JADERNÁ ENERGETIKA aneb Spojení poznatků z fyziky a chemie. Jiří Kameníček

Podobné dokumenty
Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

JADERNÁ ENERGIE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Jaderná elektrárna. Osnova předmětu. Energetika Technologie přeměny Tepelná elektrárna a její hlavní výrobní zařízení

Téma: Státní úřad pro jadernou bezpečnost

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Metodické pokyny k pracovnímu listu č třída JADERNÁ ENERGIE A NEBEZPEČÍ RADIOAKTIVITY PRO ŽIVOT

Tento zdroj tepla nahrazuje chemickou energii, tj. spalování např. uhlí v klasické elektrárně.

Elektroenergetika 1. Jaderné elektrárny

Stres v jádře, jádro ve stresu. Dana Drábová Státní úřad pro jadernou bezpečnost

Jaderné elektrárny. Těžba uranu v České republice

Elektroenergetika 1. Jaderné elektrárny

Moravské gymnázium Brno s.r.o. RNDr. Miroslav Štefan

Jaderná elektrárna. Martin Šturc

Elektrárny část II. Tepelné elektrárny. Ing. M. Bešta

VY_32_INOVACE_06_III./10._JADERNÉ ELEKTRÁRNY

JADERNÁ ENERGIE. Jaderné reakce, které slouží k uvolňování jaderné energie, jsou jaderná syntéza a jaderné štěpení.

A) Štěpná reakce obecně

JADERNÁ FYZIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Energetické zdroje budoucnosti

Jaderné elektrárny I, II.

J i h l a v a Základy ekologie

Jaderný palivový cyklus - Pracovní list

JE+ZJE Přednáška 1. Jak stará je jaderná energetika?

Jaderná fyzika. Zápisy do sešitu

PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/ PŘEDMĚT VYUŽITÍ ELEKTRICKÉ ENERGIE

6.3.1 Jaderné štěpení, jaderné elektrárny

DOBRÝ SLUHA ALE ZLÝ PÁN. Dana Drábová

Jaderná energetika (JE)

Svět se rychle mění století bude stoletím boje o přírodní zdroje růst populace, urbanizace, požadavky na koncentraci a stabilitu dodávek energií

JADERNÁ ENERGIE. Při chemických reakcích dochází ke změnám v elektronových obalech atomů. Za určitých podmínek mohou změnám podléhat i jádra atomů.

Vliv zdrojů elektrické energie na životní prostředí

Nezkreslená věda Jak funguje jaderná elektrárna

Jaderná energetika. Důvody podporující v současnosti výstavbu jaderných elektráren jsou zejména:

Jaderná energie Jaderné elektrárny. Vojtěch Motyčka Centrum výzkumu Řež s.r.o.

Jaderné reaktory blízké i vzdálené budoucnosti, vyhořelé jaderné palivo - současné trendy a moznosti

Ocelov{ n{stavba (horní blok) jaderného reaktoru

EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/

Martin Jurek přednáška

VY_52_INOVACE_VK64. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen červen 2013 Ročník, pro který je VM určen

Decommissioning. Marie Dufková

Materiály AZ jaderných reaktorů

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

2 Primární zdroje energie. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Jaderná energie a energetika

REAKTOR LR- 0. Základní charakteristiky

Atomová a jaderná fyzika

RADIOAKTIVITA KAP. 13 RADIOAKTIVITA A JADERNÉ REAKCE. Typy radioaktivního záření

Rozměr a složení atomových jader

Jaderné reaktory a jak to vlastně funguje

Jaderné bloky v pokročilém vývoji FBR (Fast Breeder Reactor)

Životní prostředí Energetika a životní prostředí

Jaderné reaktory a jak to vlastně vše funguje

Energetika se zabývá získáváním, přeměnou a distribucí všech forem energie. Energii nevytváříme, pouze transformujeme z jedné formy na druhou.

