Transcript Изготвил: Силвия Боянова Учител по физика и астрономия ПГ “Акад. С. П.
Slide 1
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 2
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 3
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 4
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 5
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 6
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 7
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 8
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 9
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 10
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 11
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 12
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 13
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 14
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 15
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 16
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 17
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 18
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 19
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 20
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 21
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 22
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 23
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 24
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 25
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 26
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 27
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 2
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 3
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 4
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 5
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 6
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 7
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 8
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 9
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 10
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 11
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 12
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 13
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 14
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 15
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 16
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 17
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 18
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 19
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 20
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 21
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 22
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 23
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 24
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 25
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 26
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.
Slide 27
Изготвил: Силвия Боянова
Учител по физика и астрономия
ПГ “Акад. С. П. Корольов”- гр. Дупница
Отговорет
е
1. По какво си приличат и по какво се
различават изотопите на въглерода
12
C и 14 C ?
6
6
2. Какви закономерности има между стабилността на ядрата и баланса на протоните и неутроните в тях?
3. Коя величина се нарича
масов дефект? Каква е
връзката между енергията
на връзката на нуклоните в
ядрата и масовия дефект?
4. При кои ядра специфич2
E
.c
ната енергия
наmвръзката
е
най- голяма?
Делене на ядрата. Ядрени
реактори
•
•
•
•
Ядрени реакции
Делене на ядрата на урана
Ядрени реактори
Ядрена енергетика
Какво ще научим?
• Как се предизвиква превръщане на
атомните ядра по изкуствен път?
• Какви превръщания съществуват?
• При какви условия се осъществяват?
• Какво представлява реакцията делене на
ядрата на уран?
• При какви условия се осъществява верижна
реакция?
• Как може да се оползотвори освободената
при нея енергия?
Ядрени реакции
Взаимодействия, които предизвикват
• Същност изменения в състава на атомните ядра
• Изкуствена
1934г.
радиоактивност
10
4
13
1
B 2 He 7 N 0 n
5
13
7
N
13
6
C
0
1
e
Ядрени реакции
Първата ядрена реакция-
1919 г.
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Открива протонът
Ъ. Ръдърфорд
Ядрени реакции - видове
• Реакции, предизвикани от заредени частици
чрез обстрелване на леки ядра с αчастици !!!
4
чрез обстрелване с протони
1
1
2
He
два пъти по- малки сили на отблъскване
ускорители
H
• Реакции, предизвикани от неутрони
1
0
???
n
238
92
U
239
92
U
239
93
Np
0
1
~
e
Ядрени реакции - закони
Пример:
4
2
He
14
7
N
17
8
O H
1
1
Закон за запазване на електричния заряд
Z 2 79
преди реакцията
Z 819
след реакцията
Закон за запазване на масовото число
А 4 14 18
преди реакцията
А 17 1 18
след реакцията
Закон за запазване на енергията
Делене на ядрата на урана
• Същност- ядрени реакции, при които тежки ядра се
разцепват на две по- леки и се отделя енергия
• Откриване - 1938г.
В началото на 1939 г.
Лизе Майтнер и Фриш
изказват предположението,че под действието
на
бавни
неутрони ядрото на
урана се разцепва на
две части с различни
маси.
Ото Хан
Фриц Щрасман
Делене на ядрата на урана
механизъм
начин на записване
1
0
n
235
92
U X Y неутрони
примери
1
0
n
235
92
U
141
56
1
0
n
235
92
U
140
54
1
0
n
235
92
U
условия
132
50
Ba
92
36
Xe
94
38
Sn
101
42
Kr 3 0 n
1
Sr 2 0 n
1
Mo 3 0 n
1
Защо при делене на ядрата на
урана се отделя енергия ???
• продуктите
на
си
делене Даимат
поприпомним!!!
голяма
специфична
енергия (с ≈ 1 MeV
повече)
m обща
продукти
m ядрото
E m .c
≈ 200 MeV
2
на урана
Какво превръщане на енергията
се осъществява?
