Uniwersytet Polowy - Atomistyka

Uniwersytet Polowy - Atomistyka

Energia jądrowa

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). Energię jądrową można uzyskiwać w sposób kontrolowany (dotychczas tylko energia z rozszczepienia - w reaktorach jądrowych) lub niekontrolowany ( broń jądrowa), zarówno rozszczepieniowa, jak i termojądrowa). Prace nad uzyskiwaniem energii jądrowej rozpoczęto po odkryciu 1938 rozszczepienia jądra atomowego, głównie w ramach militarnych projektów badawczych w czasie II wojny światowej i w latach zimnej wojny.

Rozpad promieniotwórczy

Tylko 272 ze znanych około trzech tysięcy rodzajów jąder atomowych (jądro atomowe) ma zadziwiającą własność: są stabilne czyli nie ulegają spontanicznie rozpadowi. Pozostałe rozpadają się, czyli są promieniotwórcze. Typowemu rozpadowi towarzyszy emisja jednego z dwóch rodzajów promieniowania jądrowego: alfa lub beta (alfa rozpad, beta rozpad, alfa promieniowanie, beta promieniowanie). Często powstała w wyniku rozpadu konfiguracja neutronów i protonów w nowym jądrze atomowym posiada pewien nadmiar energii potencjalnej. Nowe jądro pozbywa się jej emitując natychmiast po swoim powstaniu kwant promieniowania gamma (gamma promieniowanie) unoszący tą energię. Czasem emisja kwantu gamma jest utrudniona przez pewne prawa kwantowej fizyki i zachodzi po pewnym czasie. Wtedy mówimy o tzw. przejściu izomerycznym lub rozpadzie gamma. Przy rozpadach alfa i beta jądra zmieniają się w jądra innych pierwiastków, przy tzw. rozpadzie gamma pozostaje jądrem tego samego pierwiastka. Wyjątkowym rozpadem jest rozczepienie spontaniczne, w którym jądro rozpada się na dwa fragmenty będące też jądrami atomowymi i emituje neutrony. Podstawowy opis zjawiska rozpadu promieniotwórczego nie zależy od rodzaju rozpadu.

Zanim nie nastąpi rozpad jądro promieniotwórcze nie różni się od jądra stabilnego, bez przeszkód wchodzi więc w skład atomu. Nie można przewidzieć momentu rozpadu danego jądra atomu, a prawdopodobieństwo jego rozpadu jest stałe w czasie, praktycznie niezależne od żadnych czynników zewnętrznych i ściśle określone dla danego rodzaju jądra. Określa się je symbolem ? i nosi nazwę stałej rozpadu (rozpadu stała). Stałość prawdopodobieństwa rozpadu danego rodzaju jądra (izotopu promieniotwórczego) prowadzi do tego, że ilość rozpadów zachodzących w jednostce czasu w zbiorze jednakowych atomów promieniotwórczych (aktywność źródła promieniotwórczego) jest proporcjonalna do liczby nierozpadniętych jeszcze atomów pozostających w tym zbiorze. Matematycznie zależność tą opisuje prawo rozpadu promieniotwórczego. Zgodnie z nim aktywność źródła promieniotwórczego spada wykładniczo. Tempo spadku aktywność charakteryzuje tzw. czas połowicznego zaniku (lub czas połowicznego rozpadu) T1/2 równy T1/2 = ln(2)/?, gdzie ? - stała rozpadu. Jest to czas, po którym ilość atomów danego izotopu promieniotwórczego (aktywność źródła) spada do połowy swojej początkowej wartości. Czasy połowicznego zaniku różnych izotopów promieniotwórczych różnią się znacznie.

