14_jedrska_energetik.. - Univerza v Novi Gorici

Report
UVOD V JEDRSKO ENERGETIKO
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
UVOD
V letu 2000 jedrske elektrarne dajejo 1/6 celotne svetovne električne energije.
V letih 1998-2001 3-4% letna rast porabe električne energije, 2,5% rast jedrske
energije.
Konec leta 2001 več kot 400 komercialnih reaktorjev v 31 različnih državah.
Instalirana moč 360 GWe, letna proizvodnja 250 TWh.
¼ reaktorjev v ZDA
¼ v Francija in Japonski, vsaka z več kot 50 reaktorji.
VB in Rusija vsaka z več kot 30 reaktorji.
Nobena druga država nima več kot 20 reaktorjev.
4/5 reaktorjev je lahkovodnih.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
DELEŽ ELEKTRIČNE ENERGIJE IZ JEDRSKE ENERGIJE
V RAZLIČNIH DRŽAVAH
Slovenija je na
desetem mestu !
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
NASPROTJA PRI JEDRSKI ENERGIJI
Tudi znanstveniki so razdeljeni v te, ki so “za” in te, ki so “proti”.
1950 - 1960 debata o jedrski energiji podobna kot sedaj debata o
genskem inženiringu.
Nuklearna debata še ni zaključena. Stališča nasprotnikov se
mehčajo predvsem zaradi globalnega segrevanja ozračja.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
KRATEK ZGODOVINSKI PREGLED
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) odkrije uran leta 1798.
Klaproth je že kot študent farmacije v Berlinu ustanovil svoj laboratorij (1775),
kjer je v rudi, tako imenovanem smolovcu, odkril uran. Nov element periodnega
sistema je poimenoval po planetu, ki so ga odkrili le osem let prej. Poleg urana
je Klaproth odkril še cirkonij in titan. Leta 1802 je postal profesor kemije na
Univerzi v Berlinu.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
John Dalton (1766-1844), znan kot zagovornik atomistične teorije, 1808 odkrije, da so
molekule in vse snovi sestavljene iz atomov. Beseda atom je grškega izvora: atomos,
a- "ne" + tomos – "rez" in označuje nedeljivost, čeprav danes vemo, da so atomi
pravzaprav sestavljeni iz manjših delcev: protonov, nevtronov in elektronov, ti pa iz
elementarnih delcev kvarkov. Po Daltonu poznamo tudi človeško nezmožnost za
razlikovanje barv - daltonizem. Leta 1794 je objavil prvi znanstveni članek o barvni
slepoti.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Antoine Henri Becquerel (1852-1908) pri preučevanju fosforescence uranovih soli po
naključju leta 1896 odkrije radioaktivno lastnost urana. Pri razpadu nastane drugo jedro,
obenem pa se sprosti še visoko energijski delec. Za svoje odkritje je leta 1903 skupaj s
Pierrom Curiejem in Marie Skłodowsko-Curie prejel Nobelovo nagrado za fiziko.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Albert Einstein (1879-1955) leta 1905 odkrije, da sta snov in energija enakovredni.
V določenih količinah lahko masa postane energija, energija pa masa
(E = mc2). Ta enakovrednost je del relativnostne teorije.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Niels Bohr (1885-1962) velja za enega izmed botrov kvantne mehanike.
V svoji atomski teoriji leta 1913 razloži elektromagnetno sevanje kot posledico gibanja
delcev – elektronov med "energijskimi nivoji" v atomu. Za svoj model atoma je
leta 1922 prejel Nobelovo nagrado za fiziko. Bohr se je ves čas zavzemal za
miroljubno uporabo atomske energije.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Ernest Rutheford (1871-1937) leta 1919 utemelji znanost o radioaktivnosti in razcepi
atom. Velja za očeta atomske fizike. Ukvarjal se je z razcepom atoma, kar je imenoval
"igranje s frnikolami", ter odkril njegovo notranjo strukturo. Razvijal je tudi teoretične
koncepte in terminologijo – proton, alfa-delci in nevtron so njegovi izrazi. Za svoje
dosežke je leta 1908 prejel Nobelovo nagrado za kemijo.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Del laboratorija Otta Hahna, ki v Nemčiji izvede prvo dokazano cepitev jeder
težkih elementov decemba 1939.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Otto Hahn (1879-1968)
Rojen v Frankfurtu na Maini.
Odkrije razcep jeder.
