Nuklearna Śmierć

Logo - 16,5kB

Wstaję z rana, włączam komputer, uruchamiam odtwarzacz modów ModPlug Player i słucham cyfrowej muzyki. Gdy jest ciemno włączam światło, gdy jest jasno, światło często też się nadal pali.
Często nie zdajemy sobie sprawy z tego, że marnotrawimy całą masę energii elektrycznej.
Weźmy pod uwagę chociażby telewizor czy wideo. Są one zawsze włączone. Niby będąc w stanie oczekiwanie niewiele ciągną ene
rgii, ale zauważ, że nie tylko u ciebie jest taka sytuacja. Na całym świecie jest masa sprzętu ciągle włączona i przebywa w stanie oczekiwania. Łatwo jest sobie teraz wyobrazić ile "wycieka" w ten sposób energii.
Marnotrawimy ją przez cały czas i nawet nie
zdajemy sobie z tego sprawy.
Elektrownie pracują "pełną parą" by sprostać zapotrzebowaniu na energię. Spalane są tony węgla. Nasze środowisko staje się coraz bardziej zanieczyszczone. W rzekach pływają śnięte ryby, w powietrzu unosi się czarny duszący smo
g, który wzmaga się po opadach deszczu. Powietrze po prostu "capi". Widzisz setki samochodów stojących w korku, a z każdego z nich wydobywają się spaliny. Jedne samochody kopcą jak parowozy inne mniej, ale to nie zmienia stanu rzeczy. Taka piękna noc tuż po deszczu, a nie da się wyjść na dwór.
Co zrobić, aby zmienić ten stan rzeczy?
Czy mamy wyrzec się samochodów itp. rzeczy na rzecz rowerów?
Nie ma szans. Jesteśmy ludźmi cywilizacji. Transport i energetyka to my, ale dzięki temu, że mamy rozwiniętą techni
kę powinniśmy wykorzystać ją do ochrony środowiska.
Pozamykać wszystkie kopcące elektrownie i postawić elektrownie atomowe.
Wreszcie energia była by tańsza i czysta .......
Czysta ???

Kiedyś dokładnie tak myślałem. Myślałem, że elektrownie jądrowe przyczynią się do całkowitej ochrony środowiska i nie mogłem zrozumieć ludzi, którzy byli przeciwni budowie elektrowni jądrowej w Żarnowcu. Przecież obecne elektrownie mają doskonałe systemy zabezpieczeń. Ewentualna awaria reaktora jest zmniejszona do minimum.
Ta
k to prawda. Elektrownie atomowe budowane w dzisiejszych czasach są bezpieczne.
Ale czy są ekologiczne?
Znalazłem odpowiedź na to pytanie, gdy kiedyś musiałem napisać referat o energii atomowej i rozszczepianiu jąder atomowych.

Poniżej właśnie przytoczę ten referat abyś i ty zrozumiał, jakie zagrożenia niesie ze sobą energetyka jądrowa.

-------------------------------------------------------------------------------------
Wszystkie poniższe informacje można znaleźć w prawie każdej książce do fizyki. A więc myślę, że tym artykułem nie naruszę żadnych ustaw. W artykule tym zebrałem informacje z kilku książek do fizyki. Źródła podaję na końcu artykułu.
-------------------------------------------------------------------------------------

REAKCE ATOMOWE - ROZSZCZEPIANIE JĄDER ATOMOWYCH

 

Podobnie jak przeprowadza się reakcje chemiczne, tak również można przeprowadzać reakcje na jądrach atomowych.

Reakcjami jądrowymi - nazywamy przemiany jąder atomowych wywołane ich wzajemnym oddziaływaniem lub ich oddziaływaniem z cząsteczkami elementarnymi.

Reakcja zaobserwowana w komorze Wilsona (6,55kB)

Cząsteczka a oddziałuje z jądrem azotu w wyniku czego powstaje jądro tlenu oraz zostaje wyrzucony proton.
Reakcję zaobserwowano w komorze Wilsona.

