Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra...
Transcript of Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra...
![Page 1: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/1.jpg)
Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie
1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia
2. Charakterystyka procesu rozszczepienia
3. Kontrolowana reakcja rozszczepienia
4. Zasada konstrukcji reaktora jądrowego
5. Broń jądrowa
6. Problemy energetyki jądrowej
![Page 2: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/2.jpg)
Z = 2
Z = 8
Z = 20
Z = 28
Z = 50
Z = 82
N = 2 N = 8
N = 20
N = 28
N = 50
N = 82
N = 126
liczba neutronów, N
liczb
a pr
oton
ów, Z
- trwałe
- β+
- β-
- α
- rozszczepienie
- p
Przemiana β+
p → n + e+ + νe
Emisja p
ZX → Z-1Y + p
Przemiana β-
n → p + e- + νe
Emisja α
ZXN → Z-2YN-2 + α
Mapa nuklidów
Emisja 2p
264 jądra stabilne
ok. 2700 jąder znanych
ok. 7000 jąder przewidywanych
90Th
i 92U
![Page 3: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/3.jpg)
Rozszczepienie jąder ciężkich
A
B/A[MeV]
Rozszczepienie jądra 238U (B/A ≈ 7,6 MeV/u) na dwa fragmenty np. 119Pd (B/A ≈ 8,5 MeV/u):
Q = Ef = 2 B(A/2, Z/2) - B(A,Z)
= 238 (8,5 - 7,6) MeV= 214 MeV
![Page 4: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/4.jpg)
Rozszczepienie jąder ciężkich
Przy rozszczepieniu jądra o (A,Z) na dwa fragmenty o równych masach: Energia rozszczepienia (w modelu kroplowym):
Q/c2 = Ef/c2 = M(A,Z) - 2 M(A/2, Z/2)
( ) ( )2/1
2
3/1
23/2 2,
AAZAa
AZaAaAaZAB SYMCSV
δ+
−−−−=
( ) ( )ZABmZAZMZAM nH ,)(, −−+=
Ef/c2 = aS A2/3 (1-21/3) + aC Z2 A-1/3 (1-2-2/3)
Ef/c2 ≥ 0 dla jąder o A i Z większym od 90Zr
Przy rozszczepieniu jądra 238U na dwa fragmenty np. 119Pd Q = Ef = 191 MeV
![Page 5: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/5.jpg)
Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia
Rozszczepienie - wynik konkurencji między siłami jądrowymi i kulombowskimi
B ∼ AFkul ∼ Z2
238U rozszczepienie T 1/2= 6 10 15 lat
rozpad α T 1/2= 4.5 10 9 lat
![Page 6: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/6.jpg)
Warunki wystąpienia procesu rozszczepieniaRozszczepienie jądra 238U na dwa fragmenty np. 119Pd:
1. Energia uwalniana w procesie rozszczepienia Ef = Q ≈ 200 MeV
2. Bariera kulombowska dla 2 fragmentów
Vc = Z1Z2e2 a c/R = 250 MeV
Bardzo małe prawdopodobieństwo
rozszczepienia i duży T 1/2 !
![Page 7: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/7.jpg)
energia aktywacji = 0Warunek
na rozszczepienie samoistne
Q ≥ Vc
energia aktywacji
Q
![Page 8: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/8.jpg)
Warunek na rozszczepienie samoistne
Q /c2 = Ef/c2 = aS A2/3 (1-21/3) + aC Z2 A-1/3 (1-2-2/3)
Vc = (Z/2)2 e2 a c/ [2r0 (A/2)1/3 ] = C Z2 A-1/3
Q ≥ Vc a’S A2/3 + a’C Z2 A-1/3 ≥ C Z2 A-1/3
warunek niestabilności:
Z2 / A ≥ a’S / (C - a’C)
![Page 9: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/9.jpg)
Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia
![Page 10: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/10.jpg)
Warunek na rozszczepienie samoistne
( ) ( )2/1
2
3/1
23/2 2,
AAZAa
AZaAaAaZAB SYMCSV
δ+
−−−−=
Wpływ deformacji na energię wiązania:
sfera → elipsoida
( )21
)1(εε
−=
+=
Rb
Rawarunek: V = (4/3)πab2 = (4/3)πR3
S = 4πR2 [1 + (2/5) ε2 + ..]
