Transcript Jaderné reakce a elektrárny

Základní škola a mateřská škola Bzenec
Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.2769
Číslo a název šablony klíčové aktivity:
I/2: čtenářská a informační gramotnost - inovace
Vypracoval/a: Mgr. Jana Presová
Ověřil/a: Mgr. Jana Presová
Název výukového materiálu:
Jaderné reakce, reaktory a elektrárny - 9. ročník
Vzdělávací obor: fyzika
Tematický okruh: jaderná energie
Téma:
I. Druhy jaderných reakcí, řetězová reakce
II. Jaderný reaktor
III. Jaderná elektrárna
Stručná anotace:
Prezentace shrnující nejdůležitější informace o jaderných reakcích, složení jaderného
reaktoru a principu fungování jaderné elektrárny.
5.4. Jaderné reakce
• můžeme je rozdělit podle různých kritérií, například podle
vztahu mezi původními a vzniklými jádry:
• transmutace (přeměna) - z původního jádra vzniká jádro s
málo odlišným protonovým číslem
• štěpení jader - z původního jádra vznikají dvě nová jádra s
přibližně stejnými protonovými čísly
• jaderná syntéza (sloučení) - dvě jádra vytvářejí jediné jádro s
větším protonovým číslem
Příklady jaderných reakcí:
1. transmutace:
první umělou přeměnu připravil roku 1919 E. Rutherford,
jádra dusíku ostřelované heliem se přeměnila na jádra kyslíku a protony
14
4
17
1
7N + 2He >>> 8O + 1p
2. štěpení jader:
je základem jaderné energetiky, při ní se štěpí jádra uranu pomalými
neutrony
235 + n1 >>> Ba144 + Kr89 + 3 n1
92U
0
56
36
0
3. jaderná syntéza:
tato reakce vyžaduje vysokou energii (teplotu až kolem 1.000.000°C)
např. termonukleární reakce jsou zdrojem energie v nitru hvězd
1
2
3
1H + 1H >>> 2He
štěpení jader při řetězové reakci
• štěpení neprobíhá v každé látce, ale pouze v štěpných
materiálech (jediný štěpný materiál, který se vyskytuje v
přírodě, je nuklid uranu 235)
• při řetězové jaderné reakci vnikne do jádra neutron,
rozštěpí ho na dvě nová jádra a uvolní k tomu 2 - 3 nové
neutrony, které mohou štěpit další jádra uranu
• celý proces má charakter laviny
• aby nedošlo k výbuchu,
musí se nadbytečné
neutrony pochytat
• při jaderných reakcích se uvolňuje jen nepatrná část
energie (asi 1% z energie v tělese)
• zbývající část nejsme schopni zatím získat!!!
první řetězová reakce
• v Chicagu se podařilo týmu vědců vedených italským
profesorem Enricem Fermim vyvolat první řetězovou reakci v
roce 1942, tato práce vedla později k výrobě atomové bomby
• při štěpení dochází ke ztrátě malého množství hmoty
• a jak předvídal fyzik Albert Einstein, dochází současně
k uvolnění velkého množství energie v podobě tepla
• to vedlo k používání jaderné energie k výrobě elektřiny
v atomových elektrárnách
• Na rozdíl od atomové bomby probíhá řetězová reakce
v elektrárně pomalu a je pečlivě řízená.
• První využití jaderné energie k výrobě elektrické energie se
experimentálně uskutečnilo 20. 12. 1951 v Národní
reaktorové laboratoři ARCO (USA - stát Idaho)
• První pokusná jaderná elektrárna byla spuštěna v Obninsku u
Moskvy (Sovětský svaz) 27. 6. 1954.
5.5. Reaktory
• Jaderná energie se uvolňuje v jaderném reaktoru.
• V něm probíhá řetězová reakce, reaktor pracuje při teplotě větší
než 300°C, proto je umístěn v obrovské ocelové nádobě.
• Palivo se vkládá do reaktoru v
podobě palivových článků, což jsou
nejčastěji uranové tyče zabudované
do kovových pouzder.
• Základní část reaktoru, kde probíhá
řetězová reakce, se nazývá aktivní
zóna.
• Aby řetězová reakce mohla účinně probíhat, musí se neutrony
vyletující z jader po každém štěpení zpomalovat moderátorem.
• Ke zpomalovaní se používá buď voda nebo grafit. Zpomalené
neutrony mají více času do jádra uranu proniknout a rozštěpit ho.
palivo
• K ovládání reaktoru slouží regulační tyče z kadmia nebo oceli s
příměsí boru, které pohlcují přebytečné neutrony.
• Zasouváním a vysouváním těchto tyčí z aktivní zóny se mění výkon
reaktoru.
• Kdyby se počet neutronů začal
nebezpečně zvětšovat nebo došlo
k jinému ohrožení, zasunou se
automaticky do aktivní zóny takzvané
havarijní tyče a řetězovou reakci
zastaví.
• Uvolněná energie zahřívá vodu v
aktivní zóně, ta se z reaktoru odvádí
do další části jaderné elektrárny.
5.6. Jaderné elektrárny
Od 60. let se po celém světě rozvíjí
výstavba jaderných elektráren
a dnes se v nich vyrábí skoro
pětina světové výroby
elektřiny.
