EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/21.0663 Speciální základní škola a Praktická škola Trmice Fűgnerova 22 400 04 1
Identifikátor materiálu: EU 4 56 F Jaderná elektrárna. Anotace Autor Jazyk Očekávaný výstup Žák si zopakuje znalosti o jaderné elektrárně. Mgr. Zdeněk Porč Čeština Žák ví, jak funguje jaderná elektrárna. Speciální vzdělávací potřeby Klíčová slova ano jaderná elektrárna, turbogenerátor, chladící věž, uran Druh učebního materiálu digitální / interaktivní / hodina Druh interaktivity aktivita Cílová skupina Stupeň a typ vzdělávání Typická věková skupina Celková velikost žák základní škola praktická druhý stupeň 14 17 let / 9. ročník 7,91 MB soubor.notebook 2
Fyzika 9. ročník 9/6 Jaderná elektrárna. Vypracoval : Porč 3
Pamatuj: Jaderná elektrárna je výrobna elektrické energie resp. technologické zařízení, sloužící k přeměně vazebné energie jader těžkých prvků na elektrickou energii. Skládá se obvykle z jaderného reaktoru, parní turbíny s alternátorem a z mnoha dalších pomocných provozů. V principu se jedná o parní elektrárnu, ve které se energie získaná jaderným reaktorem používá k výrobě páry v parogenerátoru. Tato pára pohání parní turbíny, které pohání alternátory pro výrobu elektrické energie. Někdy používáný pojem atomová elektrárna je chybný, neboť z atomu se energie vyrábí i v elektrárnách na fosilní paliva. Současné jaderné elektrárny využívají jako palivo převážně obohacený uran, což je přírodní uran, v němž byl zvýšen obsah izotopu 235 U z původních zhruba 0,5 na 2 5 %. Podle odhadů geologů a OECD vydrží známé a předpokládané zásoby uranu nejméně 270 let. Jaderné elektrárny jsou z energetického hlediska vhodné především pro výrobu energie v režimu základního zatížení (je snaha, aby vyráběly energii pokud možno nepřetržitě). 4
Pamatuj: Jaderné palivo je palivo, z něhož se energie uvolňuje prostřednictvím jaderných reakcí a to buďto rozpadem (štěpením) nebo fúzí. V současnosti se prakticky využívá pouze štěpná jaderná paliva (uran, obohacený nebo přírodní a uměle vytvořené plutonium). Do budoucna se počítá i s thoriem, kterého zemská kůra obsahuje výrazně více. Palivo musí být pro využití v jaderných elektrárnách přepracováno do jaderných palivových článků. Nejběžnějším typem jaderného paliva je obohacený uran ve formě oxidu uraničitého. Tato látka je uzavřena do hermetických tablet, které jsou dále skládány do palivových prutů. Konkrétní typ jaderného paliva závisí na konstrukčním řešení reaktoru. Byly sestrojeny reaktory, které jsou schopny zpracovávat i přírodní uran bez obohacení (například A1 v Jaslovských Bohunicích), ale tato technologie se tehdy ukázala jako málo spolehlivá. Dnes používají jen málo obohacený uran reaktory typu CANDU, které provozuje Kanada, v Evropě Rumunsko. Vyhořelé palivo, v němž se rozpadla většina uranu 235 (případně plutonia) se obvykle skladuje v meziskladech. Toto palivo se dá recyklovat na nové palivo, ale recyklace je v současné době dražší než výroba nového paliva. Recyklace spočívá v oddělení šťepných produktů a doplnění uranu 235 nebo plutonia. Pokud je jaderné palivo použito v reaktoru s vysokým konverzním poměrem, může se v něm množství využitelných izotopů zvýšit. Recyklací se pak získá větší množství jaderného paliva, než bylo původně vloženo. Jedním z nejdůležitějších problémů souvisejících s používáním jaderných paliv je jejich skladování. Vyhořelé palivo je stále vysoce radioaktivní a nebezpečné, musí proto být skladováno za speciálních podmínek. V první fázi se palivo skladuje zpravidla vedle reaktoru nebo v areálu jaderného zařízení a chladí se několik let ve zvláštním bazénu. Alternativou ke skladování v bazénu je suché skladování v ocelových kontejnerech. V těchto kontejnerech je možné palivo ukládat do meziskladů i na několik desítek let. Pro dlouhodobější skladování a ukládání se používají hlubinná úložiště. 5