![Page 11: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/11.jpg)
Warunek na rozszczepienie samoistne
Zmiana energii wiązania jądra przy wzroście deformacji ε :DE = - [B(e) - B(0)]
( )
( )
( ) ( ) ( ) ( )[ ]
−=∆
+−+=∆
+−=
++=
3/1
23/2
2
2
3/1
2
23/2
25
00
...511
...521
AZaAaE
EEEEEAZaE
AaE
CS
CSCS
CC
SS
ε
εε
εε
εεenergia „powierzchniowa”
energia kulombowska
różnica energii względem jądra sferycznego
warunek niestabilności: ∆E ≤ 0
![Page 12: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/12.jpg)
Warunek na rozszczepienie samoistne
enierozszczepiaa
AZ
AZaAa
E
C
S
CS
⇒≈≥
=−
=∆
482
02
0
2
3/1
23/2
Z>114A>270
parametr rozszczepienia:
x = Z2 / (48A)
Dla jąder występujących w przyrodzie rozszczepienie samoistne nie zachodzi
![Page 13: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/13.jpg)
Energia aktywacji
model kroplowy
efekty powłokowe
parametr rozszczepienia:
x = Z2 / (48A)
dla 238U Z2 /A = 35.5
x = 0.74
![Page 14: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/14.jpg)
Prawdopodobieństwo rozszczepienia• Czas połowicznego zaniku ze względu na
rozszczpienie silnie zależy od Z2/A
parametr rozszczepialności x = Z2/(48 A )
x Jądro T 1/2
0,74 238U 6 10 15 lat
0,82 254Fm 220 dni
0,87 258104 0,01 s
![Page 15: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/15.jpg)
Rozszczepienie wymuszone• Energia aktywacji > 0
neutrony termiczne (0.025 eV, 2200 m/s)
![Page 16: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/16.jpg)
Rozszczepienie wymuszone W wyniku wchłonięcia przez 235U neutronu powstaje
236U o energii wzbudzenia Ex = [m (236U*) - m(236U)]c2
m (236U*) = m(235U) + mn ; Enkin - b. mała
m (236U*) = 235,043924 u + 1,008665 u = 236,052589 u m (236U) = 236,045563 u Ex = (236,052589 u - 236,045563 u) 931,502 MeV/u =
6,5 MeV Energia aktywacji (energia progowa) dla 236U: 6,2 MeV
235U może ulegać rozszczepieniu już dla Enkin = 0.
![Page 17: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/17.jpg)
Rozszczepienie wymuszone
• Energia aktywacji
238U może ulegać rozszczepieniu dla En
kin od ok. 2 MeV
Dla n + 238U Æ 239U*
Ex = 4,8 MeV Eprog(239U) = 6,6 MeV
![Page 18: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/18.jpg)
Rozszczepienie wymuszone
• Przekrój czynny na rozszczepienie indukowane neutronami dla 235U i 238U
![Page 19: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/19.jpg)
Charakterystyka procesu rozszczepienia1. Rozkład masowy fragmentów rozszczepienia
Rozszczepienie nie jest procesem symetrycznym.
Silnie uprzywilejowany jest rozpad na dwa fragmenty znacznie różniące się masą.
![Page 20: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/20.jpg)
Charakterystyka procesu rozszczepienia2. Emisja neutronów
a) natychmiastowa, średnio 2,5 n, t ª 10-16 s
b) opóźniona, emisja n po rozpadzie b fragmentów, ok. 0,7% liczby n, średnio t ª 12,5 s.
bAZ X n
A-1Z+1 X
AZ+1 X
![Page 21: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/21.jpg)
Charakterystyka procesu rozszczepienia
3. Rozkład energii kinetycznej fragmentów
Całkowita energia kinetyczna emitowanych cząstek wynosi ok. 180 MeV
4. Widmo energetyczne neutronów
średnia En = 2 MeV
![Page 22: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/22.jpg)
Kontrolowana reakcja rozszczepienia
Dla zapoczątkowania reakcji łańcuchowej konieczne jest aby liczba neutronów była > 1.
n + 235U Æ rozszczepienie Æn + 235U Æ ...n + 235U Æ ...
W przypadku 235U neutrony muszązostać spowolnione - moderator
(woda, D2O, grafit, beryl)
![Page 23: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/23.jpg)
Kontrolowana reakcja rozszczepienia
Regulacja liczby neutronów -
pręty regulacyjne (kadm)
![Page 24: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/24.jpg)
Kontrolowana reakcja rozszczepieniaBilans liczby neutronów Straty n: ucieczka z reaktora
absorpcja przez (n,g)
absorpcja w moderatorze
W chwili początkowej - N neutronów termicznych
hN neutronów szybkich w wyniku rozszczepienia 235U
ehN neutronów szybkich w wyniku rozszczepienia 238U
kefN neutronów termicznych w wyniku spowolnienia w
moderatorze; kef = eh Pus Put - współczynnik powielania n
kef = 1 układ jest krytyczny, reakcja przebiega stacjonarnie
kef < 1 układ jest podkrytyczny, reakcja zanika
kef > 1 układ jest nadkrytyczny, liczba n rośnie
![Page 25: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/25.jpg)
η
ε
Pus
Put
![Page 26: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/26.jpg)
Zasada konstrukcji reaktora jądrowego
Części reaktora:
paliwo - materiał rozszczepialny
moderator
reflektor
zbiornik zabezpieczający
chłodziwo
pręty regulacyjne (kontrola mocy)
system bezpieczeństwa
![Page 27: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/27.jpg)
Zasada konstrukcji reaktora jądrowego
Reaktor wodny ciśnieniowy
![Page 28: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/28.jpg)
Elektrownia jądrowa w Niemczech
1g węgla - 36 kJ
1g uranu - 86 GJ
16% produkowanej w świecie energii elektrycznej pochodzi z reaktorów jądrowych.
