ENERGETYKA JĄDROWA TADEUSZ HILCZER

Plan wykładu

4.Rozszczepienie ciężkich jąder 5.Fuzja lekkich jąder Plan wykładu 1.Wstęp 2.Historia 3.Nukleosynteza 4.Rozszczepienie ciężkich jąder 5.Fuzja lekkich jąder 6.Energetyka jądrowa 7.Reaktory jądrowe 8.Reaktory jądrowe energetyczne 9.Bezpieczeństwo energetyki jądrowej 10.Reaktory jądrowe naturalne 11.Układy podkrytyczne 12.Odpady i ich utylizacja 13.Broń jądrowa Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Wstęp

Energia jądra atomowego Jądro atomowe jest w warunkach ziemskich największą składnicą energii Energia jądra atomowego została wykorzystana do wzbogacenia ogólnego bilansu energetycznego świata ale niestety również do produkcji broni jądrowej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energia jądra atomowego Jednostką energii jest dżul Energia na poziomie atomowym jest mała w porównaniu z energią 1 dżula stosuje się jednostkę energii (pozaukładową) elektronowolt (eV) 1 eV = 1.610-19 J (160 aJ) Energia wybuchu bomby jądrowej jest olbrzymia w porównaniu z energią 1 dżula tona TNT (tTNT) (energia wydzielana przy wybuchu jednej tony materiału wybuchowego TNT) 1 tona TNT = 4109 J (4 GJ) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Gęstość energii jadra atomowego jest niewyobrażalnie wielka. Gęstość energii mechanicznej np. sprężystej, zawarta w najlepszej stali jest rzędu 103 Jm-3 1000 Jm-3 Gęstość energii wiązania wszystkich elektronów w ciężkim atomie jest rzędu 1016 Jm-3 10000000000000000 Jm-3 Gęstość energii wiązania wszystkich nukleonów w ciężkim jądrze atomowym jest rzędu 1032 Jm-3 100000000000000000000000000000000 Jm-3 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Źródła energii Najdawniejszym źródłem energii, z której korzystał człowiek było ciepło ze Słońca. Odkrycie ognia pozwoliło na wyzwolenie energii cieplnej z roślin, głównie z drewna, które było podstawowym paliwem przez całe tysiąclecia. Praktyczne zastosowanie paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa naftowa, nastąpiło dopiero w XIX w a drewno straciło swoje znaczenie. Zapotrzebowanie na energię cieplną gwałtownie wzrosło, gdyż obok potrzeb grzewczych pojawiły się maszyny zamieniające ciepło na pracę. W XX wieku intensywny wzrost przemysłu i motoryzacji spowodował skokowe zapotrzebowanie na nośniki energii. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Zapotrzebowanie na energię elektryczną wszędzie rośnie. Energia elektryczna Obok węgla i ropy naftowej coraz większe znaczenie zyskuje gaz, a maszyna parowa jest zastępowana przez silniki spalinowe i elektryczne. Zapotrzebowanie na energię elektryczną wszędzie rośnie. Obecnie produkcja energii elektrycznej (liczonej na głowę mieszkańca) jest jednym z podstawowych wskaźników określających poziom rozwoju społeczeństwa. Wzrost zużycia energii elektrycznej na świecie jest znacznie szybszy niż przyrost naturalny ludności. W krajach rozwiniętych udział energii elektrycznej w energii finalnej wzrasta coraz szybciej. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energia elektryczna Wzrost produkcji energii elektrycznej w latach 1980-1990 wynosił średnio rocznie we Francji 5.0%, w Szwecji 4.3%, w Japonii 4.0%, w Norwegii 3.8%, w USA 2.8%, w Niemczech 1.6%, w Wielkiej Brytanii 1.1%. Średnio na świecie - 3.65%, w latach 1980-1984 - 3.4% w latach 1985-1990 - 3.9%. Przy ustabilizowanym wzroście (3.5% rocznie) wszystkie kraje świata w 2010 roku będą zużywały o 70% więcej energii elektrycznej niż obecnie. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energia elektryczna W roku 2000 zużycie energii elektrycznej było rzędu 40109 MWh, (dziesięciokrotnie więcej niż w roku 1970). Na wyprodukowanie takiej ilości energii potrzebne są olbrzymie ilości paliw kopalnych. Zapasy paliw kopalnych (trudne do oszacowania - odkrywanie nowych złóż i stosowania nowych technologii) powinny zaspokoić ludzkość przez następne 100 lat. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Naturalne nośniki energii Wykorzystanie innych naturalnych nośników energii jest stosunkowo trudne. Potencjał energii wodnej, równoważny mocy elektrycznej 3106MW, jest wykorzystywany zaledwie w kilkunastu procentach. Energia słoneczna, mimo swej ogromnej wielkości ma bardzo małą gęstość powierzchniową. Może być wykorzystywana jedynie z przerwami i nie jest atrakcyjna pod względem ekonomicznym w najbliższej przyszłości. Energia geotermiczna i pływowa jest stosunkowo mała i dostępna jedynie w niektórych rejonach świata. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energia jądra atomowego Potrzeby energetyczne świata może zabezpieczyć jedynie energia jądra atomowego. Obecnie w elektrowniach jądrowych wykorzystuje się niewielką część energii zawartą w nośniku. Przewiduje się, że postęp technologiczny pozwoli na wykorzystanie energii nośnika w ponad 50%. Zmniejszy się zużycie nośnika przypadającą na jednostkę energetyczną a tym samym poprawi bilans energetyczny. Przy normalnej eksploatacji elektrownia jądrowa stanowi małe zagrożenie ekologiczne, które pod wielu względami jest mniejsze od zagrożenia ekologicznego elektrowni konwencjonalnych. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Elektrownia konwencjonalna Wytwornica pary Turbogenerator Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Elektrownia jądrowa Elektrownia jądrowa Turbogenerator Osłona Wytwornica pary Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Plusy energetyki jądrowej Nie produkuje CO2 i SO2 (może stanowić rozwiązanie problemu cieplarnianego i kwaśnych deszczy) Mały koszt paliwa (około 10% całkowitego kosztu energii) w elektrowniach węglowych i olejowych koszt ten wynosi około 65% Możliwość częściowego odzysku paliwa przerabianie wypalonych prętów ekstrakcja uranu i plutonu. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Minusy energetyki jądrowej Zasoby uranu wystarczą na około 100 lat Odpady radioaktywne w przypadku wtórnego odzysku około 3% pierwotnej masy paliwa promieniotwórcze przez tysiące lat, Produkcja plutonu możliwość zwiększenia liczby krajów mających dostęp do broni jądrowej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

