Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: VIII Liceum Ogólnokształcące im. Adama Mickiewicza w Poznaniu ID grupy: 97_94_MF_G1 Opiekun: Wiesława Wolniak Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Czy boimy się elektrowni atomowych? Semestr/rok szkolny: Semestr III 2010/2011

Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych im. gen. Władysława Andersa w Złocieńcu ID grupy: 97/37_mf_g1 Opiekun: Andrzej Pokrzywnicki Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Czy boimy się elektrowni atomowych? Semestr/rok szkolny: Semestr III 2010/2011

ELEKTROWNIA ATOMOWA

Elektrownia jądrowa obiekt przemysłowo -energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop 235U), w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej, jest otrzymywane z reaktora jądrowego. Schemat cieplny elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym. 1. Blok reaktora 2. Komin chłodzący 3. Reaktor 4. Pręty kontrolne 5. Zbiornik wyrównawczy ciśnienia 6. Generator pary 7. Zbiornik paliwa 8. Turbina 9. Prądnica 10. Transformator 11. Skraplacz 12. Stan gazowy 13. Stan ciekły 14. Powietrze 15. Wilgotne powietrze 16. Rzeka 17. Układ chłodzenia 18. I obieg 19. II obieg 20. Para wodna 21. Pompa

BUDOWA ELEKTROWNI ATOMOWEJ 1. Obudowa zabezpieczająca jest głównym elementem konstrukcji zapobiegającym przedostawaniu się do środowiska radioaktywnych gazów i pyłów. Jest to szczelna powłoka otaczająca reaktor i cały układ chłodzenia. Jej wytrzymałość jest obliczona na największe możliwe awaryjne ciśnienie. 2. Budynek maszynowni - w nim znajduje się turbina, generator oraz transformator. 3. Chłodnia kominowa - produkcja energii elektrycznej niesie ze sobą powstawanie pewnej ilości ciepła, która nie zostaje wykorzystana. W tej części elektrowni ciepło to jest odprowadzane. Aby to zrealizować para, która oddała użyteczną energię i wykonała pracę w turbinie, kierowana jest do tzw. skraplacza. Tam następuje jej kondensacja (do tego celu wykorzystuje się wodę chodzącą) i ponowne skierowanie do obiegu w postaci wody zasilającej. 4. Basen magazynujący wypalone paliwo 5. Reaktor - najważniejsza część elektrowni, urządzenie w którym dochodzi do wytworzenia kontrolowanej reakcji łańcuchowej ( ciągłe pozyskiwanie energii z rozpadów jąder atomów).

BUDOWA ELEKTROWNI ATOMOWEJ 6. Turbina - to urządzenie służy do przetwarzania energii jąder atomowych na energię mechaniczną. 7. Zbiornik magazynujący wodę zasilającą. 8. Rurociągi, w których płynie woda chłodząca. 9. Generator jest urządzeniem, w którym energia mechaniczna, jaką wytworzono w turbinie przetwarzana jest na najbardziej użyteczną dla człowieka formę energii - energię elektryczną. Szybkie obracanie się elektromagnesu przymocowanego do wała powoduje wytwarzanie prądu w uzwojeniu będącym częścią generatora. 10. Transformator jest urządzeniem, które umożliwia takie przetworzenie energii wytworzonej w generatorze, aby możliwe było jej przetransportowanie na znaczne odległości do odbiorcy. Realizuje się to przez podwyższenie napięcia prądu w transformatorze należącym do elektrowni.

Kiedy w latach pięćdziesiątych powstawały pierwsze elektrownie atomowe wydawało się, że ludzkość uzyskała dostęp do ogromnych ilości czystej, bezpiecznej i stosunkowo taniej energii. Z 1kg najczęściej używanego paliwa jądrowego (235 U), można uzyskać tyle energii elektrycznej, co z 3000 ton węgla lub 1600 ton benzyny. Obecnie energetyka jądrowa budzi jednak wiele wątpliwości zarówno natury ekologicznej jak i ekonomicznej, jednak w obliczu wyczerpywania się zasobów surowców kopalnych może okazać się jedynym środkiem łagodzącym nieuchronne kryzysy energetyczne.

WADY WYKORZYSTANIA ENERGII ATOMOWEJ długi czas trwania budowy elektrowni atomowej przy produkcji niebezpiecznych odpadów radioaktywnych pojawia się niebezpieczeństwo ich składowania i przechowywania niebezpieczeństwo awarii elektrowni jądrowych – przy dużej ilość elektrowni jeszcze większe, katastrofa nuklearna jak w Czarnobylu byłaby wielce prawdopodobna. brak możliwości wykorzystania energii jądrowej do transportu ciężarówek, samolotów czy statków. brak możliwości wykorzystania energii jądrowej jako surowca do otrzymywania tworzyw sztucznych, nawozów i środków ochrony roślin. pojawianie się elektrowni atomowej stanowi problem i techniczny i fizyczny, i jednocześnie jest to problem nierozprzestrzeniania broni jądrowej.

