Energetyka
advertisement
Co to jest energia atomowa? Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych. Energia jądrowa, energia uzyskiwana z rozszczepienia bardzo ciężkich jąder (uran, pluton, tor) lub z syntezy lekkich pierwiastków (hel, lit). W obu przypadkach uwalniana jest energia wiązania jądrowego, która ma największą wartość dla jąder o średnich masach (np. przy rozszczepieniu 1 g uranu uzyskuje się tyle energii, co przy spaleniu ponad 2 t węgla!!). 1 Energia jądrowa w naturze 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 sie 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. 2 Budowa atomu 3 Izotopy Izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze). 4 Reakcja rozszczepienia jądra 5 Zabłysło słońce na atolu Eniwetok pierwsza bomba wodorowa Kiedy dnia 1 listopada 1952 roku ostatni technicy zakończyli sprawdzanie przyrządów pomiarowych i poszycia ogromnego walca o wysokości 6 metrów, porytego ołowiem i pianką poliuretanową, nikt nie przypuszczał, że cudowna wyspa Elugelab na atolu Eniwetok, wraz z wybiciem godziny 7.14, zamieni się w krater o wielkość 2 kilometrów i głębokości 50 metrów. Miliony ton skał i roślinności oraz hektolitry wody w kilka sekund zamieniły się w parę wodną i podczas pierwszych 90 sekund zostały uniesione na ok.17 tys. metrów, by po 5 minutach osiągnąć wysokość ok. 41 tys m. Oznacza to, że atomowy grzyb sięgnął aż do stratosfery. Tego dnia miała miejsce próba nowej broni. Broni, przy której wybuchy atomowych głowic z ładunkami rozszczepialnymi wydawać by się mogły strzałami z pistoletu przy armatniej salwie. Tego dnia narodziła się bomba zwana potem bombą wodorową, a miała ona dwóch ojców. „Rodzice” pochodzili z Europy wschodniej, i byli nimi: Węgier Edward Teller i Polak Stanisław Ulam. 6 Pierwsza bomba wodorowa Po wybuchu na atolu Eniwetok obserwatorzy i naukowcy nie mogli uwierzyć w to, co zobaczyli. Jedni gratulowali sobie sukcesu, inni stali osłupiali i patrzyli, co zostało z wysepki, na której nastąpił wybuch. Mocy, jaką osiągnęła bomba, nikt się nie spodziewał. Założenia mówiły o sile 5 megaton, ale w rzeczywistości była ona dwukrotnie większa. Nie było to ostatnie słowo w konstrukcji bomb wysokiej mocy – 1 marca 1954 roku o godzinie 6.45 czasu lokalnego w pobliżu wyspy Charlie na atolu Bikini eksplodował ładunek nazwany Cherlakiem. Zakładano, że moc wybuchu wyniesie 4 megatony, jednak o wybuchu okazało się, że miał on siłę 15 megaton. Odpowiedzialne były za to czynniki, których nie uwzględniono w obliczeniach. 7 Bomba wodorowa BOMBA WODOROWA- realcja termojądrowa zachodzi w czasie wybuchu bomby wodorowej(termojądrowej). Aby powstały warunki do zapoczątkowania reakcji fuzji( łączenie się lekkich jąder w cięższe) konieczny jest najpierw wybuch bomby atomowej, która jest zapalnikiem bomby wodorowej, w celu uzyskania olbrzymiej temperatury i ciśnienia. Masa wszystkich produktów rozszczepienia jest mniejsza niż poszątkowa masa jądra. Brakująca masa przekształca się w energię E=m*c2 gdzie: E- powstająca energia, m-utracona masa, c- prędkość światła w próżni. Ze wzoru Einsteina wynika, ze nawet niewielka utrata masy powoduje powstanie olbrzymiej energii. Ubytek masy dotyczy wszystkich reakcji w których wydziela się energia(spalanie), ale zwykle jest tak mały, że trudno go zauważyć. 