Pamatuj: Štěpná jaderná reakce je jaderná reakce, při níž dochází k rozbití jádra nestabilního atomu vniknutím cizí částice (většinou neutronu) za uvolnění energie. Ke štěpné jaderné reakci dochází u těžkých atomových jader (např. 235 U) při jejich ostřelování neutrony. Neutron pronikne do jádra uranu, je absorbován a tím se předá tomuto jádru tolik energie, že se rozkmitá a rozdělí se většinou na dva odštěpky, které se od sebe velkou rychlostí vzdalují. Jsou však velmi brzy brzděny nárazy o okolní atomová jádra a jejich pohybová energie se mění na energii tepelnou. Při rozštěpení jádra uranu se rovněž uvolní dva až tři rychlé neutrony. Aby se zvýšila pravděpodobnost štěpení dalšího jádra, musíme tyto neutrony zpomalit (moderovat) pomocí srážek s moderátorem (často se používá voda, která slouží současně jako chladivo). Pokud bychom však neutrony pouze zpomalovali a neregulovali jejich počet, došlo by k exponenciálnímu růstu počtu štěpení a k neřízené řetězové reakci výbuchu. Pro záchyt přebytečných neutronů mohou sloužit například jádra atomů bóru, který se ve formě kyseliny borité přidává do chladiva primárního okruhu. Štěpná reakce se také řídí pomocí tyčí absorbujících neutrony, které se buď zasouvají, nebo vytahují z aktivní zóny reaktoru. Štěpení uranu 235 (případně uranu 238, plutonia a výhledově thoria) je využíváno v jaderných elektrárnách a je také principem jaderných zbraní. 6
Pamatuj: Turbogenerátor je elektromechanické soustrojí (což je konkrétní případ tzv. turbosoustrojí ), složené obvykle z poháněcího točivého mechanického stroje turbíny a elektrického generátoru (což je hnaný stroj). Oba dva stroje bývají navzájem propojeny společným hřídelem. V běžných elektrárnách se obvykle jedná o spojení parní turbíny a alternátoru. Soustrojí zde slouží k přeměně tepelné a mechanické energie odebírané ze zahřáté vodní páry (a přenášené společným hřídelem) v turbíně na elektrickou energii vyráběnou v alternátoru. Existují malé turbogenerátory s výkonem od několika stovek wattů (používané například pro osvětlování parních lokomotiv ) až po velké turbogenerátory pracující v řádech gigawatt (kupř. v jaderné elektrárně). 7
Pamatuj: Schéma jaderné elektrárny. 8
Urči a odkrytím zkontroluj. 9
Pamatuj: 10
Urči části jaderné elektrárny a řekni, jak pracuje. 11
Urči a odkrytím zkontroluj. 12
Prohlédni si obrázky jaderných elektráren a škrtni, který mezi ně nepatří. Dále řekni co odchází do vzduchu z chladících věží. 13
Prohlédni si obrázky paliva jaderných elektráren a urči jak se jmenuje a čím škodí. 14
Prohlédni si úložiště jaderného odpadu a vysvětli, proč je takto uložen. 15
Prohlédni si uranový důl a zamysli se nad tím, jak mohou jaderné elektrárny přímo či nepřímo škodit životnímu prostředí. 16
Správně doplň a udělej si zápis do sešitu. Jaderná elektrárna Datum Jaderná elektrárna patří mezi tepelné elektrárny. Netopí se v ní uhlím, ale vodu ohřívají uranové články. Uran je látka, které když je hodně pohromadě, tak se začne zahřívat. Energie jaderného reaktoru ohřeje vodu a vytvoří se pára. Pára potom roztočí lopatky turbíny a generátoru. Tak se vyrobí elektrická energie. Jaderná elektrárna nepřímo škodí těžbou uranu a skladováním vyhořelého paliva. Přímo může škodit při havárii únikem radioaktivního záření. / Černobyl, Fukušima /. 17
V této interaktivní hodině byly použity materiály a obrázky z těchto zdrojů, internetových stran a linků: Galerie SMART Notebook http://www.gify.nou.cz/ http://minecraft.xservers.cz/wp content/uploads/2011/03/aaaaaaaaa1.jpg http://cs.wikipedia.org/wiki/jadern%c3%a1_elektr%c3%a1rna http://cs.wikipedia.org/wiki/jadern%c3%a9_palivo http://cs.wikipedia.org/wiki/%c5%a0t%c4%9bpn%c3%a1_jadern%c3%a1_reakce http://ok1zed.sweb.cz/img/ela sch.gif http://fyzika.jreichl.com/data/mikro_4jaderka_soubory/image163.jpg http://proatom.luksoft.cz/grafika/uloziste.jpg http://www.2zskolin.cz/jadfyz/ele/image27.jpg http://kurz.geologie.sci.muni.cz/obrazky_ucebnice/obrazek6_46.jpg http://media.novinky.cz/393/103936 original hwsqf.jpg http://fotoblog.in/galerie/albums/pametihodnosti/symetrie_jete.jpg http://i3.cn.cz/1185631341_200707280224_eee_1.jpg http://www.enviweb.cz/pictures/energie/uranium_billet.jpg http://img.aktualne.centrum.cz/334/24/3342412 uranova ruda smolinec.jpg http://img7.ct24.cz/multimedia/images/19/1827/big/182634.jpg http://cs.wikipedia.org/wiki/turbogener%c3%a1tor Veškeré materiály k této interaktivní hodině byly staženy dne 16.10.2010. 18