Rozszczepienie jądra atomowego

Rozszczepienie jądra atomowego, rodzaj rozpadu promieniotwórczego wzbudzonego jądra atomowego ciężkich pierwiastków na ogół na dwa, czasem na więcej fragmentów, również będących jądrami atomowymi. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów i kwantów gamma oraz wydzielenie znacznej ilości energii ( defekt masy). Powstałe w wyniku rozszczepienia jądra atomowego fragmenty mają nadmiar neutronów, które emitowane są z tych jąder po rozszczepieniu (część jako neurony opóĽnione). Rozkłady mas powstających w rozszczepieniu fragmentów mają charakterystyczny kształt z dwoma maksimami odpowiadającymi w przybliżeniu liczbom masowym A ? 100 i 140. Istnieją rozszczepienia jądra atomowego spontaniczne (inaczej samorzutne), gdy jądro ulega rozszczepieniu po spontanicznym wzbudzeniu o charakterze fluktuacji (zjawisko występuje w przypadku bardzo ciężkich jąder, charakteryzuje go właściwy danemu izotopowi ( czas połowicznego rozpadu) oraz rozszczepienia jądra atomowego wymuszone, gdy wzbudzenie jądra wynika z absorpcji protonu, neutronu, deuteronu, kwantu gamma (zjawisko fotorozszczepienia) itp.

Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenie mają własności rozszczepienia jąder uranu i plutonu, gdyż izotopy 235U, 233U oraz 239Pu ulegają rozszczepieniu już przy bombardowaniu neutronami o dowolnie małej energii (nawet neutronami protonicznymi), podczas gdy większość izotopów ciężkich pierwiastków ulega rozszczepieniu od pewnej progowej energii bombardującego neutronu. Pojedynczy akt rozszczepienia jądra atomowego może w sprzyjających warunkach indukować (poprzez emitowane neutrony) dalsze rozszczepienia, prowadząc do reakcji łańcuchowej, co znalazło zastosowanie w reaktorze jądrowym i broni jądrowej. Zjawisko rozszczepienia jądra atomowego odkryli w 1938 O. Hahn z F. Strassmanem.

Skąd się bierze energia jądrowa?

Energia jądrowa jest wytwarzana w elektrowniach atomowych. Paliwem dla elektrowni atomowych jest rozszczepialny izotop uranu U-235. W uranie naturalnym, zawartym w rudach uranowych znajduje się zaledwie 0,71% tego izotopu i aby stał się użyteczny musi być poddany procesowi koncentracji. Dlatego produkcja paliwa dla elektrowni atomowych jest bardzo kosztowna i wymaga przetwarzania ogromnych ilości rud uranowych. W elektrowniach atomowych paliwo jądrowe rozszczepiane jest w sposób kontrolowany w reaktorach jądrowych. Energia jądrowa wytwarzana jest w reaktorach.

Co to jest reaktor jądrowy?

Reaktor jądrowy, reaktor atomowy, stos atomowy, urządzenie służące do wytwarzania kontrolowanej reakcji łańcuchowej, tj. ciągłego pozyskiwania energii z rozszczepiania jąder atomowych. Stan kontrolowanej reakcji jądrowej podtrzymującej się samoczynnie na ustalonym poziomie nazywany jest stanem krytycznym. Jeśli intensywność reakcji narasta, to stan jest nadkrytyczny, gdy wygasa, to stan jest podkrytyczny.

Reaktor jest sterowalny i bezpieczny, gdy ma małą, dodatnią reaktywność związaną z neutronami opóĽnionymi. Typowy reaktor jądrowy zbudowany jest z rdzenia, reflektora neutronów oraz osłon biologicznych. Sam rdzeń zawiera pręty paliwowe, pręty regulacyjne, pręty bezpieczeństwa, moderator, kanały chłodzenia i kanały badawcze.




Uniwersytet Polowy   Atomistyka 133750,1

Elektrownia jądrowa

Podział reaktorów:

Ze względu na zastosowanie rozróżnia się:
1) reaktory jądrowe badawcze (o małej, tzw. zerowej mocy, wykorzystywane w badaniach naukowych jako silne źródła neutronów),
2) reaktory jądrowe produkcyjne (służące do wytwarzania sztucznych pierwiastków promieniotwórczych na drodze aktywacji, głównie do produkcji plutonu - szczególną klasę tych reaktorów stanowią tzw. reaktory jądrowe powielające, w których paliwo jądrowe w trakcie wypalania przekształca się w inny rodzaj paliwa jądrowego),
3) reaktory jądrowe energetyczne (wytwarzające energię cieplną przekształcaną w energię mechaniczną w napędach nuklearnych okrętów lub w energię elektryczną w energetyce jądrowej),
4) reaktory jądrowe doświadczalne (prototypy nowych rozwiązań technicznych stosowanych w reaktorach jądrowych). Częstym kryterium klasyfikacji reaktorów jądrowych jest rodzaj zastosowanego moderatora i chłodziwa - istnieją zatem reaktory jądrowe wodno-wodne, ciężkowodno-wodne (ciężka woda), grafitowo-wodne, grafitowo-powietrzne, grafitowo-sodowe itp.