Je proti uporabi fisije v vojaške namene.
1945 pridržan v ZDA in mora
delati na njihovem jedrskem programu
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
Liese Maitner (1878-1968)
Hčera dunajskega odvetnika.
Ludwig Boltzmann njen profesor.
1907 se pridruži Hahnu v Berlinu.
Noče sodelovati v projektu
Manhattan.
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
2. decembra 1942 raziskovalcem pod vodstvom Enrica Fermija (1901-1954)
uspe izvesti prvo nadzorovano verižno reakcijo v poskusni napravi,
ki so jo imenovali Chicago Pile 1.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Enrico Fermi (1901-1954). 1927 postane profesor v Rimu. Se preseli v ZDA na
begu pred fašizmom in dela na University of Chicago. Izjemen predavatelj.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Decembra 1942 zasvetijo prve štiri žarnice, ki jih je napajala
električna energija, proizvedena s pomočjo jedrskega reaktorja EBR-1
v Idaho Falls, ZDA.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Junija 1953 je bil uspešno preizkušen prvi jedrski reaktor za pogon podmornic.
Prvi jedrski podmornici sta bili Nautilus in Seawolf.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
V Obninsku v Sovjetski zvezi prične 1954 delovati prva jedrska elektrarna na svetu.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
Zagon prve elektrarne z reaktorjem, hlajenim s plinom, v Calder Hallu v
Veliki Britaniji leta 1956. Predstavlja začetek britanskega jedrskega programa.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
JEDRSKA ENERGIJA – ZGODOVINSKI PREGLED
nuclear reacto zones: cone z jedrskimi reakcijami.
sandstone: peščenjak
ore layer: plast rude
granite: granit
1972 v Oklu v zahodni Afriki (Gabon) odkrijejo naravni jedrski reaktor, kjer je potekala
spontana verižna reakcija.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
STRUKTURA SNOVI - OSNOVNI POJMI
Atom je osnovni gradnik snovi (velikost cca. 10**-10 m).
Atom je sestavljen iz jedra in elektronov.
Jedro je sestavljeno iz protonov in nevtronov (velikost cca. 10**-14 m).
Protoni imajo pozitiven naboj.
Nevtroni so brez naboja.
Število protonov in elektronov je v atomu enako, zato je atom navzven
električno nevtralen.
nucleus: jedro
electrons: elektroni
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
STRUKTURA SNOVI - OSNOVNI POJMI
Označevanje jeder.
atomsko masno število 4
vrstno število 2
He
kemični element
Atomsko masno število nam pove število protonov in nevtronov v jedru.
Vrstno število nam pove število protonov v jedru.
Kemični element je snov, ki je sestavljena iz istega števila protonov.
Izotopi so atomi istega kemičnega elementa, ki se med seboj razlikujejo po
številu nevtronov.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
STRUKTURA SNOVI - OSNOVNI POJMI
IZOTOPI VODIKA
Lahki vodik
1
1
Težki vodik
2
1
Supertežki vodik
3
1
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
H
H
ali devterij
H
ali tritij
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
RADIOAKTIVNOST
Je spontana emisija delcev iz atomskega jedra.
Pojav odkrije Henry Becquerel 1896.
Samo nekateri kemijski elementi so radioaktivni. Intenzivnost emisije ter
tip delca, ki leti iz jedra, je odvisen od elementa.
V številnih primerih se intenzivnost emisije zmanjšuje s časom. Ti časi so
lahko od sekunde pa do leta.
Ostali ne kažejo nobene spremembe v obdobju opazovanja.
Fizikalne in kemijske spremembe radioaktivnih snovi – segrevanje, ohlajanje,
stiskanje, spajanje v različne kemijske spojine nimajo nobenega vpliva na
radioaktivnost.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
RADIOAKTIVNO SEVANJE
Nastane pri razpadu nestabilnih atomskih jeder.
Nastane pri vrnitvi jeder iz vzbujenega v osnovno stanje.
S čutili ne zaznavamo radioaktivnega sevanja.
Poznamo:
sevanje alfa:
iz jedra letijo helijeva jedra
sevanje beta: iz jedra letijo elektroni
sevanje gama: iz jedra letijo fotoni
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
ALFA DELCI – SEVANJE ALFA
Alfa delci so najmanj prodorni. Zaustavi jih lahko že list papirja,
deset centimetrov zraka ali človeška koža.
