Eneria jądrowa-Reaktory

1 Wstęp
Energia jądrowa to rodzaj energii pozyskiwany przez rozszczepienie jąder atomowych. Rozszczepieniem jądrowym nazywamy reakcję, w której jądro atomu ciężkiego pierwiastka rozpada się na dwa jądra o porównywalnej masie.
Takiej reakcji towarzyszy wydzielenie się dużej ilość energii. Wynika to z faktu, że jądra cięższych pierwiastków (A ponad 200) są znacznie słabej związane niż jądra lżejsze (A poniżej 100), zatem gdy dochodzi do rozszczepienia jąder część masy zamienia się w energię. Fakt ten obrazuje nam Rys.1.
Energię tę pozyskuje się w elektrowniach jądrowych (reaktor jądrowy), w reaktorach służących do napędu okrętów, w zasilaczach izotopowych (SNAP) itd. Energetyka jądrowa obejmuje również problemy związane z wydobyciem uranu, przeróbką paliwa jądrowego oraz składowaniem odpadów jądrowych.
Pierwsze elektrownie jądrowe pojawiły się w latach pięćdziesiątych, dynamiczny rozwój tej dziedziny rozpoczął się w drugiej połowie lat sześćdziesiątych, w związku z wzrostem kosztów energii uzyskiwanej ze spalania kopalin. Rozwój ten został prawie wstrzymany po katastrofie w Czarnobylu.
2 Historia
Reakcje jądrowe inicjowane przez neutrony odkryte zostały w 1932. Odkryciem tym zainteresował się włoski fizyk Enrico Fermi (1901- 1954). Neutrony jako cząstki ładunkowo neutralne, znakomicie pasują do reakcji jądrowych, gdyż nie będąc odpychane przez jądra, mogą się do nich zbliżyć na odległość pozwalającą na ich wchłonięcie. Wprawdzie był on pierwszym, któremu udało się doprowadzić do rozszczepienia jądra uranu. Jednak skutkiem nie dość dokładnego oznaczenia produktów reakcji nie zinterpretował właściwie jej przebiegu.
Tymi, którzy w historii zapisali się jako autorzy pierwszego rozszczepienia byli Otton Hahn (1879- 1968) i Fritz Strassman (1902- 1989). Eksperyment został wykonany pod koniec 1938 roku. Zaobserwowali oni, że w wyniku wchłonięcia neutronu przez jądro uranu, dochodzi do pojawienia się atomów dużo lżejszego pierwiastka, a mianowicie baru, co było dowodem na rozszczepienie jądra. Wynikiem swoich prac poinformowali oni swoją współpracowniczkę Lisę Meitner (1878- 1968), która wyjechała do Szwecji by uniknąć prześladowań ze strony nazistów. Bardzo szybko doceniła ona znaczenie tego odkrycia. Natychmiast poinformowała o tym Nielsa Bohra (1885- 1962), który uczestnicząc w konferencji fizyków w Waszyngtonie, przekazał te niewiarygodne informacje dalej. Z obawy przed niemieckimi nazistami, i możliwością wcześniejszej konstrukcji bomby atomowej wybitni naukowcy (Einstein, Fermi, Bohr, Szilard), wystosowali odpowiedni list do prezydenta Roosvelta, o podjęcie wysiłku i stworzenia warunków by ubiec Niemców.
Efektem tych wzmożonych wysiłków było uruchomienie pierwszego reaktora zwanego CP-1 (ang. Chicago Pile no.1 , \"Stos Chicago nr 1\"), który zbudowany został 2 grudnia 1942 na Uniwersytecie w Chicago pod kierunkiem samego Enrico Fermiego. Reaktor ten został przedstawiony na rysunku 2.Pierwsza próba wybuchu jądrowego miała miejsce w New Mexico 16 lipca 1945 roku.

Po zakończeni działań wojennych nastąpił dynamiczny rozwój badań nad tym nowym źródłem energii. Lata świetności elektrowni jądrowych przypadają na drugą połowę lat sześćdziesiątych Pierwsze elektrownie jądrowe powstały już w latach pięćdziesiątych XX wieku. Była to alternatywa do wzrostu kosztów energii uzyskiwanej ze spalania kopalin. Rozwój ten został prawie wstrzymany po katastrofie w Czarnobylu.