Част от
енергията на
покой на урана
Вътрешна
енергия на
околната среда
Кинетична
енергия на
продуктите на
делене
Верижна реакция
самоподдържащ се процес на делене на ядрата на урана
Условия:
Критична маса
Обогатен уран – 3 - 4 %
235
92
Природен уран –
99,3 % 238 U и 0,7 %
92
235
92
U
Ако масата на урана е равна на критичната маса –
управляема верижна реакция
Ако масата на урана е по- голяма от критичната маса –
неуправляема верижна реакция - взрив
Критичната маса може да се намалява, ако се използват:
забавители на неутроните;
отражатели на неутрони – напр. берилий;
обогатен уран.
U
Ядрен взрив
На 2 Август 1939 година Алберт На
Айнщайн
написва1945
писмо г.до
6 август
американския президент Франклин
Рузвелт. То на
гласяло:
бомбардировач
САЩ,
16 юли 1945г.- първата
"В продължение на последните
четири месеца,
чрез
намиращ
се
над
бомба е от плутониев тип
работата на Жулио във Франция
и Фермив и Япония,
Цилард в
Хирошима
и е взривена при опитни
Америка, стана възможно да пуска
правим
принудени
ядрени
върху
града
условия в Аламагордо в
реакции с голяма маса уран... атомна
Това ново
откритие
може
бомба,
наречена
Ню Мексико, САЩ
доведе до направата на бомби...„Малкото
Една единствена
момче". бомба от
този вид, пренесена на кораб и взривена в пристанище би
могла да разруши цялото пристанище заедно с част от
околните територии." Той искал от Рузвелт незабавно да
започне ядрена програма.
"Аз направих най-голямата грешка в живота си, когато
написах писмото до президента Рузвелт, в което препоръчвах да се направи атомна бомба.""Камъкът от Хирошима"
Ядрен реактор
малко
история
Енрико Ферми – 1942 г. САЩ
През декември 1942 година в Чикаго
итал. физик Енрико Ферми успява за
получи първата верижна ядрена
реакция. Това било постигнато с
няколко бучки уран, пръснати в
голяма маса графит, т.е. е бил от
ураново- графитен тип и е работел с
топлинни
неутрони.
Той
имал
мощност едва половин ват.
Ядрен реактор
устройство
Всеки ядрен реактор се състои от следните части :
- активна зона с ядрено гориво и забавящо устройство
- отражател на неутроните, обкръжаващ активната зона
- преносител на топлина (работно тяло)
- система за регулиране на верижната реакция, включваща
аварийна защита (Система за управление и защита - СУЗ)
- радиационна(биологична) защита
- система за дистанционно управление
Основна характеристика на всеки реактор, е неговата изходна
мощност. Мощност от 1 MW съответства на верижна
реакция, при която за 1 секунда протичат 3х1016 деления.
Ядрен реактор
принцип на действие
АЕЦ “Козлодуй”
Официалното
откриване на вАЕЦ
„Козлодуй”
е на 04.09.
1974 г.
Атомната електроцентрала
Козлодуй
е първата
атомна
BBEР
- активна
зона
с ядрено
гориво
– обогатен
уран
На
24 октомври
1974 г.и
първи
блок достига
100%
мощност.
централа
в България
в Югоизточна
Европа.
(пресован уранов диоксид)
- забавящо устройство- тежка вода
- отражател на неутроните, обкръжаващ
активната зона
- преносител на топлина (работно тяло) – тежка
вода под голямо налягане
- система за регулиране на верижната реакция,
включваща аварийна защита (Система за
управление и защита - СУЗ)- подвижни пръти
от бор или кадмий
- радиационна(биологична) защита- оловен
(стоманен); кадмиев (воден) и бетонен блок
- система за дистанционно управление
В началото на 21 век конюнктурата се променя.
- Очертава се
необратим
недостиг на
петрол.
В Азия и
Далечния изток
се строят
десетки блокове
- Няма и не се
очакват
сериозни
алтернат.
източници.
САЩ обявяват
повишаване на
инсталираните
ядрени
мощности.