Pierwszą reakcję jądrową, jaką zaobserwowano, była reakcja, podczas której azot bombardowany cząsteczkami a uległ przemianie w tlen.
Reakcję tę zaobserwowano za pomocą komory Wilsona wypełnionej parą wodną i azotem.
Na jednym ze zdjęć widoczny był efekt emisji cząstki naładowanej o stosunkowo dużym zasięgu - był to ślad pozostawiony przez proton. Jedynym logicznym wyjaśnieniem zachodzących tu procesów było przyjęcie, że bombardowany cząsteczkami a azot przemienił się w tlen emitując przy tym jeden proton.
Reakcje atomowe wykorzystuje się obecnie do produkcji sztucznych izotopów promieniotwórczych, znajdujących coraz szersze zastosowanie w technice.

Reakcja Rozszczepienia Uranu

 

 

235

U

92

Jest to izotop uranu, który jest najczęściej stosowanym "paliwem" w elektrowniach jądrowych. Bombardując jądro 235U neutronami o niewielkich energiach, możemy spowodować jego rozpad.
Reakcję taką zaobserwowali w 1939r dwaj Niemieccy naukowcy Hahn i Strassman. Reakcja ta przebiega następująco:

Gdy neutron o odpowiedniej energii dostanie się do jądra uranu, zaczyna ono drgać. Przy wydłużaniu się drgającego jądra, siły elektrostatycznego odpychania zyskują przewagę nad siłami jądrowymi, które działają tylko na bardzo małych odległościach. Amplituda drgań zwiększa się, aż jądro rozpada się na dwie nierówne części. Fragmenty te odpychane siłami elektrostatycznymi (kulombowskimi) nabywają energii kinetycznej zamieniającej się następnie na ciepło. Ponieważ lżejsze pierwiastki mają większy niedobór masy, zatem masa fragmentów, na które rozpada się jądro uranu, jest mniejsza niż masa jądra uranu. Pewna ilość masy znika zamieniając się w energię według wzoru Einsteina:

ΔE=Δmc2

Zjawisko to nazywa się zjawiskiem rozszczepienia jąder uranu.
Energia wiązania jąder, na które rozpada się jądro uranu jest ok. 1MeV na nukleon większa niż energia wiązania uranu.
Ponieważ jądro uranu zawiera przeszło 200 nukleonów, zatem przy rozszczepianiu jednego jądra uranu wydziela się ok. 200MeV energii

Jądro uranu oprócz protonów zawiera ok. 140 neutronów. Jądra dwóch lżejszych pierwiastków, na które rozpada się jądro uranu, zawierają w sumie mniej neutronów niż jądro uranu. Toteż przy rozszczepieniu jądra uranu, wylatują z niego również wolne neutrony. Przeciętnie na każde rozpadające się jądro uranu wypada 2,5 wolnych neutronów. Każdy z tych neutronów może się dostać do jednego z sąsiednich jąder wywołując jego rozszczepienie. Jest to reakcja łańcuchowa. Przebiega ona bardzo szybko.

Przebieg reakcji łańcuchowej (10,9kB)

Reakcję łańcuchową mogą podtrzymywać tylko swobodne neutrony. Lecz wylatujący z jądra neutron nie od razu spotka się z jądrem, którego rozmiary są znikomo małe. Przeciętnie przebywa drogę ok. 10cm, zanim spotka się z jądrem. Jeżeli więc bryła uranu jest mała, większa część neutronów ucieknie na zewnątrz bez wywołania skutku - reakcja łańcuchowa nie będzie mogła się rozwinąć.
Przy powiększaniu rozmiarów bryły uranu, coraz mniej neutronów ucieka bez wywołania reakcji.

Przy takiej objętości, że jeden z neutronów wyzwolonych wywoła rozszczepienie następnego jądra, reakcja już się będzie sama podtrzymywać.
Taką objętość nazywamy objętością krytyczną.
Objętość krytyczna dla uranu
235U ma kula o średnicy kilkunastu centymetrów.
Gdy objętość uranu przekroczy objętość krytyczną, więcej niż jeden z wyzwolonych neutronów wywoła nową reakcję. Liczba wyzwolonych neutronów gwałtownie rośnie i nastąpi wybuch w czasie ok. 1μs (mikrosekundy).
Podczas wybuchu rozlecą cię odłamki bryły uranu we wszystkie strony. Wyemitowane również będzie promieniowanie cieplne, gamma, beta, neutrony, które potrafią zniszczyć przebywające w pobliżu żywe organizmy.
Tą cechę reakcji jądrowej wykorzystali ludzie do zrobienia najstraszliwszej broni masowego rażenia, a mianowicie Bomby Atomo
wej.