Obecnie na świecie zainstalowane są elektrownie jądrowe o łącznej mocy 274,5 GW, wytwarzanej przez 429 bloków energetycznych. Najwięcej energii elektrycznej uzyskuje się z energetyki jądrowej w USA (rocznie 527 TWh, 108 reaktorów) i Francji (260 TWh, 55 reaktorów). Największy procentowo udział energetyki jądrowej w produkowanej energii elektrycznej ma obecnie Litwa (ok. 80%), Francja (73%) i Belgia (65,5%). Największe kontrowersje wokół energetyki jądrowej związane są z problemem powstawania, transportu i składowania odpadów promieniotwórczych.
3 Podstawowe pojęcia
· reakcja jądrowa– proces fizyczny zachodzący przy zbliżeniu się dwóch jąder atomowych lub jądra i cząstki elementarnej na odległość rzędu 10-15m (zasięg sił jądrowych), w wyniku których na ogół powstają nowe jądra atomowe lub jądra i cząstki elementarne
· jądrowa reakcja łańcuchowa– wywołane neutronami reakcje rozszczepienia ciężkich jąder atomowych, podczas których neutrony wyzwalające się w jednym akcie rozszczepienia wywołują następne akty rozszczepienia
· masa krytyczna– minimalna ilość materiału rozszczepialnego, w której w określonych warunkach może zajść i utrzymać się jądrowa reakcja łańcuchowa
· cykl paliwowy– okres eksploatacji pręta paliwowego zazwyczaj wynosi ok. dwóch lat. Ogranicza go tzw. zatrucie pręta, spowodowane gromadzeniem się produktów rozszczepienia paliwa oraz długo życiowych produktów aktywacji, co w większości przypadków prowadzi do zwiększenia absorpcji neutronów zmniejszających wydajność produkcji energii.
4 Reaktor jądrowy
Reaktor jądrowy jest urządzeniem, w którym zachodzi kontrolowana, samopodtrzymująca się łańcuchowa reakcja rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich. W wyniku reakcji rozszczepienia w rdzeniu reaktora jądrowego wytwarza się promieniowanie jądrowe (głównie neutrony i promieniowanie gamma) oraz ciepło; tworzy się również wiele nuklidów.
Gdy liczba neutronów powstających w reaktorze jądrowym w jednostkowym czasie w wyniku rozszczepień jest równa liczbie neutronów traconych w tym samym czasie wskutek pochłaniania i ucieczki, wówczas reaktor pracuje w stanie ustalonym (tzw. stan krytyczny). Jest to normalny stan pracy reaktora jądrowego, który można osiągnąć przy różnym poziomie produkcji i strat neutronów.
Nowe jądra powstające w trakcie rozszczepienia, zwane fragmentami rozszczepienia, dają początek łańcuchom rozpadów promieniotwórczych. Elementy tych łańcuchów stanowią produkty rozszczepienia (olbrzymia większość z nich –kilkaset - to izotopy promieniotwórcze).

Aby nie dopuścić do wydostania się na zewnątrz reaktora produktów rozszczepienia, paliwo jądrowe, tj. substancja zawierająca izotopy rozszczepialne (izotopy ciężkie, których jądra łatwo ulegają rozszczepieniu w wyniku bombardowania neutronami o małych energiach - 235U, 233U, 239Pu, 241Pu) jest zamknięte wewnątrz elementów paliwowych mających najczęściej postać walcowych prętów (mogą też być kuliste i płytkowe). Element taki składa się ze szczelnej cienkościennej rurki tzw. koszulki (stopy cyrkonu, stal nierdzewna) i z umieszczonych w jej wnętrzu pastylek paliwowych. Zestawy (kilkudziesięciu lub więcej) elementów paliwowych tworzą zespoły (kasety) paliwowe stanowiące zasadniczą część rdzenia reaktora.
Między prętami przepływa woda chłodząca. Przepływ jej przez reaktor jest wymuszany specjalnymi pompami wodnymi. Woda przepływa przez rdzeń i odbiera od niego wytworzone ciepło, sama podgrzewając się o kilkadziesiąt stopni Celsjusza.