Ядрената енергия
отново излиза
на сцената.
Създава се интернац.
консорциум за създаване
на реактор ІV поколение
GEN IV
Започват да се
проявяват
ефектите от глоб.
затопляне всл.
масовото изп. на
орг. източници
Европейски
съюз
преоценява
позицията си
ОПАЗВАНЕТО НА ОКОЛНАТА
СРЕДА И АЕЦ “КОЗЛОДУЙ”
При изгаряне на въглища и нефт ежегодно се
Цени на
на различни
електроенергията
от на
Принос
източници
Знаете
образуват до
400 млн.
тона серни
и азотни
електропроизводствените
оказващи на
оксиди, т.е. околорадиоактивност,
70 кг. вредни вещества
ли, че:
предприятия
в България
влияние
върху
човека
всеки жител на
Земята
годишно.
Предприятие
Цени в
Среда/
дейност
Процент
лв/
Атмосфера
52
%
Само
през 2002
година АЕЦ “Козлодуй”
е произвела
20 222
млрд.
килоMWh
Резултати
от радиационния
контрол
на околната
среда
вата електроенергия (47,4% от произведената
в България електроенерСгради
14
%
Радиационният гама-фон в санитарно защитната
зона и 30 километроваАЕЦ
„Козлодуй”
14,91
гия) и е спестила на околната среда вредното въздействие на над 29
та зона на наблюдения е със стойности,Храна
характерни за естествения
фон в
12
%
ТЕЦ
„Марица-3”
46,78
милиона тона въглероден диоксид, 1,3 млн. тона серен диоксисд, 82 хил.
региона. Получените резултати са в 34 диапазона 0,10 до 0,15 микротона азотни оксиди и 54 хил. тона
прах,съдържащ
естествена
медицина
11,34
%
ТЕЦче„Марицаизток 2”между
33,13
сиверта на час. Тези резултати показват,
няма разлика
измерадиоактивност.
рените дози на оградата на площадката
и тези
от
по-големите 10
населени
Космично
лъчение
%
ТЕЦ
„Варна”
42,39
места. Например в София и нейните околности
те са
20 микросиверта
на
ТЕЦ „Бобов
48,54
Източници
отдол”
0,6
%
час, в Пловдив, Пазарджик, Кърджали и Смолян - 25 микросиверта.
различна природа
ВЕЦ
42,39
Данните са съизмерими с тези от предходни
години и предпусковия
АЕЦ
Вятърни ЕЦ
120,00
период. Отсъстват тенденции за радиоактивно
замърсяване на0,1
р. %
Дунав
от експлоатацията на АЕЦ.
УНИКАЛНА СНИМКА ОТ
ХЕЛИКОПТЕР НА
РАЗРУШЕНИЯ БЛОК NO 4
НЕПОСРЕДСТВЕНО СЛЕД
Съркофагът
АВАРИЯТА.
ПАНОРАМЕН ИЗГЛЕД ОТ АЕЦ
Чернобил
1986 г.
“ЧЕРНОБИЛ” СЛЕД АВАРИЯТА
Какво наистина представлява атомната централа?
Предимства
1. Мощен, ефективен и екологичен източник на
електроенергия;
2. Атомната централа е своеобразен гарант на националната сигурност и суверенитет на страната;
3. Атомните централи осигуряват екологичното
равновесие в национален и планетарен мащаб.
Недостатъците
1. Радиоактивни отпадъци и отработено ядрено гориво.
2. Извеждане от експлоатация
3. Риск от тежка авария
Други приложения на ядрената
енергия
Първата атомна подводница „Наутилус" (САЩ) е
построена специално за целите на американския флот.
Руски атомни ледоразбивачи
През 1958 г. тя преплава от Тихия до Атлантическия океан
Руски сателит с ядрен реактор
под арктическите ледове.
Отговорете на следните въпроси
• Защо протоните проникват в ядрата по- лесно от αчастиците ?