V ČR máme dvě elektrárny –
Dukovany a Temelín (obě
používají vodu jako
moderátor), ty vyrobí přibližně
jednu třetinu energie, kterou
spotřebujeme za jeden rok.
Jaderná elektrárna se skládá z:
1.
hlavního výrobního bloku (kde
probíhá i samotné štěpení)
2.
chladicích věží
3.
strojovna
Hlavní výrobní blok se dělí
na dvě části:
1. primární okruh (je v
ochranném obalu –
kontejnmentu, je zde i
jaderný reaktor)
2. sekundární okruh
Primární okruh se skládá z:
1. reaktoru umístěném v ocelové
tlakové nádobě
2. bazénu použitého paliva
3. parogenerátoru a čerpadel
Princip:
Energie uvolněná při štěpení
zahřívá vodu, ta se odvádí
potrubím směrem k
parogenerátoru
V parogenerátoru toto potrubí
prochází studenou vodou ze
sekundárního okruhu, kterou
zahřeje a změní v páru. Sama
se však ochladí a tak míří
zpátky do reaktoru, kde se
zase ohřeje a ….
Sekundární okruh se skládá z:
1. parních turbín
2. generátoru (a transformátoru)
3. kondenzátoru par a čerpadel
Princip:
Pára je vedena potrubím k
turbínám, roztáčí je
(generátor) a vyrábí tak
energii.
Pára opouštějící turbínu se
zkapalňuje v kondenzátoru, k
jejímu ochlazení se používá
voda z chladících věží.
Obrázky z jaderné
elektrárny Temelín:
http://technet.idnes.cz/foto.aspx?r=tec
_reportaze&c=A070827_101055_tec_
reportaze_rja
Reaktor JE Temelín
V jaderné elektrárně a jejím okolí je
stále měřena úroveň radioaktivity,
za normálního provozu je jaderná
elektrárna vysoce ekologická.
Hlavním ekologickým problémem je
zacházení s vyhořelým jaderným
palivem a jeho ukládáním.
Po vyjmutí paliva z reaktoru je třeba ho
po nějakou dobu skladovat na
území elektrárny ve vodním bazénu,
aby se ochladilo a jeho radioaktivita
poklesla. Potom se přemístí do tzv.
meziskladu, kde by mělo být
bezpečně uchováno několik desítek
let.
Animace přibližující fungování jaderné elektrárny.
• http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jaderna-energetika/interaktivni-modelje-jak-funguje-jaderka.html
• http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/vyuziti_radioaktivnich.html
• http://www.youtube.com/watch?v=51LS1wk0CDU
• http://www.youtube.com/watch?v=0TByr4BtuhM
Zdroje informací (obrázky a texty):
• Učebnice fyziky pro základní školy
–
–
–
–
R. Kolářová, J. Bohuněk, I. Štoll, M. Svoboda, M. Wolf, nakladatelství Prometheus 2001
K. Rauner, V. Havel, M. Randa, nakladatelství Fraus 2007
Z. Lustigová, nakladatelství Fortuna 1999
J. Maršák, nakladatelství Kvarta Praha 1993
• Pracovní sešit k učebnici fyziky
–
K. Rauner, V. Havel, M. Randa, nakladatelství Fraus 2007
• Přehled učiva fyziky
–
S. Pople a P.Whitehead, nakladatelství Svojtka&Co. 1999
• Fyzika - přehled učiva základní školy
–
J. Vachek, nakladatelství SPN 1978
• Fyzika I. a II.
–
Z. Horák a F. Krupka, nakladatelství SNTL/ALFA, 1976
• Pohled do vesmíru
–
C. Scottová, nakladatelství Fragment 2006
• Věda – hranice poznání
–
C. A. Ronan, nakladatelství Knižní klub 1997
• Chemie. Fyzika, astronomie
–
Překlad J. Braun, P. Anderle, I. Haverlík,
nakladatelství Albatros 1978
Internetové zdroje:


















http://www.aldebaran.cz
http://fyzweb.cz
http://www.youtube.com
encyklopedie – wikipedie
http://www.enviweb.cz/clanek/atom/83969/utajeny-ceskoslovensky-cernobyl
http://uran-238.navajo.cz/
http://nuclearfissionary.com/2010/03/17/nuclear-fission-for-dummies-alpha-radiation/
http://www.physics.isu.edu/radinf/properties.htm
http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/vyuziti_radioaktivnich.html
http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/index.htm
http://technet.idnes.cz/jak-funguje-temelin-byli-jsme-primo-v-srdci-reaktoru-f9n/tec_reportaze.asp?c=A070417_135542_tec_technika_rja
www.jreichl.com/fyzika/vyuka/vyuka.htm
http://www.ian.cz/index.php
http://www.ceskatelevize.cz/ct24/ekonomika/61308-nova-jaderna-elektrarna-muze-stat-v-blahutovicich-mistnimse-to-nelibi/
http://www.ceskatelevize.cz/ct24/domaci/102257-pokud-uslysite-sireny-bezte-do-nejblizsi-budovy-a-poslouchejteradio/
http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/jm_2_3_3.htm
http://www.sujb.cz/?c_id=483
http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=2