So nevarni, če jih vdihavamo ali pridejo v našo prehrambeno verigo.
So helijeva jedra, ki jih sestavljata dva protona in dva nevtrona.
Jedru, ki emitira alfa delce, se atomsko število zmanjša za dva, masno
število pa za štiri.
Običajno je nastalo jedro ponovno radioaktivno. Lahko pa nastane cela
veriga radioaktivnih elementov.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
ALFA DELCI – SEVANJE ALFA
SEVANJE ALFA: PRIMER RAZPADA ALFA JEDRA
235
92
U
V JEDRO
231
90
Th
PRIMER RAZPADA ALFA JEDRA RADIJA V JEDRO RADONA
226
88
+
Ra  222
Rn

2p
 2n
86
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
BETA DELCI - SEVANJE BETA
Beta delci so bolj prodorni kot alfa delci. Zaustavi jih tanka kovinska folija ali nekaj
milimetrov kateregakoli materiala.
So elektroni.
Razpad predstavlja prehod nevtrona v proton in elektron. Višek mase predstavlja
energija elektrona.
Pri beta razpadu se vrstno število elementa poveča za ena, masno število pa
ostane enako.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
BETA DELCI – SEVANJE BETA
SEVANJE BETA: PRIMER RAZPADA BETA JEDRA
131
53
I
V JEDRO
131
54
Xe
(jod-ksenon)
PRIMER RAZPADA BETA JEDRA CEZIJA V JEDRO BARIJA
137
55
Cs  137
Ba

e
56

n  p + +e-

137
55
Cs  137
56 Ba  β
(cezij-barij)
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
GAMA DELCI – SEVANJE GAMA
Sevanje fotonov iz jedra, običajno po alfa ali beta razpadu.
Gama žarke zaustavi že nekaj centimetrov svinca.
Pri gama razpadu se vrstno število elementa ne spremeni.
PRIMER RAZPADA GAMA JEDRA BARIJA V JEDRO BARIJA
137
56
Ba  137
56 Ba  foton
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
137
56
Ba  137
56 Ba  γ
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
RADIOAKTIVNI RAZPAD IN RAZPOLOVNI ČAS
Število razpadov na enoto časa je odvisno od tipa radioaktivnih atomov in
števila radioaktivnih atomov v določenem času na določenem mestu.
Število razpadov na enoto časa običajno povežemo s pojmom razpolovni čas.
Razpolovni čas je obdobje v katerem razpade polovica prisotnih radioaktivnih
atomov.
Razpolovni čas je enak, neodvisno kdaj začnemo meriti čas.
Razpolovni čas joda 131 je 8,1 let. Pol ga razpade v 8,1 leta, naslednjega pol v
8,1 leta, itd.
Uran nastopa v naravi kot 3 izotopi: U238. U235 (eden na 140 atomov),
zelo redki so izotopi U234. Vsi trije izotopi so radioaktivni z zelo dolgo
razpadno dobo.
U235 ima razpolovni čas 4500 milijonov let
U238 ima razpolovno čas 700 milijonov let
U234 ima razpolovno čas 250 milijonov let
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
RADIOAKTIVNI RAZPAD IN RAZPOLOVNI ČAS
1 x razpolovni čas: preostane še 50,0%
začetnega števila jeder.
2 x razpolovni čas: preostane še 25,0%
začetnega števila jeder.
3 x razpolovni čas: preostane še 12,5%
začetnega števila jeder.
Razpadna krivulja joda 131. Razplovni čas je 8,1 let
activity: aktivnost (Becquerel = razpad/sekundo)
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
RADIOAKTIVNI RAZPAD IN RAZPOLOVNI ČAS
Kaj povzroči, da jedro razpade ob danem času ?
Radioaktivnost je naključen proces. Ni neposrednega vzroka.
Z veliko verjetnostjo lahko trdimo, da bo polovica vzorca razpadla v obdobju
razpolovnega časa.
Ne moremo pa trditi kateri atom bo razpadel in kateri ne.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
PRODORNOST RAZLIČNIH OBLIK RADIOAKTIVNEGA SEVANJA
paper: papir
aluminium: aluminij
lead: svinec
concrete: beton
neutrons are not emitted in natural radioactivity, but are included here for comparison, as they play a very important role
in nuclear reactors: nevtroni se ne oddajajo pri naravni radioaktivnosti, ampak jih vključimo zaradi primerjave, ker igrajo
pomembno vlogo v jedrskih reaktorjih.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
ENOTE PRI RADIOAKTIVNEM SEVANJU
AKTIVNOST (enota Becquerel, Bq)
1Bq = 1 razpad/sekundo
ABSORBIRANA DOZA (enota Gray, Gy)
1Gy = 1 Joule sevalne energije/absorbirane v 1 kilogramu snovi
Sedaj je potrebno povedati (glede na vpliv na človeka) še,
katere vrste je sevanje in kaj obseva.