źródła energii w elektrowniach jądrowych, Energetyka jądrowa Reaktory jądrowe, budowane od ponad 30 lat, znalazły zastosowanie jako: źródła energii w elektrowniach jądrowych, źródła energii w siłowniach okrętowych, silne źródła neutronów, silne źródła promieniowania g, urządzenia do produkcji izotopów promieniotwórczych, ... . Z 1 kg uranu można otrzymać energię około 8,21010 kJ (2,2 107kWh) Do uzyskania takiej ilości energii trzeba spalić około 3000 t węgla. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Udział energetyki jądrowej W końcu XX wieku na świecie było czynnych 436 reaktorów jądrowych energetycznych o łącznej mocy około 350 GW(e). Udział elektrowni jądrowych w światowym bilansie energii elektrycznej wynosił około 17%, W 19 krajach udział ten przekracza 20%. W Europie Zachodniej pracowało 151 reaktorów, w Europie Środkowej i Wschodniej - 70 reaktorów. Udział energetyki jądrowej w produkcji energii elektrycznej: Francja, Litwa - około 75%, Belgia - około 58%, Szwecja, Ukraina, Słowacja - około 47%, Słowenia - około 44%, Szwajcaria, Bułgaria - około 41%, Węgry - około 36%. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Udział energetyki jądrowej W Ameryce Północnej pracowało 118 reaktorów. Udział w zapotrzebowaniu na energię elektryczną był w USA ok. 19% i w Kanadzie ok. 12%. Stale rośnie udział energetyki jądrowej w bilansie energetycznym na Dalekim Wschodzie, gdzie pracuje 90 reaktorów. Udział w produkcji energii elektrycznej w Republice Korei wynosi ok. 43% i w Japonii ok. 36%. W całej Federacji Rosyjskiej 29 reaktorów jądrowych dostarczyło około 13% energii elektrycznej, w części europejskiej udział był powyżej 20%. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Elektrownie jądrowe w Europie Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Elektrownie jądrowe na świecie Moc elektrowni jądrowych na świecie od roku 1950 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energetyka jądrowa w Polsce W Polsce w latach 80 rozpoczęto budowę elektrowni jądrowej w Żarnowcu. Miały być zainstalowane cztery reaktory typu WWER-440 o łącznej mocy około 1750 MW(e). Kolejna elektrownia jądrowa, z czterema reaktorami typu WWER-1000 o mocy 4000 MW(e), miała być zlokalizowana w Klempiczu w Wielkopolsce. W 1990 roku podjęto uchwałę o zaniechaniu polskiego programu energetyki jądrowej „gdyż w Polsce jest nadprodukcja energii elektrycznej, której ponad 97% pochodzi ze spalania węgla”. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Elektrownie jądrowe wokół Polski W w promieniu do około 310 km od granic Polski pracuje 11 elektrowni jądrowych, łącznie 29 bloków energetycznych 22 bloki z wodnymi reaktorami ćiśnieniowymi WWER 6 bloków z wodnymi reaktorami wrzącymi BWR 1 blok z reaktorem kanałowym RBMK łączna zainstalowana moc elektryczna około 20 GW(e). Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Elektrownie jądrowe wokół Polski Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energetyka jądrowa w Polsce Strategiczne programy rozwoju energetyki nie wykluczają w przyszłości włączenia energetyki jądrowej po roku 2020 . Do tego czasu prognozowany wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną ma wzrosnąć o 66% i ma być zaspokojony przez rozwój elektrowni węglowych. W roku 2007 podpisano umowę o znacznym udziale Polski w budowie nowej elektrowni jądrowej na Litwie w Igalinie W roku 2008 zapowiedziano budowę dwu elektrowni jądrowych w Polsce Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energetyka jądrowa a broń jądrowa Energetyka jądrowa oraz militarne zastosowania energii jądrowej wykorzystują jedynie ten sam fizyczny proces rozszczepienia ciężkich jąder. Społeczeństwo z energetyką jądrową kojarzy: bomby jądrowe, które zniszczyły Hiroszimę i Nagasaki, próbne wybuchy bomb jądrowych, poligony jądrowe. Społeczeństwo nie widzi różnicy między: paliwem jądrowym reaktorów energetycznych wzbogacenie w rozszczepialny 235U rzędu kilku procent, materiałem bomb jądrowych wzbogacenie w rozszczepialny 235U powyżej 90%, W naturalnym uranie 235U jest tylko 0.7%. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energetyka jądrowa a broń jądrowa Militarne zastosowanie energii jądrowej jest odpowiedzialne za promieniotwórcze skażenia środowiska: wywołane próbnymi wybuchami jądrowymi towarzyszące wydobywaniu plutonu z paliwa reaktorów wojskowych. W reaktorze jądrowym ze względu na małe wzbogacenie paliwa jądrowego w rozszczepialny 235U. nie może nastąpić wybuch jądrowy. łańcuchowa reakcja rozszczepienia nie może rozwinąć się jak w bombie jądrowej. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