![Page 29: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/29.jpg)
Reaktor jądrowy
![Page 30: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/30.jpg)
Reaktor jądrowy
Promieniowanie Czerenkowa
![Page 31: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/31.jpg)
Zasada konstrukcji reaktora jądrowego
Paliwo jądrowe
Uran- uran naturalny: 99,3 % 238U, 0,7% 235U
uran wzbogacony w 235U
wytworzony sztucznie 233U:232Th + n Æ 233Th Æ 233Pa Æ 233U
Pluton- wytworzony sztucznie 239Pu238U + n Æ 239U Æ 239Np Æ 239Pu
![Page 32: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/32.jpg)
Zasada konstrukcji reaktora jądrowego
Typy reaktorów jądrowych
1. Reaktory termiczne
w Polsce reaktor MARIA w Świerku (uran wzbogacony, początkowo 80% 235U, obecnie 36%)
2. Reaktory prędkie - możliwość powielania paliwa w cyklu uranowo-plutonowym
n239Pu
238U 239U 239Np
239Pun
n
n
![Page 33: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/33.jpg)
Historia
1. Pierwsze eksperymenty
- Enrico Fermi w 1934 r. próba produkcji pierwiastków transuranowych
- Otto Hahn i Fritz Strassmann w 1938 r. - stwierdzenie produkcji Ba i Kr
2. Poprawna interpretacja teoretyczna - Lise Meitner i Otto Frisch w 1939 r.
3. Opis teoretyczny rozszczepienia w modelu kroplowym - Niels Bohr i J.A. Wheeler w 1939 r.
4. Pierwsza kontrolowana reakcja jądrowa - E. Fermi 2 grudnia 1942 r.
![Page 34: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/34.jpg)
Kontrolowana reakcja rozszczepienia
Enrico Fermi - w 1934 naświetlał n 235U, w 1942 kierował budową pierwszego reaktora jądrowego w Chicago
![Page 35: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/35.jpg)
Problemy energetyki jądrowej
1. Postępowanie z wypalonym paliwem i odpadami promieniotwórczymi
a) w świecie zgromadzono ok. 220 tys ton wypalonego paliwa
wyprodukowano z niego 70 tys TWh energii elektrycznej
b) w Polsce 140 TWh energii na rok daje 25 mln ton popiołów
c) składowanie w środowisku wodnym - przez około 50 lat
d) składowanie w głębokich formach geologicznych
e) przetwarzanie chemiczne
f) transmutacja jądrowa długożyciowych izotopów radioaktywnych
![Page 36: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/36.jpg)
Problemy energetyki jądrowej
Społeczna obawa przed skutkami awarii
Awaria reaktora w Czarnobylu
![Page 37: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/37.jpg)
Kontrolowana reakcja rozszczepienia
Względna liczba n, które uciekają z bryły uranu zależy od wielkości i kształtu tej bryły.
a) procesy zależne od wielkości powierzchni:
ucieczka z bryły
b) procesy zależne od objętości:
rozszczepienie
absorpcja
Masa krytyczna - masa najmniejszej ilości materiału rozszczepialnego, w której może się rozwinąć reakcja łańcuchowa
![Page 38: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/38.jpg)
Wybuch jądrowy
Warunki wybuchu:
• masa paliwa musi być większa od masy krytycznej
• masa krytyczna musi być osiągnięta w bardzo krótkim czasie (10-6 s)
![Page 39: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/39.jpg)
Broń jądrowa - bomba atomowa
Broń jednofazowa -rozszczepienie pierwiastków ciężkich
Materiał rozszczepialny:233U i 235U lub 239Pu
Budowa:
2 półkule z 235U
płaszcz z 238U
zapalnik - konwencjonalne materiały wybuchowe
![Page 40: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/40.jpg)
Broń jądrowa - bomba atomowa1. Typ „gun” (Hiroshima)
półkula z 239Pu lub 235U
-podkrytycznareflektor 238U
2. Typ „implosion” (Nagasaki)
a) detonacja
b) fala uderzeniowa -stan nadkrytyczny
![Page 41: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/41.jpg)
Manhattan ProjectOak Ridge, USA
60 tys robotników pracowało przez 3 lata, aby wyseparować 2 kg 235U
![Page 42: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/42.jpg)
Pierwsza bomba atomowa
“Little Boy” bomba uranowa (typ “gun”) zrzucona na Hiroshimę;
długość 3m, średnica 60 cm,
![Page 43: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/43.jpg)
Bomby atomowe zrzucone na Japonię w 1945
![Page 44: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/44.jpg)
Bombardowanie Nagasaki 9 sierpnia 1945
Skutki eksplozji:podmuch - 40-60% energii
promieniowanie termiczne -30-50% energii
promieniowanie jonizujące -5% energii
opad radioaktywny - 5-10% energii
![Page 45: Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystaniemarta/Reakcje... · Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie 1. Warunki wystąpienia procesu rozszczepienia 2. Charakterystyka](https://reader034.fdocuments.pl/reader034/viewer/2022043006/5f9042bf89a5b510dd02dec9/html5/thumbnails/45.jpg)
Nagasaki po wybuchu