiastków promieniotwórczych, których liczba atomowa była większa
od 83. Własności promieniowania wysyłanego przez pierwiastki radioaktywne:
- zaczernienie kliszy fotograficznej
- wywołuje reakcje chemiczne,
- wywołuje fluorescencję niektórych substancji,
- w sposób ciągły wydzielają ciepło, w stanie czystym świecą w ciemności.
Zasadniczą cechą ciał promieniotwórczych jest samorzutne i ciągłe wysyłanie
energii oraz promieniowania alfa, beta i gamma.
3. Reakcje rozszczepienia jąder atomowych.
Lata 1938 - 1939 przyniosły nowe odkrycia w dziedzinie fizyki jądrowej.
Stwierdzono, że podczas bombardowania jąder uranu neutronami pojawiają się
pierwiastki bar i tor. Okazało się, że ciężkie jądro po wchłonięciu neutronu staje
się jądrem nietrwałym i ulega rozszczepieniu na dwa fragmenty o zbliżonej
masie a zjawisku temu towarzyszy wydzielenie się energii. Zjawisko
to wykorzystano w reaktorach jądrowych i niestety bombach jądrowych.
4. Reaktory jądrowe.
W reaktorach jądrowych używany jest uran 238 oraz kilka procent uranu
235. Podstawowym procesem jest rozszczepienie uranu 235 zachodzące
najwydatniej w przypadku bombardowania neutronami termicznymi. W celu
osiągnięcia wydatnej pracy reaktora należy odpowiednio spowolnić neutrony
wyzwolone podczas rozszczepienia. W tym celu stosuje się spowalniacze czyli
moderatory prędkości stosując: wodór, węgiel, beryl, wodę lekką lub ciężką
oraz grafit. Paliwo jądrowe stosuje się w postaci prętów paliwowych
zanurzonych w ciekłym moderatorze lub umieszczonych w wywierconych
otworach moderatora stałego. Oprócz prętów paliwowych i sterujących, każdy
reaktor ma pręty awaryjne umożliwiające natychmiastowe przerwanie pracy
reaktora. Rozmiary reaktora są duże ze względu na osłonę betonową
o kilkumetrowej długości, która ma zabezpieczać pracujących w pobliżu ludzi.