W rdzeniu są umieszczone ruchome pręty regulacyjne (lub ich zespoły) wykonane z materiałów silnie pochłaniających neutrony, służące do regulacji mocy reaktora. Opuszczenie do rdzenia prętów prowadzi do zakłócenia bilansu neutronów, osłabienia lub wygaszenia reakcji łańcuchowej i w konsekwencji zmniejszenia produkcji ciepła w paliwie.

4.1 Podział
4.1.1 Reaktory możemy podzielić ze względu na rodzaj chłodziwa:
· reaktory wodne, ciśnieniowe (tzw. PWR i WWER) , w których chłodziwem i moderatorem jest zwykła woda pod ciśnieniem (na tyle wysokim by woda nie zaczęła odparowywać podczas normalnej pracy reaktora).
o wyjątkowymi reaktorami wodnymi, ciśnieniowymi są reaktory RBMK (tego typu reaktory są między innymi w Czarnobylu, nie ma natomiast takich reaktorów poza terenem byłego ZSRR, gdyż nie spełniają i nigdy nie spełniały podstawowych warunków bezpieczeństwa), chłodzone są wodą, a moderowane grafitem.
· reaktory wodne, wrzące (BWR), w których chłodziwem i moderatorem jest również zwykła woda, ale wrząca,
· reaktory ciężko wodne (PHWR, CANDU), chłodziwem i moderatorem jest ciężka woda,
· reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR), w których chłodziwem jest gaz (dwutlenek węgla lub hel), a moderatorem grafit,
· grafitowo- sodowe
4.1.2 Innym równie często spotykanym podziałem, jest podział reaktorów ze względu na zastosowanie:
· energetyczne– przeznaczone do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach komercyjnych
· ciepłownicze– przeznaczone do produkcji energii cieplnej w elektrowniach komercyjnych
· badawcze– przeznaczone do prowadzenia w nich prac badawczych, głównie badań fizykalnych wykorzystujących wiązki neutronów do badań struktury ciał stałych oraz badań materiałów i paliw reaktorowych dla reaktorów energetycznych
· szkoleniowe– zwane często reaktorami uniwersyteckimi, z reguły bardzo małej mocy, przeznaczone do celów dydaktycznych
· wytwórcze– przeznaczone do produkcji plutonu (z reguły reaktory wojskowe pracujące w przemyśle zbrojeniowym pod kontrolą władz wojskowych
· napędowe– przeznaczone do napędu statków handlowych, lodołamaczy, łodzi podwodnych itd.
· wysokotemperaturowe– wytwarzające ciepło do celów technologicznych
· specjalne– są to reaktory np. do produkcji radioizotopów, odsalania wody morskiej
4.1.3 Trzecim z kolei podziałem reaktorów, jest podział za względu na wykorzystywaną energię neutronów lub wielkość ich strumienia:
· reaktory jądrowe wysokostrumieniowe (o strumieniu neutronów przekraczającym 1014 cząstek/cm2s),
· reaktory jądrowe prędkie (gdy reakcja rozszczepienia zachodzi dzięki neutronom prędkim),
· reaktory jądrowe pośrednie (gdy stosuje się neutrony pośrednie),
· reaktory jądrowe termiczne (wykorzystywane są neutrony termiczne),
· reaktory jądrowe epitermiczne (reakcja zachodzi dzięki neutronom epitermicznym).
4.2 Budowa
W zdecydowanej większości elektrowni jądrowych energia rozszczepienia wzbogaconego uranu jest odbierana przez wodę, która w zależności od reaktora: odparowuje (reaktory wrzące BWR) lub nie (jeśli jest pod wysokim ciśnieniem - reaktory ciśnieniowe PWR i WWER). Najczęściej czynnik podgrzany w reaktorze, przekazuje ciepło wodzie w wytwornicy pary, która dzieli cały układ na obieg pierwotny i wtórny. Wytworzona w wytwornicy para napędza turbinę parową, sprzężoną z generatorem.