Bomba Atomowa

5,45kB

Do produkcji bomb atomowych używany jest pluton 239Pu, bądź czysty uran 235U. Czysty dlatego, że każde zanieczyszczenie mogłoby spowodować zaabsorbowanie wolnego neutronu i wstrzymanie reakcji.

Zasada działania

Przy zetknięciu bomby z ziemią, następuje uruchomienie zapalnika uderzeniowego (1), który powoduje wybuch materiału wybuchowego umieszczonego z przodu bomby (2). Wybuch materiału powoduje nagłe złączenie się płytki uranu bądź plutonu (3)(4), które są w objętościach podkrytycznych. Gdy nastąpi ich złączenie, objętość wzrośnie do objętości ponadkrytycznej. A wtedy zawsze znajdzie się jakiś neutron, który zapoczątkuje reakcję. Jak wcześniej wspominałem, reakcja ta trwa 1μs. Powstaje ogromna eksplozja z emisją promieni cieplnych, promieniowania gamma, beta, neutrony. Radioaktywny wiatr zmiecie kilkukilometrowe obszary, a miejsce uderzenia po prostu wyparuje. A jak wiemy, podczas reakcji rozszczepiania powstają izotopy, które są radioaktywne, a ich rozpad to tysiące lat. A więc obszar wybuchu będzie skażony na bardzo długi okres.

Pierwsza bomba atomowa wybuchła 6 sierpnia 1945 roku na Hiroszimie, a następnie 9 sierpnia została zrzucona na Nagasaki. Bomby zniszczyły kompletnie miasta, a śmierć poniosło prawie 200 tyś. osób.
Po tych kataklizmach nuklearnych, postanowiono energię atomową wykorzystać dla celów pokojowych.

Reaktory Jądrowe


W 1942 w Chicago włoski fizyk Fermiego zbudował pierwszy r
eaktor atomowy.
Reaktorami jądrowymi - nazywamy urządzenia, w których wykorzystuje się do różnych celów procesy zachodzące przy rozszczepianiu jąder ciężkich pierwiastków w samodzielnie podtrzymującej się reakcji łańcuchowej, aczkolwiek kontrolowanej.

SCHEMAT REAKTORA JĄDROWEGO

Schemat reaktora jądrowego (12,5kB)

OPIS

 

P - pręty uranowe
S - pręty regulacyjne (kadmowe)
R - reflektor grafitowy
B - betonowa osłona
K - kanał doprowadzający neutrony
M - moderator (spowalniacz)
Chł. - chłodziwo (np. ciekły sód)

Zasadniczą częścią reaktora jest rdzeń, w którym znajduje się paliwo jądrowe. Najczęściej jest to paliwo uranowe. Uran naturalny zawiera 99,3% izotopu 238U i zaledwie 0,7% izotopu 235U.
Izotop
238U ulega rozszczepieniu pod wpływem neutronów szybkich o energii przynajmniej 1,8MeV. Jednak wychwyt szybkich neutronów jest mało prawdopodobny. Dlatego też w reaktorach konieczne jest stosowanie uranu wzbogaconego o izotop 235U. W większości reaktorów wymagane jest wzbogacenie do ok.3% 235U. Ponieważ jądra uranu 235U ulegają rozszczepieniu pod wpływem neutronów termicznych (neutronów o energiach kilku elektronowoltów), emitowane w czasie rozszczepienia neutrony muszą być spowalniane. W tym celu umieszcza się w rdzeniu reaktora spowalniacze (moderatory).
Rolę spowalniacza pełni często ciężka woda lub grafit. W wyniku sprężystych zderzeń z jądrami deuteru lub węgla, neutrony tracą energię - ulegają spowolnieniu.
W celu zabezpieczenia reaktora przed gwałtownym narastaniem reakcji łańcuchowej, stosuj
e się pręty kadmowe lub wykonane z boru. Jądra tych pierwiastków łatwo wychwytują neutrony. Szybkość reakcji reguluje się przez zmianę głębokości wsunięcia prętów kontrolnych do rdzenia reaktora.
Istotnym problemem jest odprowadzanie z reaktora wydzielając
ego się ciepła. W niektórych reaktorach wykorzystuje się w tym celu ciekły sód, który charakteryzuje się dużą przewodnością cieplną i jednocześnie pochłanianiem neutronów, a więc nie zakłóca pracy reaktora.