ZALETY WYKORZYSTANIA ENERGII ATOMOWEJ źródło energii nie zanieczyszczające środowiska naturalnego gazami zaliczanych do gazów cieplarnianych Niezależność elektrowni od miejsc występowania surowca – możliwość ich budowania w miejscach, gdzie zajdzie taka potrzeba energia jądrowa sama jest tania, wybudowanie elektrowni jądrowej niesie ze sobą natomiast gigantyczne koszty

KATASTROFA W CZARNOBYLU 26 kwietnia 1986 doszło do popełnienia przez człowieka jednego z największych, najbardziej kosztownych i opłakanych w skutkach błędów w historii ludzkości. Wszystko zaczęło się dzień wcześniej. Zespół pracowników elektrowni szykował się do przeprowadzenia niebezpiecznego testu, który miał pokazać czy i jak długo reaktor numer 4 elektrowni atomowej w Czarnobylu jest w stanie pracować bez zasilania.

KATASTROFA W CZARNOBYLU Eksperyment rozpoczął się w nocy z 25 na 26 kwietnia około godziny pierwszej, a o godzinie 1:23 nastąpił pierwszy wybuch. Spowodował go gwałtowny wzrost mocy i temperatury po wsunięciu z powrotem prętów kontrolnych, gdy obsługa zorientowała się, że doświadczenie nie przebiega po ich myśli. Tak można po krótce opisać to, co sprawiło, że 50 tysięcy mieszkańców okolicznego miasta Pripyat (zbudowanego z myślą o pracownikach elektrowni) oraz mieszkańcy okolicznych wiosek, zostało ewakuowanych. Obecnie elektrownia i okoliczne tereny znajdują się w zamkniętej strefie o promieniu 30 kilometrów.

KATASTROFA W FOKUSZIMIE Trzęsienie ziemi o sile 9[4] stopni w skali Richtera nastąpiło 11 marca 2011 roku o 14:46 JST (5:46 UTC). Hipocentrum położone było pod dnem Oceanu Spokojnego, na głębokości 24 lub 32 km, około 130 kilometrów na wschód od wybrzeża Tōhoku, na którym znajduje się elektrownia Fukushima , wyposażona w sześć reaktorów wodnych wrzących (BWR). Tego dnia w elektrowni reaktory 1, 2 i 3 były włączone, podczas gdy reaktory 4, 5 i 6 były wyłączone z powodu okresowej kontroli. Kiedy trzęsienie zostało zarejestrowane, wszystkie pracujące reaktory zostały wyłączone.

KATASTROFA W FOKUSZIMIE Po wyłączeniu reaktorów ustał proces wytwarzania elektryczności. W normalnej sytuacji systemy kontroli i chłodzenia elektrowni zasilane są w takim przypadku z sieci zewnętrznej. Tym razem było to jednak niemożliwe z powodu uszkodzeń sieci elektrycznej, będących następstwem trzęsienia ziemi. Działające w sytuacji awaryjnej generatory prądotwórcze diesla włączyły się prawidłowo, zatrzymały się jednak nagle o 15:41, pozbawiając elektrownię zasilania prądem. Stało się tak, ponieważ, mimo zabezpieczenia elektrowni od strony morza murem oporowym, fala tsunami będąca następstwem trzęsienia ziemi przelała się górą, zalewając nisko położone pomieszczenia generatorów i niszcząc zbiorniki paliwa dla generatorów. Zgodnie z procedurami regulowanymi prawem japońskim sytuacja zagrożenia wymagała powiadomienia władz i właściciel elektrowni – Tokyo Electric Power Company (TEPCO) – uczynił to natychmiast, równocześnie ogłaszając w komunikacie prasowym "pierwszy stopień zagrożenia".

KATASTROFA W FOKUSZIMIE Po awarii generatorów diesla, systemy kontroli były zasilane przez baterie działające maksymalnie przez 8 godzin. Przekazane dodatkowo baterie z innych elektrowni atomowych dotarły po 13 godzinach. Niestety, z powodu zalania podstaw budynków, gdzie znajdowały się urządzenia umożliwiające podłączenie baterii, prace nad włączeniem za ich pomocą zasilania pomp wody chłodzących reaktory nie dały efektu do godzin popołudniowych 12 marca. Normalnie, nawet przy całkowitej utracie zasilania, operatorzy powinni być w stanie użyć ciśnienia pary wewnątrz reaktora do napędu specjalnej awaryjnej pompy chłodzenia. Jednak w systemie chłodzenia pojawił się przeciek, niezauważony przez operatorów z powodu braku zasilania większości przyrządów pomiarowych. Spowodowało to spadek poziomu wody w rdzeniu, co zaowocowało wzrostem temperatury i ciśnienia wewnątrz reaktora. O 4 nad ranem 12 marca ciśnienie osiągnęło 840 kPa (dwukrotne przekroczenie granicy bezpieczeństwa), przez co pompa nie była w stanie wtłaczać wody do reaktora.