8 9 Energia elektryczna – niezbędna każdego dnia 10 11 Wykorzystanie energii jądrowej Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i jest wykorzystywana w energetyce w elektrowniach jądrowych. Najczęściej stosowanym surowcem jest uran-235. Wytwarzana w ten sposób energia wewnętrzna jest wykorzystywana do napędzania turbin generatorów energii elektrycznej. Obecnie około 7% energii zużywanej przez ludzkość w tym 15,7% energii elektrycznej jest produkowanej z energii jąder atomowych. W Stanach Zjednoczonych ok. 20%, a we Francji aż 80% energii elektrycznej pochodzi z elektrowni jądrowych. Stosowany jest również napęd atomowy (okręty podwodne, lotniskowce). Energia rozpadu promieniotwórczego służy również do zasilania aparatury pomiarowej sond kosmicznych (szczególnie tych, które penetrują peryferyjne obszary Układu Słonecznego). Od lat pięćdziesiątych XX w. trwają prace nad kontrolowanym przeprowadzeniem reakcji fuzji lekkich jąder atomowych. Mimo wielu prób, do tej pory nie udało się zbudować instalacji pozwalającej uzyskiwać użyteczną energię w sposób ciągły i stabilny na drodze fuzji jądrowej. 12 Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych. Do produkcji energii atomowej potrzebny jest uran, którego złoża nie są niewyczerpalne. Właśnie, dlatego energia jądrowa należy do energii nieodnawialnych. Z drugiej strony energia cieplna powstaje w reaktorach jądrowych nie wskutek spalania (jak w przypadku ropy, węgla i gazu), lecz w wyniku rozszczepienia atomu, co może ją klasyfikować, jako energię niekonwencjonalną. Elektrownie atomowe są także czystsze od elektrowni węglowych, nie zanieczyszczają one powietrza szkodliwymi gazami. Istnieje jednak problem z wielowiekowym składowaniem odpadów silnie radioaktywnych. Do ich zalet można zaliczyć niewielką powierzchnie, jaką zajmują. Wadą jest wielkość obszaru zasilanego z takiej elektrowni. W przypadku awarii, zostają pozbawieni energii elektrycznej mieszkańcy wielu regionów. Coraz lepsze urządzenia dają poczucie niezawodności i bezpieczeństwa. Katastrofy takie jak ta w Czarnobylu i w Fukushimie nie powinny się zdarzyć. Należy jednak pamiętać, w jakim świecie żyjemy i mieć na uwadze fakt, iż taki obiekt może być celem ataku terrorystycznego. Mówi się, że energia jądrowa jest tania. Tymczasem koszty inwestycyjne wielokrotnie przewyższają budowę elektrowni węglowych, a koszt wytworzenia 1kW energii jest sześciokrotnie wyższy niż w przypadku elektrowni wodnej i aż czterdziestokrotnie większy w porównaniu z kotłownią centralnego ogrzewania na biomasą. Elektrownia atomowa wygląda, więc dobrze w porównaniu z elektrownią węglową, natomiast źle w perspektywie wykorzystania energii odnawialnej. 13 Zabłysnęło słońce na atolu Eniwetok pierwsza bomba wodorowa Kiedy dnia 1 listopada 1952 roku ostatni technicy zakończyli sprawdzanie przyrządów pomiarowych i poszycia ogromnego walca o wysokości 6 metrów, porytego ołowiem i pianką poliuretanową, nikt nie przypuszczał, że cudowna wyspa Elugelab na atolu Eniwetok, wraz z wybiciem godziny 7.14, zamieni się w krater o wielkość 2 kilometrów i głębokości 50 metrów. Miliony ton skał i roślinności oraz hektolitry wody w kilka sekund zamieniły się w parę wodną i podczas pierwszych 90 sekund zostały uniesione na ok.17 tys. metrów, by po 5 minutach osiągnąć wysokość ok. 41 tys m. Oznacza to, że atomowy grzyb sięgnął aż do stratosfery. Tego dnia miała miejsce próba nowej broni. Broni, przy której wybuchy atomowych głowic z ładunkami rozszczepialnymi wydawać by się mogły strzałami z pistoletu przy armatniej salwie. Tego dnia narodziła się bomba zwana potem bombą wodorową, a miała ona dwóch ojców. „Rodzice” pochodzili z Europy wschodniej, i byli nimi: Węgier Edward Teller i Polak Stanisław Ulam. 14 Pierwsza bomba wodorowa Po wybuchu na atolu Eniwetok obserwatorzy i naukowcy nie mogli uwierzyć w to, co zobaczyli. Jedni gratulowali sobie sukcesu, inni stali osłupiali i patrzyli, co zostało z wysepki, na której nastąpił wybuch. Mocy, jaką osiągnęła bomba, nikt się nie spodziewał. Założenia mówiły o sile 5 megaton, ale w rzeczywistości była ona dwukrotnie większa. Nie było to ostatnie słowo w konstrukcji bomb wysokiej mocy – 1 marca 1954 roku o godzinie 6.45 czasu lokalnego w pobliżu wyspy Charlie na atolu Bikini eksplodował ładunek nazwany Cherlakiem. Zakładano, że moc wybuchu wyniesie 4 megatony, jednak o wybuchu okazało się, że miał on siłę 15 megaton. Odpowiedzialne były za to czynniki, których nie uwzględniono w obliczeniach. 