Zalety i wady energetyki jądrowej Energia atomowa - Zalety i wady energetyki jądrowej

SPIS TREŚCI Wstęp, gazetka z Temelina Co to jest energia atomowa? Budowa atomu Izotopy Reakcja rozszczepiania jądra Bomba wodorowa Energia elektryczna; plansze Wykorzystanie energi jądrowej Elektrownia jądrowa: historia, wady, zalety, bezpieczeństwo jądrowe Schemat pracy elektrowni Produkcja energii z innych źródeł energii Sposoby pozyskiwania energii a środowisko naturalne Rozmieszczenie reaktorów na świecie Występowanie i eksploratacja złóż uranu w Polsce Reaktory w Polsce a)Plany budowy elektrowni atomowej w Polsce b)Lokalizacja Zakończenie; uczestnicy projektu

Wycieczka do elektrowni atomowej oraz aktualne wydarzenia dotyczące planów budowy elektrowni jądrowej i wydobycia uranu w Polsce były inspiracją dla naszego projektu. W Instytucie Atommistyki zobaczyliśmy próbki uranu, eksponaty, modele urządzeń, makiety oraz film o budowie i pracy elektrowni w Temelinie (Czechy). Wycieczka ta dała wymierne korzyści, ponieważ zwróciło to naszą uwagę na rozwój energetyki w Polsce a w szczególności elektrowni atomowej. Czy w Polsce powstanie elektrownia atomowa? Jeśli tak, to kiedy i gdzie? Czy na Dolnym Sląsku, gdzie mieszkamy, będzie się wydobywać uran? Będziemy uważnie śledzić rozwój wydarzeń i zbierać informaje.

Co to jest energia atomowa? Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych. Energia jądrowa, energia uzyskiwana z rozszczepienia bardzo ciężkich jąder (uran, pluton, tor) lub z syntezy lekkich pierwiastków (hel, lit). W obu przypadkach uwalniana jest energia wiązania jądrowego, która ma największą wartość dla jąder o średnich masach (np. przy rozszczepieniu 1 g uranu uzyskuje się tyle energii, co przy spaleniu ponad 2 t węgla!!).

Energia jądrowa w naturze Reakcja syntezy jądrowej jest głównym źródłem energii emitowanej przez ciała niebieskie. Jest ona źródłem promieniowania Słońca i innych gwiazd. Z kolei we wnętrzu Ziemi, znajduje sie pewna ilość ciężkich pierwiastków promieniotwórczych ulegających ciągłemu rozpadowi. Energia ta, poza energią pozostałą po formowaniu się Ziemi, może być źródłem wzrostu temperatury ziemi wraz z głębokością.

Budowa atomu

Izotopy Izotopy – odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze).

Budowa atomu na wesoło

Reakcja rozszczepienia jądra

Zabłysło słońce na atolu Eniwetok - pierwsza bomba wodorowa Kiedy dnia 1 listopada 1952 roku ostatni technicy zakończyli sprawdzanie przyrządów pomiarowych i poszycia ogromnego walca o wysokości 6 metrów, porytego ołowiem i pianką poliuretanową, nikt nie przypuszczał, że cudowna wyspa Elugelab na atolu Eniwetok, wraz z wybiciem godziny 7.14, zamieni się w krater o wielkość 2 kilometrów i głębokości 50 metrów. Miliony ton skał i roślinności oraz hektolitry wody w kilka sekund zamieniły się w parę wodną i podczas pierwszych 90 sekund zostały uniesione na ok.17 tys. metrów, by po 5 minutach osiągnąć wysokość ok. 41 tys m. Oznacza to, że atomowy grzyb sięgnął aż do stratosfery. Tego dnia miała miejsce próba nowej broni. Broni, przy której wybuchy atomowych głowic z ładunkami rozszczepialnymi wydawać by się mogły strzałami z pistoletu przy armatniej salwie. Tego dnia narodziła się bomba zwana potem bombą wodorową, a miała ona dwóch ojców. „Rodzice” pochodzili z Europy wschodniej, i byli nimi: Węgier Edward Teller i Polak Stanisław Ulam. Czy wiesz że

Pierwsza bomba wodorowa Po wybuchu na atolu Eniwetok obserwatorzy i naukowcy nie mogli uwierzyć w to, co zobaczyli. Jedni gratulowali sobie sukcesu, inni stali osłupiali i patrzyli, co zostało z wysepki, na której nastąpił wybuch. Mocy, jaką osiągnęła bomba, nikt się nie spodziewał. Założenia mówiły o sile 5 megaton, ale w rzeczywistości była ona dwukrotnie większa. Nie było to ostatnie słowo w konstrukcji bomb wysokiej mocy – 1 marca 1954 roku o godzinie 6.45 czasu lokalnego w pobliżu wyspy Charlie na atolu Bikini eksplodował ładunek nazwany Cherlakiem. Zakładano, że moc wybuchu wyniesie 4 megatony, jednak o wybuchu okazało się, że miał on siłę 15 megaton. Odpowiedzialne były za to czynniki, których nie uwzględniono w obliczeniach.

Bomba wodorowa BOMBA WODOROWA- reakcja termojądrowa zachodzi w czasie wybuchu bomby wodorowej(termojądrowej). Aby powstały warunki do zapoczątkowania reakcji fuzji( łączenie się lekkich jąder w cięższe) konieczny jest najpierw wybuch bomby atomowej, która jest zapalnikiem bomby wodorowej, w celu uzyskania olbrzymiej temperatury i ciśnienia. Masa wszystkich produktów rozszczepienia jest mniejsza niż początkowa masa jądra. Brakująca masa przekształca się w energię E=m*c2 gdzie: E- powstająca energia, m-utracona masa, c- prędkość światła w próżni. Ze wzoru Einsteina wynika, ze nawet niewielka utrata masy powoduje powstanie olbrzymiej energii. Ubytek masy dotyczy wszystkich reakcji w których wydziela się energia(spalanie), ale zwykle jest tak mały, że trudno go zauważyć.

Energia elektryczna – niezbędna każdego dnia

Wykorzystanie energii jądrowej Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i jest wykorzystywana w energetyce w elektrowniach jądrowych. Najczęściej stosowanym surowcem jest uran-235. Wytwarzana w ten sposób energia wewnętrzna jest wykorzystywana do napędzania turbin generatorów energii elektrycznej. Obecnie około 7% energii zużywanej przez ludzkość w tym 15,7% energii elektrycznej jest produkowanej z energii jąder atomowych. W Stanach Zjednoczonych ok. 20%, a we Francji aż 80% energii elektrycznej pochodzi z elektrowni jądrowych. Stosowany jest również napęd atomowy (okręty podwodne, lotniskowce). Energia rozpadu promieniotwórczego służy również do zasilania aparatury pomiarowej sond kosmicznych (szczególnie tych, które penetrują peryferyjne obszary Układu Słonecznego). Od lat pięćdziesiątych XX w. trwają prace nad kontrolowanym przeprowadzeniem reakcji fuzji lekkich jąder atomowych. Mimo wielu prób, do tej pory nie udało się zbudować instalacji pozwalającej uzyskiwać użyteczną energię w sposób ciągły i stabilny na drodze fuzji jądrowej.

Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych. Do produkcji energii atomowej potrzebny jest uran, którego złoża nie są niewyczerpalne. Właśnie, dlatego energia jądrowa należy do energii nieodnawialnych. Z drugiej strony energia cieplna powstaje w reaktorach jądrowych nie wskutek spalania (jak w przypadku ropy, węgla i gazu), lecz w wyniku rozszczepienia atomu, co może ją klasyfikować, jako energię niekonwencjonalną. Elektrownie atomowe są także czystsze od elektrowni węglowych, nie zanieczyszczają one powietrza szkodliwymi gazami. Istnieje jednak problem z wielowiekowym składowaniem odpadów silnie radioaktywnych. Do ich zalet można zaliczyć niewielką powierzchnie, jaką zajmują. Wadą jest wielkość obszaru zasilanego z takiej elektrowni. W przypadku awarii, zostają pozbawieni energii elektrycznej mieszkańcy wielu regionów. Coraz lepsze urządzenia dają poczucie niezawodności i bezpieczeństwa. Katastrofy takie jak ta w Czarnobylu i w Fukushimie nie powinny się zdarzyć. Należy jednak pamiętać, w jakim świecie żyjemy i mieć na uwadze fakt, iż taki obiekt może być celem ataku terrorystycznego. Mówi się, że energia jądrowa jest tania. Tymczasem koszty inwestycyjne wielokrotnie przewyższają budowę elektrowni węglowych, a koszt wytworzenia 1kW energii jest sześciokrotnie wyższy niż w przypadku elektrowni wodnej i aż czterdziestokrotnie większy w porównaniu z kotłownią centralnego ogrzewania na biomasą. Elektrownia atomowa wygląda, więc dobrze w porównaniu z elektrownią węglową, natomiast źle w perspektywie wykorzystania energii odnawialnej.

Elektrownia jądrowa

Historia (1) Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 MW powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni atomowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami atomowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Obecnie przeciętne elektrownie mają moc ok. 1000-2000 MW.

Historia (2) Te zmiany były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem, natomiast w latach 90. na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa bloków jądrowych. Cykl projektowania i budowy elektrowni atomowej trwa około 10 lat, na liczbę uruchamianych w latach 80-tych reaktorów, wpływ miały więc decyzje podjęte najczęściej jeszcze przed awariami w wyżej wymienionych elektrowniach atomowych

Czarnobyl Blok reaktora numer 4. Cmentarzysko maszyn w Prypeć. Maszyny te brały udział w gaszeniu reaktora.

Fukushima W wyniku trzęsienia ziemi nastąpiła awaria w elektrowni atomowej.

Wady Największe kontrowersje wokół energetyki jądrowej związane są z kwestią budowy elektrowni, transportu i składowania odpadów promieniotwórczych oraz kosztów związanych z zamknięciem elektrowni i utylizacji tych odpadów. Kwestie bezpieczeństwa działania pojawiają się przy okazji awarii i wycieków, które w 2008 roku zdarzyły się w elektrowniach na Słowenii, Węgrzech i we Francji. Warto dodać, że te wycieki miały miejsce w obiegu zamkniętym elektrowni i nie spowodowały żadnego zanieczyszczenia środowiska zewnętrznego. Pojawiają się także głosy wskazujące na wyczerpywanie się złóż uranu, jednak najnowsze badania dowodzą że jego zasoby starczą na co najmniej kilkaset lat.

Zalety Największa zaletą energetyki jądrowej jest brak emisji szkodliwych dla środowiska gazów i pyłów oraz bezpieczeństwo. Energetyka jądrowa jest także najbardziej skondensowanym źródłem energii obecnie wykorzystywanym przez człowieka. Światowe zasoby materiałów rozszczepialnych pozwalałyby na pokrycie wszelkich potrzeb energetycznych ludzkości na wiele tysięcy lat. Zasoby tradycyjnych surowców energetycznych są ograniczone, już obecnie podaż ropy naftowej nie nadąża za popytem. Szacuje się, że najtańsze w eksploatacji złoża ropy są na wyczerpaniu, a wysokie koszty eksploatacji pozostałych sprawią, że już za kilkadziesiąt lat paliwa będą bardzo drogie. Kwestia czasu wyczerpania zasobów na świecie jest dyskusyjna. Tak zwane "Raporty Rzymskie" przewidywały wyczerpanie zasobów do roku 1992, ale nowe metody poszukiwania i eksploatacji odsunęły tę granicę o co najmniej 20 lat. Do 2030 przewiduje się wzrost mocy elektrowni atomowych na świecie do 473 GW (w wariancie optymistycznym nawet do 748 GW).

Bezpieczeństwo jądrowe Bezpieczeństwo jądrowe to całokształt zagadnień i działalności naukowo-techniczno-organizacyjnych związanych z zabezpieczaniem i ochroną społeczeństwa przed zagrożeniami wynikającymi, lub mogącymi wynikać, z awarii, uszkodzeń lub obecności systemów, obiektów, urządzeń i materiałów będących źródłem promieniowania radioaktywnego. Według definicji Państwowej Agencji Atomistyki bezpieczeństwo jądrowe to:Stan osiągany przez całokształt przedsięwzięć organizacyjnych i technicznych podejmowanych w celu zapobiegania zdarzeniom radiacyjnym, związanym z działalnością z materiałami jądrowymi.

Elektrownia jądrowa Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

Schemat cieplny elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym

Animowany schemat elektrowni z reaktorem wodnym wrzącym

Produkcja energii atomowej i jej perspektywy w porównaniu z innymi źródłami energii.    paliwa płynne      gaz      węgiel      źródła odnawialne      energia atomowa

Sposoby pozyskiwania energii a środowisko naturalne Elektrownie wiatrowe + W niewielkim stopniu wpływają na środowisko przyrodnicze - Turbiny szpecą krajobraz, Przyczyniają się do śmierci ptaków Ich użyteczność jest ograniczona do obszarów z silnymi, stałymi wiatrami

Hydroelektrownie + Hydroelektrownie, które nie wymagają sztucznego spiętrzania wody, wywierają niewielki wpływ na środowisko przyrodnicze Niskie koszty produkcji energii elektrycznej - Budowa nieszkodliwych ekologicznie hydroelektrowni jest możliwa tylko na terenach górskich; na innych terenach budowa elektrowni wymaga zatopienia znaczynych obszarów Tama na rzece zatrzymuje prawie wszystkie osady, co jest niekorzystnie dla roślin i zwierząt Tama jest przeszkodą nie do pokonania np. dla wędrujących łososi

Elektrownie geotermalne + W niewielkim stopniu wpływają na środowisko przyrodnicze Niskie koszty produkcji energii elektrycznej - Możliwość budowy ograniczona do obszarów, w których gorące warstwy występują na niezbyt dużych głębokościach Wysoki koszt budowy

Elektrownie słoneczne(fotoogniwa i kolektory słoneczne) + W niewielkim stopniu wpływają na środowisko przyrodnicze Są tanie w eksploatacji - Fotoogniwa Użyteczność ograniczona do obszarów silnie nasłonecznionych Kolektory Niska wydajność poza obszarami silnie nasłonecznionymi, przez co koszt instalacji zwraca się dopiero po dłuższym czasie Można je wykorzystywać tylko do ogrzewania domu i wody

Elektrownie węglowe, gazowe i na ropę naftową + Niskie koszty produkcji energi elektrycznej Wykorzystują paliwa łatwe do wydobycia i przetwarzania - Emitują CO2 (gaz cieplarniany), pyły, tlenki siarki i azotu(co przyczynia się do powstawanie kwaśnych opadów) oraz wiele innych szkodliwych związków chemicznych, w tym substancji radioaktywnych

Elektrownie atomowe + Niskie koszty produkcji energii elektrycznej Ich lokalizacja nie jest uzależniona od miejsca występowania surowca energetycznego Ogrmona wydajność( z 1kg uranu-235 pozyskuje się tyle energii, ile z 2,5 mln kg węgla kamiennego) - Wysoki koszt budowy Efektem ubocznym produkcji są odpady radioaktywne, które wymagają specjalnych metod składowania i postępowania W przypadku ataku terrorystycznego, awarii lub klęski żywiołowej stwarza groźbę skażenia substancjami radioaktywnymi

Biopaliwa(gazowe, ciekłe i stałe) + Ich produkcja w mniejszym stopniu wpływa na środowisko przyrodnicze niż wydobywanie paliw kopalnianych - Spalanie biopaliw powoduje emisje CO2 do atmosfery (podobnie jak w przypadku paliw kopalnianych) Uprawa roślin przeznaczonych na biopaliwa zajmuje duże obszary, które można by przeznaczyć pod inne uprawy

Energia jądrowa na świecie Obecnie na świecie pracuje 441 reaktorów energetycznych w 29 państwach. Udział elektrowni jądrowych w światowej produkcji energii elektrycznej wynosi obecnie ok. 14%. Pięć reaktorów jest w stanie długoterminowego wyłączenia.

Rozmieszczenie Państwa budujące pierwszy reaktor Państwa budujące nowe reaktory Państwa planujące budowę pierwszego reaktora Państwa planując budowę kolejnych reaktorów Państwa posiadające reaktory bez planów budowy lub kończące program atomowym Państwa posiadające reaktory, rozważające zakończenie programu atomowego Państwa, które zrezygnowały z programu atomowego, nie posiadające reaktorów Państwa nie posiadające reaktorów Państwa deklarujące tzw. „kraj bez atomu”

Stan elektrowni jądrowych na świecie (1) Budowa nowych (kolejnych) elektrowni Argentyna Chiny Francja Finlandia Indie Japonia Kanada Korea Południowa Pakistan Rosja Stany Zjednoczone Słowacja Plany budowy nowych (kolejnych) elektrowni Armenia Brazylia Bułgaria Czechy Gruzja Kazachstan Litwa Meksyk Polska Republika Południowej Afryki Rumunia Słowenia Szwajcaria Szwecja Tajwan Ukraina Węgry Wielka Brytania

Stan elektrowni jądrowych na świecie (2) Brak planów budowy/likwidacji Hiszpania Holandia Plany likwidacji elektrowni Belgia Niemcy (likwidacja do 2022 roku)

Występowanie i eksploatacja złóż uranu w Polsce Niezbyt wydajne złoża uranu występują w Polsce w Rudawach Janowickich (Miedziance, Kowarach), w okolicach Masywu Śnieżnika (Kletno), w Górach Świętokrzyskich oraz w górach Izerskich (Kromnów, Kopaniec), zostały one jednak w znacznym stopniu wyeksploatowane przez ZSRR do lat 50. XX wieku. W latach 60. XX w. złoża uranu odkryto w okolicach wsi Rajsk opodal Bielska Podlaskiego. Rabunkowe wydobycie rud uranu w Miedziance doprowadziło do zniszczenia i wysiedlenia miasta. W Kowarach u stóp Karkonoszy dla turystów otwarta jest sztolnia poszukiwawcza kopalni uranu, znajdująca się w sąsiedztwie byłych sztolni wydobywczych. W latach 1974 – 1989 działało w Kowarach Inhalatorium Radonowe, zamknięto je po 15 latach działalności po zawaleniu się nieeksploatowanej części kopalni stanowiącej źródło radonu. Aktualnie działa nowe inhalatorium radonowe w ramach komercyjnego Centrum Wypoczynku i Odnowy Biologicznej "Jelenia Struga", występująca tam koncentracja radonu jest bardzo niska. Jest to jedna z pięciu tego typu atrakcji na świecie. Wyrobisko Kopaliny w pobliżu Kletna jest także udostępnione do zwiedzania przez turystów.

Reaktory w Polsce Reaktor Maria – jedyny obecnie działający polski reaktor jądrowy (pierwszy polskiej produkcji) o mocy cieplnej 30 MW, uruchomiony w grudniu 1974 w Instytucie Badań Jądrowych (IBJ) w Otwocku-Świerku pod Warszawą. Obecnie reaktor zarządzany jest przez Instytut Energii Atomowej POLATOM, który został wydzielony z dawnego IBJ. Reaktor nosi imię Marii Skłodowskiej-Curie. Reaktor Ewa - pierwszy w Polsce doświadczalny reaktor jądrowy, uruchomiony 14 czerwca 1958 w Instytucie Badań Jądrowych w Otwocku-Świerku (obecnie Instytut Energii Atomowej); reaktor wyłączony w lutym 1995 z powodu braku uranu, ponownie włączony w kwietniu, po sprowadzeniu pierwiastka z Rosji, aktualnie wygaszony i zdemontowany. Nazwa była akronimem od wyrazów: eksperymentalny, wodny, atomowy. W przyszłości budynek reaktora Ewa może zostać wykorzystany do składowania wykorzystanych prętów paliwowych z reaktora Maria, ze względu na swoją konstrukcję, umożliwiającą ich bezpieczne przechowywanie.

Plany budowy elektrowni atomowej w Polsce Kluczowa dla wyboru była kwestia chłodzenia, czyli dostępności wody oraz kwestie środowiskowe i terenowe, m.in. geologiczne oraz obecne zagospodarowanie terenu. Badania przeprowadzonych przez CBOS po wydarzeniach w Japonii wykazały, że 53 proc. Polaków sprzeciwia się budowie elektrowni atomowej w naszym kraju. Na Pomorzu odsetek przeciwników energii jądrowej jest jeszcze wyższy. Tylko 26 proc. respondentów chciałoby wybudowania takiej siłowni w ich regionie. Lokalizacja PGE poinformowało o zatwierdzeniu tzw. krótkiej listy miejsc, w których mogłaby stanąć elektrownia jądrowa. Są to Żarnowiec, Choczewo i Gąski. Wszystkie miejscowości leżą na Pomorzu. Żarnowiec i Choczewo leżą na zachód od Półwyspu Helskiego, dalej wysunięte są Gąski opodal jeziora Jamno w Koszalińskiem. Rozważano 92 lokalizacje.

Nieukończony główny budynek elektrowni Żarnowiec

Uczestnicy projektu Magdalena Dziuda Mateusz Cebula Magdalena Żukowska Kamila Frontczak Klaudia Russek Angelika Serafinowicz Przemysław Wartecki Opiekun: nauczyciel chemii mgr inż. Teresa Wajs