Transcript Ernest Rutherford

Ernest Rutherford
Jądro Atomowe
Życiorys
•
Rutherford urodził się w Spring Grove niedaleko miasta Nelson w Nowej Zelandii.
Studiował w Nelson College, a doktorat otrzymał w Canterbury College (dziś
Uniwersytet Canterbury). Głównym polem jego badań była w tym czasie
elektryczność.
•
W roku 1898 Rutherford otrzymał posadę w katedrze fizyki na Uniwersytecie McGill w
Montrealu.
•
W roku 1908 otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla z chemii.
•
W roku 1907 Rutherford podjął pracę na Uniwersytecie Manchesterskim. Podczas
pracy w tym ośrodku wykonał eksperyment Rutherforda.
•
W roku 1919 Rutherford został szefem Laboratorium Cavendisha. Pod jego
nadzorem prowadzono prace, które zostały nagrodzone trzema Nagrodami Nobla.
•
W roku 1997 sztuczny pierwiastek rutherford został nazwany jego imieniem.
Eksperyment Rutherforda-odkrycie
jądra atomowego
Na początku 1911 roku odkrył, że atom w ogromnej większości
jest pusty. W środku atomu jest duże (w proporcji do rozmiarów
elektronów) jądro, a w ogromnej odległości (w stosunku do wielkości
jądra), po ściśle określonych orbitach, krążą niewielkie elektrony.
Tylko w ten sposób można wytłumaczyć występujące też rzadkie
odbicia masywnej cząstki alfa: odbijała się ona tylko w przypadku
trafienia w jądro atomu złota.
Od razu nasuwała się analogia pomiędzy budową atomu i
budową Układu Słonecznego. Inna jest tylko skala zjawiska. Stąd
pochodzi nazwa koncepcji Rutherforda: budowa planetarna atomu.
Ciągłość materii to złuda. Jądro zajmuje mniej niż jedną bilionową
część objętości atomu. To siły elektryczne działające między
atomami utrzymują względną spoistość materii.
Tak skończyła się epoka fizyki klasycznej, a zaczęła się era fizyki
jądrowej.
Bomba atomowa
Efekt grzyba podczas próbnego wybuchu
bomby atomowej na Poligonie Nevada.
.
• 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 a inne rodzaje broni nuklearnej są nie mniej atomowe.
• Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian
jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane
jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder
atomowych.
Wykorzystanie energii atomowej
Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i
jest wykorzystywana w energetyce w elektrowniach jądrowych.
Najczęściej stosowanym surowcem jest uran-235. Wytwarzana w
ten sposób energia wewnętrzna jest wykorzystywana do
napędzania turbin generatorów energii elektrycznej. Obecnie ok 7%
energii zużywanej przez ludzkość w tym 15,7% energii elektrycznej
jest produkowanej z energii jąder atomowych. W Stanach
Zjednoczonych ok. 20%, a we Francji aż 80% energii elektrycznej
pochodzi z elektrowni jądrowych.
Stosowany jest również napęd atomowy (okręty podwodne,
lotniskowce). Energia rozpadu promieniotwórczego służy również do
zasilania aparatury pomiarowej sond kosmicznych (szczególnie
tych, które penetrują peryferyjne obszary Układu Słonecznego).
Reaktor Jądrowy
Reaktor jądrowy - urządzenie, w którym przeprowadza się z
kontrolowaną szybkością reakcję rozszczepienia jąder atomowych.
Reakcja rozszczepienia jąder atomowych ma przebieg lawinowy
jedna reakcja łańcuchowa może zainicjować kilka następnych. W
celu kontrolowania szybkości reakcji tak by przebiegała z jednakową
prędkością (mówimy że reakcja ma przebieg łańcuchowy tzn. jedno
rozszczepienie inicjuje następne rozszczepienie jądra atomowego)
wprowadza się do reaktora substancje pochłaniające neutrony. Są
to na przykład bor lub kadm. Substancje te umieszczone są w
prętach zwanych regulacyjnymi. Moderator służy do spowalniania
neutronów poprzez zderzenia neutronów z jądrami moderatora.
Rdzeń Reaktora Jądrowego
Elektrownia Jądrowa
Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna),
wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z
rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco
wzbogaconego w izotop U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest
otrzymywane z reaktora jądrowego.
Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku
(ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych
głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była
produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni atomowej.
W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z
reaktorami atomowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla
porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Te gwałtowne zmiany
były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym
czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem,
natomiast w latach 70. na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three
Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących
bezpieczeństwa bloków jądrowych. Cykl projektowania i budowy elektrowni atomowej
trwa około 10 lat, na liczbę uruchamianych w latach 80. reaktorów wpływ miały
decyzje podjęte 10 lat wcześniej, a więc najczęściej przed awarią w elektrowni Three
Mile Island.
Korzyści wynikające z energii jądrowej
Zagrożenia wynikające z energii jądrowej
jest niezależna od surowców naturalnych
(węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego)
główne zagrożenie może wystąpić w
przypadkach awarii reaktora(np. Czarnobyl w
1986 roku doszło do skażenia środowiska,
śmierci i ciężkich chorób nowotworowych u
ludzi)
energetyka jądrowa jest nieszkodliwa dla
środowiska, tzn. Nie zanieczyszcza powietrza,
nie emituje pyłów i gazów
możliwość skażenia wody przez co woda jest
niezdatna do picia ; powietrza i gleby
(wyjałowienie gleby)
nie wpływa na pogorszenie się stanu zdrowia
ludzi
składowanie odpadów radioaktywnych
(pierwiastki mają długi czas połowicznego
rozpadu)
nie wymaga hałaśliwych urządzeń
składowanie odpadów radioaktywnych
(pierwiastki mają długi czas połowicznego
rozpadu)
można ją wykorzystać w celach medycznych
(bomby kobaltowe , które używa się w leczeniu
nowotworu)