4.4.9 Energie z jader

ENERGETICKÁ ZAŔÍZENÍ ENERGETICKÁ ZAŔÍZENÍ

Palivový cyklus. Pavel Zácha Zdroj: Heraltová - Katedra jaderných reaktorů, FJFI, ČVUT v Praze

Svět t energie. Dana Drábová Státní úřad pro jadernou bezpečnost Praha

TECHNICKO-EKONOMICKÉ ASPEKTY ENERGETIKY

VY_32_INOVACE_FY.17 JADERNÁ ENERGIE

Poučení z havárií a událostí v jaderné oblasti. Zdeněk Kříž, CV Řež

Jaderná energetika Je odvětví energetiky a průmyslu, které se zabývá především výrobou energie v jaderných elektrárnách, v širším smyslu může jít i o

ŠTĚPNÁ REAKCE (JADERNÁ ENERGIE)

JADERNÁ ELEKTRÁRNA - PRINCIP

Simulace provozu JE s reaktory VVER 440 a CANDU 6

ZDROJE A PŘEMĚNY. JAN PREHRADNÝ, EVŽEN LOSA Katedra jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze

Technologie výroby elektrárnách. Základní schémata výroby

Kateřina Fišerová - Seminární práce k předmětu Didaktika fyziky

VŠB-TU OSTRAVA. Energetika. Bc. Lukáš Titz

Komu lze nejvíc věřit, když mluvíme o jaderné energetice: Dana Drábová, předsedkyně SÚJB

29. Atomové jádro a jaderné reakce

Jaderné reaktory blízké i vzdálené budoucnosti. Vyhořelé jaderné palivo současné trendy a možnosti

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

3.1 Primární zdroje energie. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Jaderné elektrárny. Tomáš Vysloužil. Fakulta výrobních technologií a managementu Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Ústí nad Labem

3.1 Primární zdroje energie. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Lukáš Feřt SPŠ dopravní, Plzeň, Karlovarská 99,

Tvorba výukových materiálů jaderná energie a energetika

2. Atomové jádro a jeho stabilita

FOSILNÍ PALIVA A JADERNÁ ENERGIE

Štěpení těžkých jader

Základní škola a Mateřská škola Nová Bystřice Hradecká 390, Nová Bystřice. Absolventská práce JADERNÁ ENERGETIKA

Příběh jaderného paliva

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

ENERGIE - BUDOUCNOST LIDSTVA Ing. Jiří Tyc

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Obnovitelné zdroje energie

Nebezpečí ionizujícího záření

Vyhořelé jaderné palivo

PROVOZ JADERNÉHO REAKTORU

Typy radioaktivního záření

Předmět: Stavba a provoz strojů Ročník: 4.

Technická univerzita v Liberci fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická. Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. ZÁKLADY EKOLOGIE.

CZ.1.07/1.1.30/

STABILNÍ ELEKTŘINA ZA PŘIJATELNOU CENU

Člověk a společnost Geografie Zeměpis Sekundér a terciér 4.ročník vyššího gymnázia

ZDROJE ENERGIE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD.

Atomové jádro, elektronový obal

Transkript:

JADERNÁ ENERGETIKA

JADERNÁ ENERGETIKA aneb Spojení poznatků z fyziky a chemie Jiří Kameníček

Osnova přednášky Styčné body mezi fyzikou a chemií Způsoby získávání energie Uran a jeho izotopy, princip štěpné řetězové reakce Příprava jaderného paliva, obohacování Jaderný reaktor, atomová elektrárna Havárie jaderných elektráren, Černobyl Klady a zápory jaderné energetiky

FYZIKA - CHEMIE Veličiny a jednotky SI m, kg, s, mol Fyzikálně-chemické konstanty (N A ; F; R ) Stavba atomu atomové jádro, el. obal Vlastnosti - pevných látek složení Fyzikální chemie (plynové zákony, stavová rovnice, elektrolýza, Faradayovy zákony, termodynamika, fyzikálně-chemické metodiky..) Jaderná energetika Vztah mezi fyzikou a chemií není symetrický!