15 Bomba wodorowa BOMBA WODOROWA- realcja termojądrowa zachodzi w czasie wybuchu bomby wodorowej(termojądrowej). Aby powstały warunki do zapoczątkowania reakcji fuzji( łączenie się lekkich jąder w cięższe) konieczny jest najpierw wybuch bomby atomowej, która jest zapalnikiem bomby wodorowej, w celu uzyskania olbrzymiej temperatury i ciśnienia. Masa wszystkich produktów rozszczepienia jest mniejsza niż poszątkowa masa jądra. Brakująca masa przekształca się w energię E=m*c2 gdzie: E- powstająca energia, m-utracona masa, c- prędkość światła w próżni. Ze wzoru Einsteina wynika, ze nawet niewielka utrata masy powoduje powstanie olbrzymiej energii. Ubytek masy dotyczy wszystkich reakcji w których wydziela się energia(spalanie), ale zwykle jest tak mały, że trudno go zauważyć. 16 17 Energia elektryczna – niezbędna każdego dnia 18 19 Wykorzystanie energii jądrowej Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i jest wykorzystywana w energetyce w elektrowniach jądrowych. Najczęściej stosowanym surowcem jest uran-235. Wytwarzana w ten sposób energia wewnętrzna jest wykorzystywana do napędzania turbin generatorów energii elektrycznej. Obecnie około 7% energii zużywanej przez ludzkość w tym 15,7% energii elektrycznej jest produkowanej z energii jąder atomowych. W Stanach Zjednoczonych ok. 20%, a we Francji aż 80% energii elektrycznej pochodzi z elektrowni jądrowych. Stosowany jest również napęd atomowy (okręty podwodne, lotniskowce). Energia rozpadu promieniotwórczego służy również do zasilania aparatury pomiarowej sond kosmicznych (szczególnie tych, które penetrują peryferyjne obszary Układu Słonecznego). Od lat pięćdziesiątych XX w. trwają prace nad kontrolowanym przeprowadzeniem reakcji fuzji lekkich jąder atomowych. Mimo wielu prób, do tej pory nie udało się zbudować instalacji pozwalającej uzyskiwać użyteczną energię w sposób ciągły i stabilny na drodze fuzji jądrowej. 20 Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych. Do produkcji energii atomowej potrzebny jest uran, którego złoża nie są niewyczerpalne. Właśnie, dlatego energia jądrowa należy do energii nieodnawialnych. Z drugiej strony energia cieplna powstaje w reaktorach jądrowych nie wskutek spalania (jak w przypadku ropy, węgla i gazu), lecz w wyniku rozszczepienia atomu, co może ją klasyfikować, jako energię niekonwencjonalną. Elektrownie atomowe są także czystsze od elektrowni węglowych, nie zanieczyszczają one powietrza szkodliwymi gazami. Istnieje jednak problem z wielowiekowym składowaniem odpadów silnie radioaktywnych. Do ich zalet można zaliczyć niewielką powierzchnie, jaką zajmują. Wadą jest wielkość obszaru zasilanego z takiej elektrowni. W przypadku awarii, zostają pozbawieni energii elektrycznej mieszkańcy wielu regionów. Coraz lepsze urządzenia dają poczucie niezawodności i bezpieczeństwa. Katastrofy takie jak ta w Czarnobylu i w Fukushimie nie powinny się zdarzyć. Należy jednak pamiętać, w jakim świecie żyjemy i mieć na uwadze fakt, iż taki obiekt może być celem ataku terrorystycznego. Mówi się, że energia jądrowa jest tania. Tymczasem koszty inwestycyjne wielokrotnie przewyższają budowę elektrowni węglowych, a koszt wytworzenia 1kW energii jest sześciokrotnie wyższy niż w przypadku elektrowni wodnej i aż czterdziestokrotnie większy w porównaniu z kotłownią centralnego ogrzewania na biomasą. Elektrownia atomowa wygląda, więc dobrze w porównaniu z elektrownią węglową, natomiast źle w perspektywie wykorzystania energii odnawialnej. 21 cdn… 22