W reaktorze jądrowym wybuchu jądrowego nie może wywołać: Awaria reaktora W reaktorze jądrowym wybuchu jądrowego nie może wywołać: żadna zmiany konfiguracji elementów paliwowych, żadna akcja terrorystyczna, żadna katastrofa naturalna (trzęsienie ziemi, huragan, ...) żadna katastrofa niszcząca rdzeń reaktora. Jest to sprzeczne z prawami fizyki. Zdarzają się jednak awarie reaktorów energetycznych, najgroźniejsza - uszkodzeniu rdzenie reaktora, może doprowadzić do wydostania się substancji promieniotwórczych do otoczenia. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w Three Mile Island w Pensylwanii w marcu 1979 roku Awaria reaktora Do zniszczenia rdzenia reaktora w elektrowniach jądrowych doprowadziły awarie: w Three Mile Island w Pensylwanii w marcu 1979 roku reaktor wodny PWR z obudową bezpieczeństwa w Czarnobylu na Ukrainie w kwietniu 1986 roku reaktor grafitowy RBMK bez obudowy bezpieczeństwa był nie tylko reaktorem energetycznym, ale również miał wytwarzać pluton dla celów militarnych. W obu awariach na skutek uszkodzenia pierwotnego obiegu chłodzenia został stopiony rdzeń reaktora. Porównanie obu awarii pokazuje, że energetyka jądrowa z reaktorami wodnymi typu PWR jest bezpieczna. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Awaria reaktora – Three Mile Island W Three Mile Island pracował reaktor typu PWR, w którym spowalniaczem była woda, reaktor miał obudowę bezpieczeństwa. Pomimo, że rdzeń reaktora został całkowicie zniszczony: nie doszło do rozerwania obudowy przez parę wodną, nie nastąpił wybuch wodoru, wodór wydzielił się w wyniku reakcji z wodą cyrkonowych koszulek paliwa rozgrzanych do wysokiej temperatury. Trzech operatorów otrzymało dawki w 31-38 mSv, 12 osób obsługi podwyższone dawki nie przekraczające 10 mSv. Awaria nie zagroziła okolicznym mieszkańcom. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Awaria reaktora – Czarnobyl W Czarnobylu pracował reaktor typu RBMK, w którym spowalniaczem był grafit, reaktor nie miał obudowy bezpieczeństwa. Zniszczenie rdzenia reaktora spowodowało pożar 1500 t grafitu i wybuch chemiczny. Pożar i wybuch chemiczny spowodowały: wyrzucenie do atmosfery ponad 1.9 x 1018 Bq substancji promieniotwórczych skażenie radioaktywne dużych terenów Ukrainy i Białorusi ewakuacja około 200 tys. mieszkańców, skażenie atmosfery wykrywalne we wszystkich krajach Europy. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Czarnobyl – elektrownia jądrowa Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

uruchomiły się systemy alarmowe, Czarnobyl Czwarty reaktor elektrowni w Czarnobylu eksplodował 26 kwietnia 1986 o godzinie 1:24 miejscowego czasu, Dwa dni później detektory w Ośrodku Atomistyki w Świerku pod Warszawą zarejestrowały podwyższoną radioaktywność, uruchomiły się systemy alarmowe, na ekranach spektrometrów do identyfikacji radioizotopów pojawiły się intensywne linie promieniotwórczych izotopów jodu i cezu, co jednoznacznie świadczyło o zaistnieniu dużej awarii reaktorowej, Sprawdzono urządzenia w Świerku - stwierdzono, że skażenie pochodzi z zewnątrz, Telefony były odcięte - podobno na polecenie sekretarza POP PZPR. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Czarnobyl – reaktor 4 po awarii Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Czarnobyl Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

Energetyka jądrowa Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny