Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 9 – Energetyka jądrowa.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 9 – Energetyka jądrowa."— Zapis prezentacji:

1 FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 9 – Energetyka jądrowa

2 Rozszczepienie Udział procentowy fragmentów rozszczepienia w zależności od liczby masowej A najbardziej prawdopodobne liczby masowe: 95 i 139, liczby atomowe: 38 i 54 liczba neutronów 0 – 8, średnio 2,5

3 Reakcja rozszczepienia rozpad - wyzwala się 5,6 MeV wyzwala się 180 MeV

4 Reakcja rozszczepienia

5

6 reakcja rozszczepienia

7

8 reakcja łańcuchowa 235 U – 0,72%

9

10 bilans energia kinetyczna jąder produktów 165 MeV energia wynoszona przez neutrony 5 MeV energia natychmiastowych kwantów 7 MeV energia rozpadów jąder promieniotwórczych 25 MeV razem 200 MeV spalanie węgla: 4 eV na atom (C + O 2 = CO 2 )

11 Reaktor jądrowy Wykorzystanie ciepła generowanego w paliwie jądrowym jest głównym celem eksploatacji reaktorów energetycznych. Główna część energii rozszczepienia - energia kinetyczna fragmentów. wzrost temperatury

12 Reaktor Z punktu widzenia skuteczności działania neutrony dzielimy na: Neutrony prędkie o energii większej niż 0,5 MeV Neutrony pośrednie o energii 0,1 eV - 0,5 MeV Neutrony termiczne o energii ok. 0,025eV Przekrój czynny na rozszczepienie przez zderzenie z neutronem maleje ze wzrostem energii neutronów.

13 Paliwo reaktora Izotop jest jedynym nuklidem występującym w stanie naturalnym w przyrodzie, który można rozszczepić neutronami termicznymi. stanowi wagowo 0,71% uranu naturalnego, resztę stanowi izotop Neutronami prędkimi można rozszczepić także jądra izotopów i. nuklidy wytwarzane z toru i uranu wzbogacanie paliwa

14 Paliwo reaktora Reakcje powielania paliwa: izotopy paliworodne izotopy rozszczepialne

15 Warunki podtrzymania reakcji: masa krytyczna spowalnianie neutronów 2 MeV 0,1 eV Kontrola reakcji: wychwyt neutronów – zahamowanie reakcji łańcuchowej.

16 Reaktor dla 235 U: dla 239 Pu: dla 233 U: termiczny (kT 0,025 eV) energia 2 MeV) Jądra X i Y rozpadają się dalej – opóźniona emisja neutronów

17 Wydajność reakcji rozszczepienia Wydajność reakcji rozszczepienia – na ile prędkich neutronów przypada 1 absorbowany powolny neutron wywołujący rozszczepienie N(235) – liczba atomów 235 U N(238) – liczba atomów 238 U f (235) – przekrój czynny na wychwyt neutronu przez 235 U prowadzący do rozszczepienia c (235) – przekrój czynny na wychwyt neutronu przez 235 U nie prowadzący do rozszczepienia

18 Wydajność reakcji rozszczepienia Jeśli zaabsorbowanych jest n neutronów, to n może spowodować rozszczepienie. Należy je spowolnić w moderatorze (jądra o małym A): H 2 O – łatwo dostępna, może absorbować neutrony, D 2 O – droga, mały przekrój czynny a na pochłanianie, może powstać radioaktywny, niebezpieczny tryt, C (grafit) – mały przekrój czynny a, tani.

19 Wydajność reakcji rozszczepienia ale… l f prędkich neutronów ucieknie, l s neutronów ucieknie po spowolnieniu, pozostanie neutronów. Nieliczne neutrony spowodują rozszczepienie zanim zostaną spowolnione, co prowadzi do współczynnika efektu prędkiego (nieco większy od 1), niektóre neutrony uzyskają energię rezonansową i zostaną pochłonięte bez rozszczepienia – współczynnik p < 1. Pozostanie neutronów powolnych. Tylko część z nich, f, zostanie zaabsorbowana przez paliwo:

20 Wydajność reakcji rozszczepienia Liczba neutronów użytecznych w procesie rozszczepienia: k - współczynnik mnożenia reaktora Dla bardzo dużego reaktora znikają czynniki związane z ucieczką neutronów: > 1 p < 1 > 1 f < 1 = 1,33 dla uranu naturalnego = 2 dla uranu wzbogaconego (5%) = 2,08 dla czystego uranu 235 U

21 Liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest równa liczbie neutronów traconych. W reaktorze zachodzi kontrolowana, samopodtrzymująca się, reakcja łańcuchowa. Liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest większa niż liczba neutronów traconych. Liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest mniejsza niż liczba neutronów traconych. Grozi wybuchem Reakcja wygasa

22 k - współczynnik mnożenia reaktora w układzie teoretycznie nieskończonym w zależności od stosunku moderator / paliwo Wydajność reakcji rozszczepienia ,5 1,0 f p = 1,0 = 1,33 k N mod /N paliwo Gdy temp. rośnie, moderator rozszerza się i N mod /N paliwo maleje. k maleje k rośnie

23 Systemy hybrydowe Bezpieczny reaktor: k < 1 Do podtrzymania reakcji potrzebne dodatkowe źródło neutronów: spallacja (kruszenie) – jądra bombardowane protonami o energii 1 GeV emitują neutrony. System złożony z reaktora i akceleratora.

24 W rdzeniu jest wytwarzana w procesie rozszczepienia jądra energia cieplna oraz strumień neutronów, niezbędny do podtrzymywania reakcji łańcuchowej. Reaktor Rdzeń: paliwo jądrowe otoczone moderatorem (spowalniaczem neutronów), z odpowiednimi kanałami przepływu czynnika chłodzącego oraz kanałami dla urządzeń sterujących Pozostałe główne elementy reaktora tworzą: reflektor neutronów, osłona termiczna, zbiornik reaktora i osłona biologiczna.

25 Reaktor jądrowy 1. Pręty paliwowe – materiał rozszczepialny 2. Moderator ( spowalnia neutrony) - grafit lub tzw. ciężka woda 3. Kanał chłodzenia - ciekły sód lub woda 4. Pręty regulacyjne (kadm pochłania neutrony - ma spowalniać lub przyspieszać reakcję)

26 Reaktor wysokotemperaturowy Hel chłodzący reaktor osiąga temperaturę C. Moc cieplna reaktora nie przekracza kilkuset MW. Przyszłość energetyki jądrowej? Mała elektrownia jądrowa - konkurencją dla elektrowni gazowej, a nie dużej elektrowni węglowej.

27 Reaktor wysokotemperaturowy Reaktor wysokotemperaturowy do produkcji wodoru W temperaturze C wodór można produkować z wody wydajnie i bez emisji CO 2 w procesach pośrednich (np. w cyklu siarkowym): 95% wodoru wytwarza się z gazu ziemnego 50% stosuje się do produkcji nawozów sztucznych 40% wykorzystują rafinerie ropy naftowej wodór – paliwo przyszłości

28 Reaktor wysokotemperaturowy Dzięki wysokiej temperaturze wydajność zamiany ciepła na pracę wynosi 45% dla elektrowni węglowych nie przekracza 40%, dla współczesnych jądrowych 35%

29 Reaktor wysokotemperaturowy przerób węgla na paliwa gazowe i płynne

30 Problem bezpieczeństwa

31

32 Reaktor wysokotemperaturowy

33

34 Hiroshima :16:02 Nagasaki bomba atomowa

35 Synteza jądrowa

36 d + d 3 2 He + n (+3,25 MeV) d + d 3 1 H + p (+4,03 MeV) d H 4 2 He + n (+17,6 MeV) Synteza jądrowa Bariera kulombowska wymaga nadania deuteronom energii kinetycznej Ek 0,01 MeV (T = 10 9 K) Domieszka deuteru w wodorze: 0,015% Tryt wytwarzany bombardowaniem neutronami litu (płaszcz litu otaczający plazmę)

37 Produkcja litu

38 R eakcja termojądrowa T 10 9 K Przy temperaturze T 10 7 K jest całkowicie zjonizowana plazma D + Li U trotyl kontrolowana synteza jądrowa? Synteza jądrowa

39 tokamak pole toroidalne pole poloidalne pole typu tokamak – pułapka magnetyczna тороидальная камера в магнитных катушках I.Tamm, A.Sakharov uzwojenie linie pola magn.

40 tokamak

41 ITER

42 – Atol Enewetak Ivy Mike

43 docid= Atol Bikini , Castle Bravo, 15 Mton


Pobierz ppt "FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 9 – Energetyka jądrowa."

Podobne prezentacje


Reklamy Google