W większości reaktorów (a we wszystkich wodnych) paliwo jądrowe stanowi wzbogacony uran. Wzbogacenie polega na zwiększeniu zawartości rozszczepialnego U-235 do około 3-5% (z około 0,7%), ale reaktory ciężkowodne (CANDU, PHWR) pracują przy naturalnym udziale izotopów.
W przyszłości planuje się wykorzystywać jako paliwo jądrowe wzbogacony tor. W wyniku rozszczepienia toru powstają jądra atomowe o mniejszej masie niż przy rozszczepieniu uranu lub plutonu i jest wśród nich więcej jąder trwałych. Niestety rozszczepienie toru wytwarza zbyt mało neutronów by uzyskać masę krytyczną, w związku z tym do reaktora takiego trzeba by wstrzeliwać neutrony pochodzące z zewnątrz. W celu uzyskania dużej ilości neutronów naukowcy pracują nad zastosowaniem zjawiska spalacji. W zjawisku tym jądra ciężkich pierwiastków np. ołowiu są bombardowane wiązką protonów o dużej energii (rzędu 1 GeV), w wyniku czego ulegają wzbudzeniu. Jądra pozbywają się energii wzbudzenia wyrzucając z siebie nukleony w tym i neutrony. Zjawisko spalalcji może być stosowane w celu uczynienia bezpiecznymi i przedłużenia pracy paliwa obecnych reaktorów jądrowych, a także pomóc w utylizacji radioaktywnych odpadów. Obecnie Indie opracowują reaktor typu AHWR (Advanced Heavy Water Reactor) przystosowany do \"spalania\" toru.
4.3 Kontrola procesów w reaktorze
Oprzyrządowanie oraz układ sterowania reaktora powinny zapewniać bezpieczną i efektywną eksploatację reaktora, zgodną z jego przeznaczeniem. W układzie sterowania muszą być uwzględnione jego właściwości jądrowe i cieplne, natomiast budowa układu sterowania oparta jest na takich samych zasadach, jak budowa analogicznych urządzeń stosowanych do innych urządzeń. Z punktu widzenia układu sterowania reaktor jest źródłem ciepła o wydajności proporcjonalnej do średniej gęstości strumienia neutronów. Reakcja reaktora na działanie regulatorów zależy od typu reaktora, a więc od rodzaju paliwa, moderatora, widma energii neutronów itd. Poziomy mocy, na których pracuje reaktor, są ograniczone możliwościami utrzymania przez układ chłodzenia temperatury poniżej temperatur dopuszczalnych z punktu widzenia wytrzymałości mechanicznej. Maksymalne szybkości zmian mocy, dopuszczalne za względów cieplnych, zależą od wytrzymałości materiałów konstrukcyjnych na naprężenia termiczne, temperaturowych współczynników reaktywności oraz bezwładności cieplnej reaktora i układu chłodzenia.
Układ sterowania, oprócz obwodu regulacji strumienia neutronów, obejmuje również obwody zabezpieczeń jądrowych i technologicznych. Niebezpiecznie wysoki strumień lub szybkość narastania strumienia neutronów, która w krótkim czasie może doprowadzić do przekroczenia dopuszczalnego poziomu mocy, powoduje uruchomienie prętów bezpieczeństwa. Awaryjne wyłączenie reaktora lub blokadę jego rozruchu, powoduje również przerwa w zasilaniu elektrycznym pomp obiegu chłodzenia lub układu sterowania, zatkanie kanału paliwowego, wzrost radioaktywności w obiegu chłodzenia reaktora lub jego otoczeniu.
4.3.1 Elementy wykonawcze układu sterowania
Ponieważ reaktor musi działać przez dowolny okres czasu, bądź też musi zostać włączony po okresie przestoju oczywiste jest, że należy odpowiednio kontrolować współczynnik powielania w reaktorze. W tym celu stosuje się różne środki. Najpowszechniej stosowane jest wprowadzenie do rdzenia reaktora absorbentów, tj. materiałów o dużych przekroju czynnym na pochłanianie neutronów. Dla reaktorów termicznych stosuje się 105B i 11348Cd.