Katere vrste je: vpeljemo faktor učinkovitosti sevanja
Kaj obseva: vpeljemo tkivni utežni faktor
EKVIVALENTNA DOZA (enota Sievert, Sv, Sv je sestavljena enota iz J/kg)
Ekvivalentna doza = absorbirana doza x faktor učinkovitosti sevanja
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
ENOTE PRI RADIOAKTIVNEM SEVANJU
FAKTORJI UČINKOVITOSTI SEVANJA
FAKTOR
0
1
1
5
5
5
10
20
20
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
težka jedra
fotoni vseh energij (sevanje gama)
elektroni vseh energij (sevanje beta)
nevtroni z energijo < 10 keV
nevtroni z energijo > 20 MeV
protoni z energijo > 2 MeV
nevtroni z energijo od 10 keV do 100 keV
nevtroni z energijo od 100 keV do 2 MeV
delci alfa, cepitveni produkti
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
ENOTE PRI RADIOAKTIVNEM SEVANJU
EFEKTIVNA DOZA (enota Sievert, Sv)
Efektivna doza = ekvivalentna doza x tkivni faktor
Efektivna doza = (absorbirana doza x faktor učinkovitosti sevanja) x tkivni faktor
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
TKIVNI UTEŽNI FAKTORJI
FAKTOR
0,20
0,12
0,12
0,12
0,12
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,01
0,01
0,05
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
spolne žleze
rdeči kostni mozeg
spodnje debelo črevo
pljuča
želodec
sečni mehur
prsi
jetra
požiralnik
ščitnica
koža
pokostnica
ostali deli telesa
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
DOZNE OMEJITVE PO ICRP
International Commission on Radiological Protection
EKVIVALENTNA DOZA PROFESIONALCI
20 mSv/leto
100 mSv/5let
največ 50 mSv/leto
PREBIVALSTVO
1 mSv/leto
70 mSv/življenje
največ 5 mSv/leto
(tu tkivni faktor ni vključen)
EFEKTIVNA DOZA PROFESIONALCI
očesne leče
koža
roke, noge
150 mSv/leto
500 mSv/leto
500 mSv/leto
PREBIVALSTVO
15 mSv/leto
50 mSv/leto
ni predpisano
(tu je tkivni faktor vključen)
OPOMBA: vse dozne omejitve se nanašajo na dodatne vire sevanja
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
KONCEPT OMEJEVANJA IZPOSTAVLJENOSTI SEVANJU
1,0 Sv/leto
efektivne doze 7,3 % dodatne verjetnost za rakavo obolenje
2,4 mSv/leto efektivne doze
1 % dodatne verjetnost za rakavo obolenje
ZAKONSKE OMEJITVE - doza ne sme biti nikoli večja
PODROČJE OPTIMIZACIJE - trudimo se čimbolj znižati dozo
NIZKE DOZE - ne splača se več vlagati v nižanje doze
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
KONCENTRACIJE RADONA V SLOVENIJI
Radon nastaja pri razpadu radija in torija.
Svetovno povprečje nad kopnim
6 Bq/m3
Okolica rudnika urana v Žirovskem vrhu
8-20 Bq/m3
Bližina rudnika urana v Žirovskem vrhu
25-30 Bq/m3
Odlagališče jalovine rudnika urana v Žirovskem vrhu 60-70 Bq/m3
Okolica Ljubljane
15 Bq/m3
Odlagališče pepela Termoelektrarne Šoštanj
10-12 Bq/m3
Kočevje
80 Bq/m3
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
CEPITEV JEDER - FISIJA
Bombandiranje zlatih ploščic z alfa delci: Rutherford vpelje koncept jedra.
1932 James Chadwick identificira proste nevtrone.
Enrico Fermi bombandira različna jedra z nevtroni. Skoraj vedno nastane
jedro, ki emitira sevanje beta. Tako tvori jedra z vedno večjimi masnimi števili.
