Transcript energia jądrowa

ENERGIA
JĄDROWA
Rozpad promieniotwórczy: przemiana promieniotwórcza,
promieniotwórczość, radioaktywność, samorzutna przemiana
jądra atomu, której towarzyszy emisja promieniowania
jądrowego. Emitowaną cząstką promieniowania mogą byś:
foton (rozpad Y), elektron lub para elektron-pozyton
(konwekcja wewnętrzna), elektron lub pozyton i antyneutrion
lub neutrion (rozpad β), nukleon lub jądro (rozpad protonowy,
rozpad α), rozpad egzotyczny, rozszczepianie). Tylko w jednym
z powyższych przykładów cząstka (elektron konwersji
wewnętrznej) jest emitowane nie bezpośrednio z jądra, lecz z
powłoki elektronowej.
W wyniku emisji powstaje jądro
( A-liczba masowa równa liczbie
nukleonów a jądrze, Z-liczba porządkowa równa liczbie protonów w
jądrze) elektronu powstaje jądro
wychwytu elektronu-również jądro
jadro
, zaś rozpadu α -jadro
pozytonu-jądro
,
, rozpadu protonowego.
Rozpad promieniotwórczy może zachodzić na skutek oddziaływania
słabego, elektromagnet. lub silnego. Rozpad promieniotwórczy jest
procesem statycznym. Istnieje określone prawdopodobieństwo równe
λ(λ-stała rozpadu, charakterystyczna dla danego jadra i stanu, w
którym się ono znajduje0, że jądro rozpadnie się w jednostkowym
czasie.
- początkowa liczba jąder
N- liczba jąder, które się jeszcze nie rozpadły
t- czas od chwili rozpoczęcia pomiaru
Promieniotwórczość naturalna odkrył 1896 A.H
Becquerel.
Szeregi promieniotwórcze, grupy powiązanych ze sobą
genetycznie promieniotwórczych nukleoidów, z których
każda powstaje przez rozpad alfa i beta poprzedniego. W
przyrodzie występują 3 naturalne rodziny promieniotwórcze,
rozpoczynające się nuklidami o bardzo długim czasie
połowiczego zaniku i kończące twardymi izotopami ołowiu:
rodzina torowa (
),
rodzina aktynowa (
), rodzina uranowa (
).
Istnieje również czwarta rodzina promieniotwórcza
zaczynająca się od sztucznie wytworzonego nukleoidu
i nazwana od swego najbardziej długowiecznego składnika
-rodzina neptunową (kończy się na
).
Tempo rozpadu jąder promieniotwórczych. Jest proporcjonalna do
ilości jader radionuklidu i nie zależy od prostych procesów fizycznych
czy chemicznych. Wyraża się wzorem:
(rozpadów/sekundę)
gdzie: λ- stała rozpadu promieniotwórczego, N (t)- liczba jąder
radionuklidu w chwili t. Zanika aktywności wyrażenia wykładniczego:
A (t)= λNo e - λ t [Bq]
gdzie: No –liczba jąder promieniotwórczych w momencie
początkowym.
To czas, w ciągu którego liczba nietrwałych jader atomowych
(promieniotwórczych) pierwiastka, a zatem i aktywności promieniotwórcza,
zmniejsza się o połowę. Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop
promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (np. temperatura,
ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.). Czas połowicznego zaniku jest
pojęciem wykorzystywanym dla każdego rodzaju rozpadu promieniotwórczego.
gdzie In2=0,693
Jest to szczególny rodzaj reakcji chemicznej lub jądrowej.
Po zainicjowaniu reakcja przebiega tylko w niewielkiej
części ośrodka, lecz jej punkt (np.. Ciało, światło,
substancja chemiczna) inicjuje reakcję w kolejnym wzrostem
objętości ośrodka, który obejmuje. Dzieje się tak do
chwili, gdy warunki ośrodku uniemożliwiają zainicjowanie
następnych reakcji składowych (wyczerpią się substraty,
ośrodek ulegnie nadmiernemu rozrzedzeniu itp.).
Czerpie swoja energie z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych (np. uranu lub
polonu) na lżejsze pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające się jądra emitują
kolejne neutrony, które bombardują inne jadra, wywołują 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 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 materiałów rozczepionego lub zapadnięcie materiału uformowanego
w powłokę. Połączenie to musi odbyć się szybko by reakcja nie została przerwana już w
początkowej fazie wyniku energii powstającej podczas rozszczepiania jąder dlatego
połączenia materiałów rozszczepialnych używa się konwencjonalnego materiału
wybuchowego. Reakcja łańcuchowa wydziela ogromna 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-139. Z
jednego kilograma U-235 można uzyskać do 82 TJ (teradżuli) energii. Typowy czas trwania
reakcji łańcuchowej to 1 µ s, wic moc wynosi 82 EW/kg .
Zwana jest też bombą termojądrową. Zasada działania bomby wodorowej opiera się na
wykorzystaniu reakcji termojądrowej, czyli łączenia się lekkich jąder atomowych (np.
wodoru lub helu) w cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie ogromnej ilości energii.
Ponieważ rozpoczęcie i utrzymanie fuzji wymaga bardzo wysokiej temperatury, bomba
wodorowa zawiera ładunek rozszczepialny (pierwszy stopień), którego detonacja inicjuje
fuzję ładunku drugiego stopnia. Ładunki drugiego stopnia mogą być łączone w prawie
dowolnej ilości i wielkości (jedna reakcja fuzji inicjuje następną), co umożliwia budowę
broni o mocy daleko większej niż w przypadku.
# eksplozja próbna: 16 lipca 1945- pustynia w stanie Nowy Mksyk (USA),
miejsce próby nazwano nieoficjalnie Jornada del Muerto (Podróż śmierci);
# użycie bojowe: 6 sierpnia 1945- Hiroszima (bomba Little Boy); 9 sierpnia
1945 Nagaski (bomba Fat Man).
Różnica Δm między sumą mas nukleonów wchodzących w skład jądra
atomowego, a masą jądra. Iloczyn niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w
próżni jest równy energii wiązania jądra, ΔE.
Δ E = Δ m c²
Δ m =N m + Z m p – m E (Z, N)
gdzie:
A
E (Z, N) = Z E- nuklid zawierający N neutronów i Z protonów (N +Z =A)
mp=1,00727- masa protonu w jednostkach masy atomowej
mn=1,00866- masa neutronu
m E- masa jądra nuklidu
c=3·108 m/s- prędkość światła w próżni
Przemiana 1 g masy na energię to równoważność energii Δm · c²= 9 ·10¹ºk J- a
więc mamy przelicznik masa/ enegria równy 9 ·10¹ºk J/g= 9 ·10¹3
Magdalena
Kocłajda