• Защо исатоплинните
неутрони
предизвикват
ядрени
Протоните
положително заредени
частици
с големина на заряда
1,6.10-6С,
т.е.реакции
те имат 2 пъти
? по- малък заряд от този на алфа- частиците. Следователно ще изпитват 2 пъти по- слаби сили на отблъкване. А също се ускоряват
•много
Защо
при
урана
освобождава
енергия
?
Неутроните
няматделенето
електричен на
заряд
и не сесе
отблъскват
от ядрата.
Затова дори
по- лесно.
нискоенергетичните неутрони проникват в ядрата и предизвикват ядрени
• При какви
условия
е възможно
възникне
верижно
Специфичната
енергия
на връзката
за ядротода
на урана
и другите
тежки елеменреакции.
ти еделение
по-малка, отколкото
за ядрата
на протече
елементите
от средата
таблицата
на урана
? За да
верижна
ядренанареакция,
е на
Менделеев, които се получават необходимо
при деленетоброят
на тежките
ядра. Етокоито
защоза
при
на неутроните,
делене
на тежко ядро
суматаиотразлики
дефектите
на масата
на двете
получени
• Посочете
прилики
между
атомната
бомба
ислед
единица
време
предизвикват
деления
на ядра,
деленето
ядра ереактор?
по-голям, отколкото
него и според
формулата
на
ядрения
да непреди
бъде по-малък
от броя
на деленията,
Айнщайн се освобождава енергия
при които са били освободени.
Какви екологични
проблеми,
свързани
с използването
И в• ядрения
реактор, и в атомната
бомба
протича верижна
ядрена
на АЕЦ,
можете
посочите?
реакция.
Разликата
е, чеда
в реактора
скоростта на реакцията се
Екологичните
проблеми
при нормална
на
ядренитепри
електроцентрали
управлява,
като
контроли-рана
частработа
от се
освобождаваните
неутрони
се са
• Определете
колко
неутрона
отделят
следната
свързани
св
пазенето
и преработването
на отработеното
гориво,
както
и с пазенепоглъщат
подходящи
вещества,
без
да
предизвикват
нови
деления,
ав
1
235
140
94
реакция:
то
на радиоактивните
всички
материали,
n 92т.е.
U на
Xe
взривообразно.
Srкоито
са станали
бомбата
реакцията еотпадъци,
и протича
0неуправляема
54
38
радиоактивни по време на експлоатация на реакторите.
Решете следната задача:
Задача: Намерете освободената енергия при делене на 1 ядро уран
235
92
1
0
U в реакцията
n
235
92
U
140
58
Ce
масата на ядрото на
масата
на
1
0
Zr 2 0 n
1
U е m 1 235 , 0439 u
n е m 2 1, 00876 u
масата на ядрото на
масата на ядрото на
Решение:
235
92
94
40
E m .c
140
58
94
40
Ce е m 3 139 ,9054 u
Zr е m 4 93 ,9063 u
2
Масовият дефект определяме по следния начин:
m m 1 m 2 m 3 m 4 2m 2
m 235 , 0439 1 . 00876 u 139 , 9054 93 , 9063 2 . 1, 008776 u 0 , 224 u
MeV
2
E m .c 0 , 224 u . 931 ,5
209 MeV ,където c 2 931 . 5 MeV / u
u
Изводи
1. Ядрените реакции могат да протичат или с отделяне на
енергия или с поглъщане:
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се отделя;
Ако m изходни ядра m получени ядра и частици
енергия се поглъща.
2. Ядрената реакция на делене на тежки ядра е енергетически изгодна, тъй като специфичната енергия на връзката
при тях е с около 1 MeV по- малка от тази за елементите в
средата на периодичната система;
3. Процесът на делене на ядрото на уран е по- вероятен
при удар с топлинен неутрон;
4. При делене на урана се отделя колосална енергия ≈ 200
MeV - при пълно делене на 1 kg уран - 8,3.1010J;
5. Реакцията на делене е възможно да стане верижна;
6. Устройството, в което се поддържа управляема верижна
реакция, се нарича ядрен реактор.