Rozróżnia się kilka rodzajów prętów kontrolnych:
· pręty regulacyjne mają małą wartość (zdolność kompensowania nadmiaru reaktywności) i służą do utrzymania mocy na zadanym poziomie, kompensując niewielkie fluktuacje wynikające z działanie reaktora
· pręty kompensacyjne mają małą wartość odpowiadającą nadmiarowi reaktywności reaktora i w miarę wypalania paliwa i wzrostu zatrucia produktami rozszczepienia są z rdzenia stopniowo usuwane
· pręty bezpieczeństwa służą do natychmiastowego przerwania łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder i w wypadku zaistnienia nienormalnych warunków mogą być odpowiednio szybko wprowadzone do rdzenia
Stosuje się też inne metody wpływania na reaktywność, jak wprowadzenie do rdzenia roztworów absorbentu, zmiany poziomu moderatora lub reflektora, czy wreszcie - usuwanie części paliwa z rdzenia.
4.4 Odpady promieniotwórcze
Odpady promieniotwórcze są to niewykorzystywane substancje promieniotwórcze. Powstają przy wydobywaniu i oczyszczaniu rud uranowych, wytwarzaniu ładunków jądrowych i paliwa jądrowego oraz jego późniejszej przeróbce, przy wytwarzaniu i oczyszczaniu preparatów zawierających izotopy promieniotwórcze (do różnych zastosowań) itp. To właśnie one i problemy związane z ich składowaniem stanowią dużą przeszkodę w wytwarzaniu energii jądrowej.
Odpady promieniotwórcze dzieli się na klasy ze względu na:
· stan skupienia i formę chemiczną,
· aktywność (aktywność źródła promieniotwórczego)
· radiotoksyczność zawartych w nich izotopów promieniotwórczych.
Podstawowym rozróżnieniem odpadów promieniotwórczych jest podział na:
· niskoaktywne
· wysokoaktywne.
Odpady wysokoaktywne zazwyczaj przechowuje się w miejscu wytworzenia przez okres rzędu lat (potrzebny do rozpadu większości względnie krótkożyciowych izotopów promieniotwórczych zawartych w odpadach promieniotwórczych) w szczelnych opakowaniach zanurzonych w basenach wodnych (woda odbiera ciepło pochodzące z rozpadów promieniotwórczych), po czym poddawane są przetworzeniu, w wyniku którego zazwyczaj dąży się do zmniejszenia objętości odpadów promieniotwórczych zawierającego bardzo długożyciowe izotopy.
Jedną z metod postępowania z niskoaktywnymi odpadami promieniotwórczymi jest zaś zwiększanie ich objętości poprzez rozcieńczenie nieaktywnymi substancjami, przez co powstaje mieszanina o aktywności właściwej porównywalnej z aktywnością elementów naturalnego środowiska, którą można wprowadzić do środowiska.
Zazwyczaj jednak odpady promieniotwórcze, niskoaktywne, umieszczone w szczelnych pojemnikach, składuje się na zamkniętych składowiskach odpadów (w Polsce składowisko takie znajduje się w Różanie).
Ostatecznym miejscem przechowywania najbardziej długożyciowych odpadów promieniotwórczych są tzw. składowiska docelowe, lokalizowane na terenach asejsmicznych, na dużych głębokościach w skałach, przez które nie penetruje woda. Obliczany czas nienaruszonego przechowywania odpadów promieniotwórczych w takich składowiskach sięga milionów lat, składowiska takie są bardzo drogie. Problemy związane z gospodarką odpadami promieniotwórczymi są głównym ograniczeniem rozwoju energetyki jądrowej.
4.5 Statystyka
4.5.1 Informacje ogólne
10 listopada 2004 roku było na świecie 440 reaktorów. Znamionowa moc elektryczna bloków energetycznych, w których skład wchodziły wynosiła 366,5 GW(e). Tylko 48 z tych bloków miało mniej niż 10 lat. 266 reaktorów to reaktory wodne ciśnieniowe (PWR i WWER) mogące wytworzyć 239,6 GW(e). 22 reaktory jądrowe było w budowie, z czego 12 to PWR i WWER.
Polskie reaktory:
· Ewa
· Maria
Oraz elektrownia w Żarnowcu, której historia najlepiej pokazuje niekonsekwencje oraz brak kompetentności naszych władz.
Budowę pierwszej polskiej elektrowni jądrowej uchwaliło Prezydium Rządu w sierpniu 1971 roku. W czerwcu 1979 roku postanowiono ją zlokalizować nad Jeziorem Żarnowieckim. Uchwałę o rozpoczęciu budowy dwóch pierwszych bloków energetycznych Rada Ministrów podjęła w styczniu 1982 roku. Niefortunnie, przygotowywaną przez kilka lat uchwałę podjęto w miesiąc po wprowadzeniu stanu wojennego. Fakt ten wykorzystali przeciwnicy energetyki jądrowej, twierdząc, że postanowienie to zapadło w czasie ograniczonej suwerenności państwa i bez możliwości konsultacji ze społeczeństwem. Program rozwoju energetyki jądrowej w Polsce został zakwestionowany. Przewidywał on, że do 2000 roku będą uruchomione elektrownie jądrowe: w Żarnowcu (1860 MWe), druga w Klempiczu (4000 MWe) i dwa z czterech bloków trzeciej elektrowni (2000 MWe). Dałoby to w sumie 7860 MWe, co stanowiłoby wzrost mocy elektrycznej zainstalowanej w Polsce o 26%. Jednak 17 grudnia 1990 roku Rada Ministrów przedstawiła Sejmowi wniosek o postawienie w stan likwidacji budowy pierwszej polskiej elektrowni jądrowej w Żarnowcu.
5 Bomba atomowa
5.1 Informacje ogólne
Broń jądrowa - rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej energię wydzielaną podczas łańcuchowej reakcji rozpadu izotopów uranu i plutonu (tzw. broń atomowa) albo podczas syntezy jąder izotopów wodoru (tzw. bomba wodorowa– o sile wybuchu znacznie większej niż broni atomowej). Dzięki istnieniu tej broni powstało przekonanie o możliwości pokonania przeciwnika bez użycia ogromnych armii, do zadania dużych zniszczeń na obszarze przeciwnika wystarczy samolot bombowy, pocisk artyleryjski lub rakieta przenosząca atomowe głowice bojowe. Czynnikami rażenia broni jądrowej są:
· fala uderzeniowa,
· promieniowanie przenikliwe,
· promieniowanie cieplne (świetlne),
· skażenie promieniotwórcze,
· impuls elektromagnetyczny.
Siła rażenia jest daleko większa niż w przypadku konwencjonalnego materiału wybuchowego– największe bomby są zdolne zniszczyć całe miasta. Bomby atomowe zostały zastosowane dwukrotnie w celach wojennych przez armię Stanów Zjednoczonych przeciwko japońskim miastom Hiroshima i Nagasaki, w trakcie II wojny światowej. Od tego czasu użyto ich około 2000 razy, jedynie w ramach testów, przeprowadzanych przez siedem państw (USA, Związek Radziecki, Wielka Brytania, Francja, Chińska Republika Ludowa, Indie i Pakistan).
Mocarstwami nuklearnymi są Stany Zjednoczone, Rosja, Wielka Brytania, Francja, Chińska Republika Ludowa, Indie i Pakistan. Ponadto w posiadaniu broni atomowej najprawdopodobniej jest Izrael, którego władze nie potwierdzają ani nie zaprzeczają tym podejrzeniom. Korea Północna ogłosiła, że posiada arsenał nuklearny, jednakże nie zostało to potwierdzone. Ukraina może posiadać głowice atomowe, które w wyniku pomyłki nie zostały zabrane przez Armię Radziecką. Prace nad budową broni atomowej prowadzi Iran. Prace nad budową broni atomowej prowadziła swego czasu RPA oraz Irak.
5.2 Działanie
Bomba atomowa czerpie swoją energię z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych (np. uranu lub plutonu) na lżejsze pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające się jądra emitują kolejne neutrony, które bombardują inne jądra, wywołując reakcję łańcuchową.
Nazwa bomba atomowa może być myląca, gdyż konwencjonalne chemiczne materiały wybuchowe czerpią swą energię z wiązań atomowych; ponadto inne rodzaje broni nuklearnej są nie mniej atomowe.