Wytwarzanie prądu


Taki reaktor jest sercem dzisi
ejszych elektrowni atomowych, co wcale nie znaczy, że reaktory są gigantycznymi bateriami elektrycznymi.
W reaktorach, jak wcześniej wspominałem, wytwarzane jest tylko ciepło a nie prąd.
Energia elektryczna powstaje w ten sposób:

Silnie ogrzany w rdzeniu sód, który jest chłodziwem przepływa do wymiennika ciepła, którym jest woda. Wytworzona w ten sposób para wodna przepływa pod znacznym ciśnieniem do turbin, które poruszają wirniki prądnic. I w taki właśnie sposób z energii jądrowej otrzymujemy energię elektryczną.
W USA wodę wykorzystuje się jako moderator i jednocześnie jako ciecz odprowadzającą ciepło z rdzenia reaktora.
Moce cieplne wytwarzane w dzisiejszych elektrowniach sięgają tysięcy megawatów, a elektrycznie stanowią zazwyczaj 1/4 - 1/5 mocy ciepl
nej. Wydaje się, że te elektrownie są bardzo ekonomiczne, ekologiczne i bezpieczne w porównaniu z tradycyjnymi.
Niestety. 26 kwietnia 1986 roku w Czarnobylu następuje wybuch elektrowni atomowej.
Ta katastrofa rzuciła cień na energetykę jądrową.
W Polsce w
Żarnowcu miała być wybudowana elektrownia atomowa, ale sprzeciw ogromnej rzeszy Polaków spowodował zatrzymanie budowy.
Jednak mimo cienia Czarnobyla, duży procent elektrowni jądrowych nadal pracuje na całej kuli ziemskiej i są budowane nowsze i bardziej n
iezawodne.

Synteza Jądrowa

Słońce (31kB)

Słońce świeci dzięki reakcji syntezy jądrowej

Być może w końcu uda się nam ujarzmić reakcję syntezy jądrowej, w której lekkie jądra łączą się w ciężkie. Ponieważ jądra pośrednie są związane najsilniej, w procesie takim wydzielają się olbrzymie ilości energii.
Reakcje syntezy są znacznie bardziej wydajne niż rozszczepiania i w czasie ich zachodzenia, nie powstają izotopy promieniotwórcze.
Ale
aby zaszła tak reakcja, są potrzebne takie warunki jak w gwiazdach. A mianowicie: wysokie ciśnienie.

Jak dotąd nie udało się osiągnąć odpowiedniego ciśnienia, więc trzeba było wytworzyć temperaturę 300mln K. Realizując projekt JET w Culham w Anglii, plazmę wodorową umieszczono w polu magnetycznym wewnątrz komory próżniowej w kształcie obwarzanka. Podczas pierwszego rozruch w 1991r otrzymano 2MW energii elektrycznej.

Typowym przykładem powiązania temperatury i ciśnienia do rozpoczęcia reakcji jest Słońce i Jowisz. Jowisz jest największą planetą Układu Słonecznego, wytwarza więcej energii niż sam otrzymuje od słońca. Ale niestety mimo iż jest zbudowany głównie z wodoru, to jego masa jest zbyt mała, przez co ciśnienie jest również za małe, by mogła się rozpocząć reakcja syntezy jądrowej. I dlatego mamy tylko jedno słońce :)

K O N I E C

 