KATASTROFA W FOKUSZIMIE

ODPADY RADIOAKTYWNE odpady stałe, ciekłe lub gazowe, zawierające substancje promieniotwórcze lub skażone tymi substancjami. Utylizacja i składowanie odpadów promieniotwórczych jest obecnie najważniejszym problemem energetyki jądrowej. Odpadami promieniotwórczymi są produkty uboczne przy produkcji oraz obróbce paliwa jądrowego. Największą część, ok 80%, stanowią odpady związane z wydobyciem rudy uranu, składowane w pobliżu kopalni jako hałdy lub zbiorniki ze szlamem tzw. tailings (ang.). Dalsze części pochodzą z elektrowni jądrowych[1], z zakładów uzdatniania zużytego paliwa jądrowego oraz z jądrowych ośrodków badawczych. Podczas procesu produkcyjnego wytwarzane są duże ilości zubożonego uranu, który może być w części wykorzystany ze względu na wysoką gęstość, np. w broni przeciwpancernej. Poza tym jest jednak traktowany jako odpad i składowany w postaci tlenku i fluorku. Ma on jednak niewielką aktywność i stanowi znikome zagrożenie. Zużyte paliwo jądrowe zawiera natomiast promieniotwórcze aktynowce i produkty rozszczepienia uranu. Substancje te mają wysoką aktywność i stanowią bardzo duże zagrożenie dla osób, które wejdą z nimi w kontakt.

ODPADY RADIOAKTYWNE Odpady promieniotwórcze powstają także przy obróbce uranu i plutonu do celów militarnych, a także przy utylizacji broni jądrowej w ramach procesu rozbrojenia. Oprócz, zużytego paliwa jądrowego z elektrowni jądrowych, odpadów powstających przy ponownym uzdatnianiu paliwa jądrowego (stanowiących najmniejszą objętościowo część odpadów promieniotwórczych) i wspomnianych już tallings, zalicza się do odpadów promieniotwórczych również inne materiały, które zostały skażone promieniotwórczo. Materiały te zostają najczęściej skażone w procesach produkcyjnych elektrowni jądrowych, w medycynie, przemyśle i w wyniku przeprowadzanych badań naukowych. Do materiałów tych zalicza się np.: strzykawki i igły stosowane w medycynie nuklearnej zdemontowane rurociągi materiały izolacyjne narzędzia i urządzenia zużyte dozymetry Praktycznie wszystkie materiały i urządzenia używane w zakładach związanych w jakikolwiek sposób z materiałami radioaktywnymi, mogą stać się odpadem promieniotwórczym.

SKŁADOWANIE ODPADÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH W Polsce istnieje obecnie jedno składowisko, Krajowe Składowisko Odpadów Promieniotwórczych w Różanie, przeznaczone dla odpadów o niewielkiej aktywności. Obecnie zużyte paliwo jądrowe o wysokiej aktywności jest w większości składowane w skałach lub kopułach solnych, położonych głębiej niż 300 metrów pod ziemią. Składowiska takie zwykle spotykają się z wielką niechęcią i protestami mieszkańców okolicznych miejscowości. Istnieje także kilka propozycji, które nie zostały do tej pory wprowadzone w życie. Należy do nich składowanie odpadów w głębokich odwiertach, w skałach granitowych 5 km pod powierzchnią ziemi. Gorący materiał radioaktywny byłby pokryty kruszywem, które topiłoby się, a następnie rekrystalizowało, zamykając odpady w skale. Inną propozycją jest transmutacja niebezpiecznych izotopów w inne, o niskiej aktywności lub o krótkim czasie życia.

SKŁADOWANIE ODPADÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH Problem składowania odpadów z elektrowni atomowych uwidacznia się wtedy, gdy uświadomimy sobie, że naturalny uran jest mieszaniną trzech długożyciowych izotopów: uranu-238 o czasie połowicznego rozpadu 4,5*109lat uranu-235 o czasie połowicznego rozpadu 7,1*108lat uranu-234 o czasie połowicznego rozpadu 2,5*105lat. Jak widać radioaktywne śmieci to nie tylko Nasz problem, nawet nie problem Naszych dzieci i wnuków, ale problem z którym mogą borykać dziesiątki następnych pokoleń ludzi… …chyba, że wcześniej padniemy ofiarą jakiejś Wojny Atomowej.

SKŁADOWANIE ODPADÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH

CZEGO BOIMY SIĘ W ZWIĄZKU Z ENERGIĄ ATOMOWĄ? poważnych awarii małych wycieków skażenia w cyklu paliwowym przechowywania odpadów