Možnosti získávání (elektrické) energie Spalování fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn jde o omezené, navíc neobnovitelné zdroje) Spalování biomasy a odpadů (recentní zdroje) Přírodní zdroje (vodní, větrné, fotovoltaické, geotermální) Jaderná energie (štěpení jader, popř. termojaderná fúze) Ropa Uhlí Zemníplyn Biomasa Uran Voda Ostatní

URAN Výskyt: smolinec (uraninit) U 3 O 8 karnotit K 2 (UO 2 ) 2 (VO 4 ) 3.3H 2 O Izotopy (pojem izotopu znám z chemie izotopy vodíku) Je nezbytné zdůraznit, že izotopy se liší fyzikálními, nikoliv chemickýmí vlastnostmi! 238 U štěpitelný rychlými neutrony, 99,3%, T = 5.10 9 let 235 U štěpitelný pomalými neutrony, 0,7 %, T = 7.10 8 let ( *) ( 234 U stopový obsah, T = 8.10 5 let ) ( *) Fenomén Oklo (Gabun, Afrika) obsah 235 U je jen 0,3%! Možné vysvětlení: přírodní atomový reaktor (?!) (prokázán vyšší výskyt štěpných produktů)

Fyzikální podstata jaderné energie Hmotnostní schodek Δm = Z m p + (A - Z)m n M j Př.: Pro 4 2He vychází Δm = 0,03038 m u Vazebná energie atomového jádra ΔW = Δm.c 2 Př.: Pro 4 2He je ΔW = 4,55 10-12 J = 28,4 MeV

PRINCIP JADERNÉHO REAKTORU ŠTĚPENÍ JADER (Hahn, Meitnerová 1936) 235 92 U + 1 0 n 139 56 Ba + 94 36 Kr + 3 1 0 pomalé neutrony 235 92 U + 1 0 n 139 54 Xe + 95 38 Sr + 2 1 0 pomalé neutrony n + E (150 MeV) n + E (150 MeV) Obecně: A ZX + 1 0n A1 Z1Y + A2 Z2Z + k 1 0n + E přičemž Z1 + Z2 = Z; A + 1 = A1 + A2 + k; A1/A2 2/3 Štěpitelné jsou: 235 U, 239 Pu, nikoliv 238 U!! 238 92 U + 1 0 n 239 92 U (β) 239 93 Np (β) 239 94 Pu

Jaderné reaktory Pomalé neutrony vyžadují moderátor -Moderované grafitem (starší typ - Černobyl) -Lehkovodní (H 2 O je moderátor i chladivo) BWR s vroucí vodou (Fukušima, jednookruhový) PWR (VVER) voda pod tlakem až 100 at (Dukovany, Temelín, dvouokruhový) -Těžkovodní (CANDU Kanada, D 2 O) Rychlé neutrony jde o množivé reaktory (breedery), bez moderátoru; chlazení kapalným sodíkem

Reaktor moderovaný grafitem (starší)

Lehkovodní reaktor

POSTUP VÝROBY PALIVOVÝCH ČLÁNKŮ 1/ Těžba a úprava uranové rudy, příprava koncentrátu ( yellow cake ) UO 3 + H 2 SO 4 UO 2 SO 4 + H 2 O 2 UO 2 SO 4 + 6 NH 3 + 3 H 2 O (NH 4 ) 2 U 2 O 7 + 2 (NH 4 ) 2 SO 4 9 (NH 4 ) 2 U 2 O 7 6 U 3 O 8 + 14 NH 3 + 15 H 2 O + 2 N 2 2) Konverze uranového koncentrátu na plynný UF 6 reakcí shno 3 (UO 2 )(NO 3 ) 2 UO 3 UO 2 dále: UO 2 + 4HF 2 H 2 O + UF 4.. + F 2 UF 6 3/ Obohacování (z 0,71% 235 U na cca 3%) (difuzí nebo odstředivky UF 6 je stabilní plyn) 4/ Rekonverze UF 6 na UO 2 (pozor na kritické množství!), lisování na tablety UF 6 + 2 H 2 O 4 HF + UO 2 F 2 + H 2 2 HF + UO 2 5/ Výroba vlastních palivových článků (plnění pelet s UO 2 do obalových trubek, grafitové matrice apod.) 6/ Zpracování vyhořelých článků, vrácení štěpitelných materiálů do cyklu 7/ Uložení radioaktivních odpadů (reaktor 1GW produkuje ročně cca 30 tun)

Jaderná elektrárna celkové schéma

Mezinárodní stupnice jaderných událostí INES (The International Nuclear Event Scale ) 7 Velká havárie (např. Černobyl) 6 Závažná havárie (Fukušima?) 5 Havárie s účinkem na okolí (Windscale) 4 Havárie v jaderném zařízení 3 Vážná porucha 2 Porucha 1 Odchylka 0 Odchylka bez vlivu na bezpečnost

Na jaderných elektrárnách ve světě dochází každoročně k jedné až dvěma událostem hodnoceným stupněm 1, 2 Přehled větších havárií JE: Černobyl 1986 (stupeň 7 INES) Fukušima, Japonsko 2011 6 (?) Windscale, Anglie 1957 5 Three Mile Island, USA, 1979 5 Saint Laurent Francie,1980 4 Jaslovské Bohunice, 1977 4 Buenos Aires Argentina 1983 4 Tokaimura, Japonsko 1999 4 Vandellos Španělsko 1989 3 Davis Besse USA, 2002 3 Paks -Maďarsko, 2002 3

HAVÁRIE ČERNOBYL 26.4.1986

ČERNOBYL 1/ Šlo o klasický, nikoli jadernývýbuch!! 2/ Příčina: selhání obsluhy i techniky, experiment před odstávkou reaktoru se zkoušelo, zda je elektrický generátor při setrvačném doběhu schopen napájet čerpadla nouzového chlazení (!) 3/ Výbuch vdůsledku nekontrolovatelného nárůstu teploty (tlak vodní páry odmrštil víko poklopu o váze 1000 tun!) 4/ Další výbuch vdůsledku reakce vodní páry srozžhaveným grafitem (C + H 2 O CO + H 2 ) 5/ Důsledek: uvolnění cca 900 tun vysoce radioaktivního odpadu zamoření obrovského území 6/ Evakuace přilehlého města Pripjať (50 tis. obyvatel) během 24 hodin Dnes: 1. zóna okruh 10 km zákaz pobytu, 2. zóna 30 km omezený pohyb lidí, kontrolované pásmo 7/ Provoz ostatních bloků zastaven; dodnes je na Ukrajině dalších 5 JE podobného typu 8/ Sanace: vytvořen betonový sarkofág provizorní, již dnes vychýlen (viz foto) 9/ Definitivní řešení -nový sarkofág (cena cca 100 mld Kč) za přispění EU 10/ Území bude neobyvatelné tisíce let (dlouhé poločasy rozpadu Cs, Sr)

Klady a zápory jaderné energetiky Úspora fosilních paliv (1 kg uranu - 20 GWh) Šetrnost k životnímu prostředí (odpadá odsiřování) Relativní dostatek surovin Ekonomické důvody Problém s uložením/zpracováním jaderného odpadu Riziko havárie (zemětřesení, terorismus, válečný stav) Veřejné mínění (politikum) Vše by vyřešila úspěšná řízená termojaderná fúze. Neřízená reakce již realizována vodíková bomba: (Např. 2 1 D + 2 1 D 3 1 T + 1 1 p + 4 MeV)