FISIJA
Fermijeve poskuse iz Rima ponovita Otto Hahn in Liese Meitner v Berlinu.
1938 Frederic Curie in Irène Joliot-Curie odkrijeta lantan v vzorcih z nevtroni
obsevanega urana. Jedro lantana je nakaj večje kot polovično jedro urana.
Hahn in Strassman nato ugotovita, da je eden izmed razcepnih produktov barij z
atomskim številom 56.
1939 Maitner in Frisch napišeta prvi članek o jedrskem razcepu. Proces imenujeta
jedrski razcep ali fisija.
1939 Fermi in Bohr predstavita rezultate na konferenci v Washingtonu. Prav tako
prva definirata koncept verižne reakcije in sprostitve velike količine energije.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
CEPITEV JEDER - FISIJA
V nekaj dneh po konferenci v Washingtonu je bila verižna reakcija na naslovnicah
vseh časopisov.
Februarja 1940 ameriški predsednik odobri sredstva za nadalnje raziskave v smeri
jedrskega orožja, ker mu znanstveniki povedo, da bi bil kilogram U235 dovolj za
izdelavo atomske bombe.
Oktobra 1941 sprosti ogromna sredstva za razvoj jedrskega orožja.
1941 številne skupine začnejo delati na kontrolirani fisiji:
Atomic pile v ZDA (Univerza v Chichagu)
Uranium-pile v VB (Univerza v Birminghamu)
Uranbrenner v Nemčiji (Univerza v Berlinu)
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
NOVI ELEMENTI
1941 z bombandiranjem z nevtroni izdelajo nove elemente. Iz urana neptun in kasneje
plutonij.
238
92
U+ 01 n 
239
92
U(23min β) 
239
93
Np (2,3dni β) 
239
94
Pu
Razpadni čas Pu 239 je 24 000 let. To odkritje je ostalo tajno do leta 1946 zaradi tega,
ker je Pu 239 prav tako mogoče cepiti.
Od naravnih elementov je mogoče cepiti le U 235. Iz U 238 pa lahko z bombandiranjem
z nevtroni dobimi Pu 239 in s tem prav tako material za jedrsko bombo.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
VEZALNA ENERGIJA NA NUKLEON (PROTON ALI NEVTRON)
helij
zlivanje jeder, fuzija
tritij
devterij
razcep jeder, fisija
Tako pri razcepu kot tudi pri zlivanju jeder se
vezalna energija na nukleon poveča.
Ker je vezalna energija negativna, se razlika
sprosti v obliki kinetične energije.
Ta pa se potem pretvori v toploto.
average binding energy per nucleon: povprečna vezalna energija na nukleon
number of nucleons in nucleus: število nukleonov v jedru
Prof.dr. Božidar Šarler
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
2007/2008
JEDRSKA BOMBA
Z odkritjem plutonija sta se odprli dve možni poti k jedrski bombi.
U 235 je zahtevala separacijo U 235 od U 238.
Pu 239 je zahtevala izgradnjo jedrskih reaktorjev.
16. julija 1945 prva plutonijeva bomba eksplodira v Alamogordo, New Mexico, ZDA.
6. avgusta 1945 prva uranova bomba eksplodira nad Hiroshimo, Japonska.
9. avgusta 1945 druga plutonijeva bomba eksplodira nad Nagasakijem, Japonska.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
RAZCEP URANA 235
Jedro U 235 absorbira nevtron. Nastane jedro nestabilnega U 236. Jedro se
oblikuje v dvojno krogelno obliko. Električna odbojnost razleti jedro. Nastaneta
dva razcepna produkta (FP), dva ali trije nevtroni ter sevanje gama ter beta.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
PRIMER NENADZOROVANE VERIŽNE REAKCIJE
Dva ali več prostih nevtronov s prvega razcepa sproži verižno reakcijo razcepov.
Za to potrebujemo veliko koncentracijo U 235 (bogatenje urana).
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
PRIMER NADZOROVANE VERIŽNE REAKCIJE
Nekaj hitrih nevtronov, ki se sprostijo pri fisiji se upočasni na ogljikovih atomih.
Nastali počasni nevtroni lahko sprožijo nadaljno fisijo v naravnem uranu. V ustaljenih
razmerah samo en nevtron iz vsake fisije sproži naslednjo fisijo.
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA
Prof.dr. Božidar Šarler
2007/2008
ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE
JEDRSKA ENERGETIKA

similar documents