Autor: Mgr. Stanislava Bubíková JADERNÁ ENERGIE Datum (období) tvorby: 25. 6. 2012 Ročník: devátý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Chemické reakce; chemie a společnost 1
Anotace: Žáci se seznámí s využitím jaderné energie a jadernými elektrárnami v ČR. V rámci tohoto modulu žáci popíší jadernou reakci a její produkty. Žáci vyjmenují jaderné elektrárny v ČR a popíší jejich provoz. Posoudí dopad havárií na zdraví lidí a ŽP. 2
Jaderná energie uvolňuje se při reakcích v atomovém jádře využití: jaderná energetika, vojenské a zdravotní účely využívá štěpnou reakci uranu nebo plutonia Obr. č. 1: Instalace palivových článků [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:crocus-p1020491.jpg Obr. č. 2: Jaderný výbuch [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:bomba_atomowa.gif 3
Jaderná reakce přeměna atomových jader probíhá samovolně nebo je vyvolaná působením jiného jádra či částice dochází ke změně struktury zúčastněných jader a změně jejich pohybového stavu Obr. č. 3:Reakce lithia s deuteriem [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:li6-d_reaction.svg Obr. č. 4: Štěpení jádra reakcí s neutronem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kernspaltung.gif 4
Termonukleární fúze sloučení dvou jader za vysoké teploty či tlaku sloučení dvou protonů: vzniká neutron, deuterium, neutrino a pozitron a poté těžší prvek uvolní se energie (gama záření) probíhá na Slunci teplota 15 000 000K každou vteřinu vznikne 620 miliónů tun vodíku reakce poběží asi 5 miliard let Car-bomba v roce 1961 Rusové odpálili největší termonukleární pumu (síla 57 MtTNT) nad ostrovem Nová Země atomový hřib 40 x 60 km; zemětřesení o síle 5; v okruhu 40 km vše srovnáno se Zemí; Obr. č. 5: Jaderná fúze [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fusioninthesun.svg popáleniny 3. stupně v okruhu 100 km 5
Štěpná reakce nestabilní jádro se rozbije po vniknutí cizí částice (neutronu) uvolní se energie a 2 3 rychlé neutrony štěpení uranu 235 U: průnik pomalého (tepelného) neutronu jádro se rozpadne na 2 přibližně stejné části uvolní se 2 až 3 volné neutrony neutrony vyvolají štěpení dalšího jádra uranu vzniká: lehký produkt Z = 35 (Br) -45 (Rh) těžký produkt Z = 51 (Sb) -62 (Sm) Obr. č. 6: Štěpení uranu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kernzerfall.svg 6
Surovina smolinec (uraninit) oxid uraničitý; vzorec: UO 2 surovina pro výrobu uranu a radia naleziště: Jáchymov, Dolní Rožínka (těžba i v současnosti) manželé Currieobjevili v jáchymovském smolinci radium obsahuje přírodní izotop uranu 238 U Obr. č. 7: Měření radioaktivity smolince [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.or g/wiki/file:gammascout_pitch blende_bionerd.jpg Obr. č. 8: Smolinec, Severní Karolína, USA [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:uraninite-39029.jpg 7
Jaderné palivo palivo: přírodní uran 238 Uve formě UO 2 obohacený až 5 % izotopem uranu 235 U thorium peletky uzavřené v palivových tyčích Obr. č. 9: Jaderné palivo tyče [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:rian_archive_132603_nuclear_power_reactor_fuel_assembly.jpg Obr. č. 10: Tyče s peletkami[11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:brennelement-kernkraftwerk.jpg 8
Jaderná elektrárna schéma elektrárny s tlakovodním generátorem 1. blok reaktoru 2. chladící věž 3. tlakovodní reaktor 4. řídící tyče 5. vyrovnávací tlaková nádrž 6. parogenerátor 7. palivová nádrž 8. turbína 9. generátor 10. transformátor 11. kondenzátor 12. plynný stav 13. kapalný stav 14. přívod vzduchu 15. vlhký vzduch 16. řeka 17. chladící okruh 18. primární okruh 19. sekundární okruh 20. vodní pára 21. pumpa Obr. č. 11: Schéma jaderné elektrárny[12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/ wiki/file:nuclear_power_plant- pressurized_water_reactor- PWR.png 9
Reaktor 1. kontrolní tyče 2. kryt reaktoru 3. plášť reaktoru 4. vstup a výstup vody 5. reaktorová nádoba 6. aktivní zóna 7. palivové tyče Obr. č. 12: Tlakovodní reaktor [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:wwer- 1000-scheme.png tlakovodní reaktor nejčastější typ (60 %) v Dukovanech i Temelíně reaktor je chlazen vodou o vysokém tlaku (cca 10 MPa), která je i moderátor reakce výrazný prvek bezpečnosti: Pokud z jakéhokoliv důvodu není v reaktoru voda, reakce se sama zastaví. pára (pohon turbogenerátorů) se vyvíjí v parogenerátorech (mimo vlastní reaktor) vysokotlaká voda primárního okruhu uvádí do varu vodu v sekundárním okruhu a pro turbínu vyrábí sytou páru o podstatně nižším tlaku 10
JE Dukovany historie: výstavba od roku 1978 první blok uveden do provozu v roce 1985, čtvrtý v roce 1987 havárie: patří mezi první třetinu nejbezpečnějších JE na světě od roku 2010 nedošlo k žádné poruše větší než stupeň 0 stupnice INES v roce 1988 požár transformátoru mimo JE, únik oleje do vodní nádrže v roce 2010 pracovník elektrárny nechtěně automaticky vypnul jeden reaktor, bezpečnost nebyla ohrožena JE Dukovany má čtyři bloky VVER 440, typ V 213 po modernizaci (2005-12) o elektrickém výkonu 4 500 MW aktivní zóna reaktoru: 312 palivových souborů tvořených 126 palivovými proutky, ve kterých je palivo hermeticky uzavřeno 37 regulačních kazet s palivovou částí výška zóny je 2,5 m, průměr 2,88 m obsahuje sklad vyhořelého jaderného paliva Obr. č. 13: JE Dukovany [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:dukovany_power_station.jpg 11
historie: JE Temelín výstavba od roku 1987 první blok uveden do provozu v roce 2000, druhý v roce 2003 palivo: oxid uraničitý (cca 4 % 235 U) čtyřletý cyklus každý rok výměna ¼ paliva JE Temelín má dva bloky VVER 1000, typ V 320 o elektrickém výkonu 2 1000 MW aktivní zóna reaktoru: 163 palivových souborů tvořených 312 palivovými proutky, ve kterých je palivo hermeticky uzavřeno 61 řídících a regulačních kazet výška zóny je 3,5 m, průměr 3,16 m další dva bloky ve výstavbě Obr. č. 14: JE Temelín [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ke rnkraftwerk_temel%c3%adn_2011-14.jpg 12
Jaderná havárie havárie při které dojde k: 4. porušení těsnosti obalu jaderného paliva v aktivní zóně reaktoru 5. úniku radioaktivních látek do chladiva či moderátoru 6. úniku radioaktivní směsi z primárního okruhu do reaktorového bloku 7. úniku radioaktivní směsi z reaktorového bloku do okolí elektrárny resp. do životního prostředí (stupnice INES) Obr. č. 15: JE Jaslovské Bohunice, v roce 1977 havárie (součást Československa), stupeň 4 [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:jaslovske_boh unice_power_plant_1.jpg Obr. č. 16: Dělení havárií [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ines_cs.svg 13
Černobyl JE na území Ukrajiny byla uvedena do provozu v roce 1977 poslední blok byl odstaven v roce 2000 26. 4. 1986 havárie (stupeň 7) -4. reaktorový blok těžce kontaminovány rozsáhlé oblasti Ukrajiny, Běloruska (přes 60 %) aruska, evakuace apřesídlení více než 350000 lidí (WHO, 2005) Obr. č. 17: 4. reaktorový blok jaderné elektrárny Černobyl [18] dostupné z: http://commons.wiki media.org/wiki/file:c hernobyl_hdr.jpg Obr. č. 18: Měření radioaktivity [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chern obyl_ukraine_302.jpg 14
Pripjať původně město mladých leží 2 km od jaderné elektrárny věkový průměr obyvatel nedosahoval ani 30 let 47 500 obyvatel poslední sčítání lidu před evakuací (listopad 1985) od 27. 4. 1986 evakuace dnes město duchů, ve kterém radiace přetrvává (odhad rozpadu nuklidů je cca 150 let) Obr. č. 19: Obytné domy [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:pripyat_foto.jpg Obr. č. 20: Měření radiace [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:prypjat_dose_rate_meter.jpg Obr. č. 21: Plavecký bazén [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:swimming_pool_hall_4_pripyat.jpg 15
Černobyl -dopad havárie uvolnila tolik kontaminace jako 400 bomb z Hirošimy celková velikost havárie byla asi 100 až 1000 menší než kontaminace způsobená atmosférickými testy jaderných zbraní v polovině 20. století Obr. č. 22: Radiace v roce 1996 [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chernobyl_rad iation_map_1996.svg 16
FukušimaI JE v Japonsku uvedena do provozu v roce 1971 havárie (stupeň 7) 11.3. 2011 při zemětřesení a následném zásahu vlnou tsunami zničeny čtyři z šesti reaktorů únik radioaktivní vody do Indického oceánu následky neustále odstraňovány Obr. č. 23: Havárie [24] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fukush ima_i_nuclear_accidents_diagram.svg Obr. č. 24: Výbuch v jaderné elektrárně [25] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fuku shima_i_by_digital_globe_b.jpg 17
Fukušima při havárii uniklo značné množství radiace z ochranného pásma (30 km) bylo evakuováno 200 000 osob Obr. č. 26: Centrum zemětřesení [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:japan_ EARTHQUAKE_20110311.png Obr. č. 25: Následky zemětřesení a tsunami [26] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:devastation_after_tsunami_in_iwaki_2.jpg 18
Zdroje 1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. 2. Crocus-p1020491.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:crocus-p1020491.jpg 3. Bomba_atomowa.gif. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:bomba_atomowa.gif 4. Li6-D_Reaction.svg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:li6-d_reaction.svg 5. Kernspaltung.gif. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kernspaltung.gif 6. FusionintheSun.svg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cfusioninthesun.svg 7. Kernzerfall.svg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kernzerfall.svg 8. Gammascout_pitchblende_bionerd.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:gammascout_pitchblende_bionerd.jpg 9. Uraninite-39029.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:curaninite-39029.jpg 10. RIAN_archive_132603_Nuclear_power_reactor_fuel_assembly.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:rian_archive_132603_nuclear_power_reactor_fuel_assembly.jpg 11. Brennelement-Kernkraftwerk.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:brennelement- Kernkraftwerk.jpg 12. Nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-PWR.png. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-pwr.png 13. Wwer-1000-scheme.png. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:wwer-1000-scheme.png 14. Dukovany_power_station.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:dukovany_power_station.jpg 15. Kernkraftwerk_Temel%C3%ADn_2011-14.JPG. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kernkraftwerk_temel%c3%adn_2011-14.jpg 16. Jaslovske_Bohunice_Power_Plant_1.JPG. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:jaslovske_bohunice_power_plant_1.jpg 17. INES_cs.svg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ines_cs.svg 18. Chernobyl_HDR.JPG. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chernobyl_hdr.jpg 19. Chernobyl_ukraine_302.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chernobyl_ukraine_302.jpg 20. Pripyat_foto.JPG. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:pripyat_foto.jpg 21. Prypjat_dose_rate_meter.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:prypjat_dose_rate_meter.jpg 22. Swimming_Pool_Hall_4_Pripyat.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:swimming_pool_hall_4_pripyat.jpg 23. Chernobyl_radiation_map_1996.svg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chernobyl_radiation_map_1996.svg 24. Fukushima_I_nuclear_accidents_diagram.svg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fukushima_i_nuclear_accidents_diagram.svg 25. Fukushima_I_by_Digital_Globe_B.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fukushima_i_by_digital_globe_b.jpg 26. Devastation_after_tsunami_in_Iwaki_2.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:devastation_after_tsunami_in_iwaki_2.jpg 27. JAPAN_EARTHQUAKE_20110311.png. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: 19 http://commons.wikimedia.org/wiki/file:japan_earthquake_20110311.png