Innym rodzajem klasyfikacji reaktorów jądrowych jest podział ze względu na wykorzystywaną energię neutronów lub wielkość ich strumienia (cechy te określają rodzaj paliwa i wiele innych parametrów reaktora). Zgodnie z tym kryterium rozróżnia się:

1) reaktory jądrowe wysokostrumieniowe (o strumieniu neutronów przekraczającym 1014 cząstek/cm2s),
2) reaktory jądrowe prędkie (gdy reakcja rozszczepienia zachodzi dzięki neutronom prędkim),
3) reaktory jądrowe pośrednie (gdy stosuje się neutrony pośrednie),
4) reaktory jądrowe termiczne (wykorzystywane są neutrony termiczne),
5) reaktory jądrowe epitermiczne (reakcja zachodzi dzięki neutronom epitermicznym).

Popromienna choroba

Popromienna choroba, zespół objawów występujących w wyniku napromieniowania, których obraz kliniczny zależy od wchłoniętej przez organizm dawki promieniowania jonizującego, Dawka 400-600 remów powoduje pełny rozwój choroby, atakującej układ krwiotwórczy , układ limfatyczny układ pokarmowy oraz hamującej działanie mechanizmów odpornościowych. Najgorzej rokującym objawem jest tzw. triada objawów szybkiej śmierci popromiennej: podwyższenie temperatury ciała, wymioty i biegunki. Przy mniejszych dawkach promieniowania choroba może rozwinąć się w postaci ostrych schorzeń układu krwiotwórczego. Napromieniowanie zwiększa częstość występowania białaczek. W wyniku napromieniowania powstają też tzw. zmiany późne, ujawniające się nawet po kilkunastu latach ( niepłodność, zaćma, nowotwory złośliwe).

Napromieniowanie

Napromieniowanie, irradiacja, poddanie danego ciała działaniu promieniowania przenikliwego. Wyróżnia się: napromieniowanie zewnętrzne, wywołane zewnętrznym polem promieniowania ( gamma, rentgenowskiego, beta, neutronów) oraz wewnętrzne, powstałe na skutek przedostania się substancji promieniotwórczych do wnętrza ciała. W wyniku napromieniowania ciału zostaje przekazana pewna energia, której miarą jest dawka pochłonięta. W przypadku organizmów żywych (człowieka) miarą napromieniowania jest dawka równoważna. Wyróżnia się dwie drogi wchłonięcia substancji promieniotwórczych prowadzące do napromieniowania wewnętrznego: ingestia (spożycie) lub inhalacja. Wchłonięte substancje promieniotwórcze przedostają się, zgodnie ze swoimi biochemicznymi właściwościami, do wybranych organów lub tkanek i mogą być w nich akumulowane (np.: izotopy jodu w gruczole tarczowym, strontu w kościach, cezu w tkankach miękkich, plutonu w kościach i wątrobie).

Dla organizmów żywych napromieniowanie powodujące małe dawki równoważne (rzędu mili siwertów) prowadzi do tzw. skutków stochastycznych, tj.: do wzrostu ryzyka chorób nowotworowych ( nowotwór) i mutacji. Większe dawki równoważne (rzędu siwertów) prowadzą do tzw. skutków deterministycznych napromieniowania ( choroba popromienna, śmierć).

Napromieniowanie powodujące lokalnie (w chorej tkance) śmiertelne dawki stosuje się w terapii nowotworowej. Napromieniowanie promieniowaniem gamma lub beta jeszcze wyższymi dawkami wykorzystywane jest jako metoda sterylizacji narzędzi chirurgicznych, środków opatrunkowych oraz do konserwacji żywności i modyfikowania polimerów (np. termokurczliwe materiały). Jedynie napromieniowanie neutronami może prowadzić do powstania substancji promieniotwórczych w napromieniowanym materiale ( aktywacja).

Uniwersytet Polowy - Atomistyka

| 1 | 2 | następna >>
skomentuj
KOMENTARZE NA TEMAT GRY
więcej komentarzy dodaj komentarz