Zasada działania bomby atomowej polega na wytworzeniu w jak najkrótszym czasie masy nadkrytycznej ładunku jądrowego. Masę nadkrytyczną uzyskuje się poprzez połączenie kilku porcji materiału rozszczepialnego lub zapadnięcie materiału uformowanego w powłokę. Połączenie to musi odbyć się szybko by reakcja nie została przerwana już w początkowej fazie w wyniku energii powstającej podczas rozszczepiania jąder dlatego do połączenia materiałów rozszczepialnych używa się konwencjonalnego materiału wybuchowego. Reakcja łańcuchowa wydziela ogromną ilość energii, ogromna temperatura i energia produktów rozpadu powodują rozproszenie materiału rozszczepialnego i przerwanie reakcji łańcuchowej. Jako ładunku nuklearnego używa się uranu-235 lub plutonu-239.
Z jednego kilograma U-235 można uzyskać do 82 TJ (teradżuli) energii. Typowy czas trwania reakcji łańcuchowej to 1 μs, więc moc wynosi 82 EW/kg.
5.3 Historia broni jądrowej
16 lipca 1945 - pustynia w stanie Nowy Meksyk (USA), miejsce próby nazywano nieoficjalnie Jornada del Muerto (Podróż Śmierci);
użycie bojowe:
· sierpnia 1945 - Hiroszima (bomba Little Boy);
· 9 sierpnia 1945 - Nagasaki (bomba Fat Man).
6 Podsumowanie
Moje zdanie na temat energii jądrowej jest podzielone, Uważam, że energia ta jest z tanim współcześnie bezpiecznym źródłem energii, będąc jednocześnie najniebezpieczniejszą bronią jaką stworzył człowiek.
W wielu źródłach pisze się, że energia jądrowa jeśli jest bezpiecznie otrzymywana i stosowana nie powoduje zanieczyszczeń środowiska. Jednak i tutaj o bezpieczeństwie decyduje rozważna i odpowiedzialna działalność człowieka. Awarie urządzeń, w których zachodzą reakcje jądrowe, są bardzo groźnie w skutkach dla środowiska naturalnego, powodują bowiem choroby wywołane skażeniem substancjami promieniotwórczymi oraz napromieniowaniem. Ważne jest również odpowiednie unieszkodliwianie odpadów promieniotwórczych , tak aby nie miały one kontaktu ze środowiskiem naturalnym.
Energia jądrowa zamiast dla dobra ludzkości wykorzystywana jest również przeciwko niej. Przykładem są różnego rodzaju bronie masowego rażenia(bomba atomowa ). Ale energia jądrowa to nie tylko ma same wady, ma ona też i swoje zalety jakimi są np. oszczędność paliwa na dużym statku gdzie zużycie paliwa standardowego podczas podróży międzykontynentalnej wynosi 5000 ton. Przy wykorzystaniu paliwa atomowego wystarczy tylko 10 ton uranu czyli 500 razy mniej. Ten przykład wyraźnie ilustruje jak ogromną energię można wytwarzać dzięki rozszczepieniu jądra atomowego. Ale oczywiście jest jeszcze wiele innych dobrych czynników jakie wytwarza energia jądrowa. Energia jądrowa przy rozważnej gospodarce odpadami jest dla środowiska zdecydowanie bezpieczniejsza niż tradycyjne źródła energii.
Uważam, że energia pozyskiwana w wyniku rozszczepienia jądra atomu jest energią przyszłości. Ponieważ tradycyjne źródła energii, powoli ale nieubłaganie tracą swoje zasoby na naszej planecie, naszym obowiązkiem wobec przyszłych pokoleń, jest stworzenie bezpiecznego dla środowiska i uniwersalnego źródła energii. Wydaje mi się, że jedną z propozycji może być właśnie energia jądrowa.
7 Literatura
Anna Kaczorowska Spotkania z fizyką współczesną,
Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Bobkowskiej, Warszawa 1995
George Gamow Biografia fizyki,
Wiedza powszechna, Warszawa 1967
Paul G. Hewitt Fizyka wokół nas,
PWN, Warszawa 1999
V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham Podstawy fizyki współczesnej,
PWN, Warszawa 1987 wyd. II
http://www.insc.anl.gov/pwrmaps/