Przedstawiłem już chyba wszystko co wiem o reakcjach jądrowych. I teraz z pewnością sam nabrałeś wątpliwości co do elektrowni atomowych. One wcale nie rozwiązują problemu czystości środowiska naturalnego.
Jak z pewnością wyczytałeś, po reakcjach rozszczepienia, które obecnie są wykorzystywane w elektrowniach atomowych powstają tony odpadów radioaktywnych.
Zastanawiałeś się kiedyś, co się dzieje z paliwem uranowym gdy zabraknie
w nim wystarczającej ilości neutronów, by mogły podtrzymywać reakcję rozszczepienia jąder atomowych. Tak. Jest wyrzucane i zastępowane nowym. Ale co się dziej ze zużytymi prętami uranowymi. Gdzie są wyrzucane. W końcu mimo iż już nie nadają się do przeprowadzenia reakcji, to nadal są radioaktywne i niebezpieczne dla środowiska.
Popatrz. Na świecie jest tyle elektrowni atomowych. Jak myślisz, co oni robią z odpadami radioaktywnymi. One po prostu nie znikną. Muszą być gdzieś składowane.
W mediach często się
słyszy, o przemycie odpadów nuklearnych na składowanie w miejsca niezgodnych z przeznaczeniem. Kraje z rozwiniętą siecią elektrowni jądrowych zaczynają się powoli topić w radioaktywnym szlamie, a widząc to próbują pozbyć się części tego świństwa topiąc w nim głupie kraje, dla których forsa jest ważniejsza niż środowisko.
Przeprowadzanie prób jądrowych, to przecież bezpowrotne niszczenie obszarów ziemi. Często niegdyś pięknych i z bujną fauną i florą.
Wkurza mnie to trochę. Niszcząc Ziemię przecież niszczymy
samych siebie.
Nie mamy jeszcze Ziemi zastępczej i pewnie jeszcze długo nie będziemy mieli. Do Marsa jest daleko i terraformacja będzie trwała wieki, zanim Mars będzie przypominał Ziemię.
Wenus - planeta siarki i deszczów kwasu siarkowego o ogromnym efekc
ie cieplarnianym.
Z tą planetą duuugo sobie nie poradzimy, mimo iż jest najbliżej Ziemi.
A więc skoro nie mamy alternatywnych planet, na których byśmy mogli zamieszkać, to po co psuć tą, która wychowała już tyle gatunków roślin, zwierząt i owadów i była piękna i dziewicza, do póki nie pojawił się człowiek.
Nie, nie żałuję, że jestem człowiekiem.
Żałuję tylko, że to niektórzy ludzie spieprzyli nasz świat.
Żałuje, że ja nic nie mogę zrobić w tej sprawie, jedynie mogę o tym pisać. A Oni i tak w tym artykule będą się doszukiwać jakichś niezgodności i łamania przepisów.
Ale ja uważam, że o tym trzeba mówić, i nie wierz we wszystko co mówią w telewizji. Energia atomowa był ekonomiczna na początku. Teraz jest przekleństwem i jeżeli powstanie jeszcze więcej elektro
wni atomowych, to nie tylko udusimy się w smrodzie spalin, ale i utopimy w radioaktywnym szlamie.

Ale więc jak zaspokoić wciąż rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną?
Dobrym pomysłem są elektrownie wodne, wiatrowe i słoneczne. Niestety wydajność ich jest często dużo niższa niż elektrowni atomowych. Alternatywą są elektrownie palące zamiast węgla gaz. Ale co będzie, gdy wyczerpią się zasoby gazu, węgla i ropy?
My ludzie nadchodzącego XXI wieku już praktycznie nie potrafimy żyć bez prądu. U mnie kompu
ter pracuje niemalże przez 24 h.
Co wtedy zrobimy?
Jeżeli nie ujarzmimy syntezy jądrowej, to przepadliśmy. Wrócimy niemalże do ery kamienia łupanego. Nasz świat będzie taki, jaki jest przedstawiany w starych filmach SF.
Ale jeżeli nadal będziemy opierać nasz świat na reakcji rozszczepiania i będziemy się nawzajem straszyć bombą wodorową, to ciekawi mnie, czy w ogóle dożyjemy do czasów, gdy zabraknie nam naturalnych surowców energetycznych.

Ź R Ó D Ł A

Autor

Tytuł

Karol Hercman

Fizyka 4 - technikum dla pracujących na podbudowie ZSZ

????????

Fizyka dla ZSZ

Jan Ehrenfeucht

Fizyka dla klasy III technikum (wariant C programu)

Czesław Borowski

Fizyka - krótki kurs

Oraz z innych źródeł naukowo wydawniczych

25 marzec 2000

Leho
leho@cybertech.prv.pl

CYBERTECH
www.cybertech.prv.pl