ENERGETYKA JĄDROWA TADEUSZ HILCZER.

Prezentacja na temat: "ENERGETYKA JĄDROWA TADEUSZ HILCZER."— Zapis prezentacji:

1 ENERGETYKA JĄDROWA TADEUSZ HILCZER

2 Historia

3 Wstęp Historia energetyki jądrowej jest związana z rozwojem fizyki jądrowej pierwszej połowy XX wieku. Wybuch II Wojny Światowej spowodował, że olbrzymi wysiłek umysłu oraz olbrzymie środki materialne zostały skierowane na zastosowanie militarne energii jądrowej. W pracach badawczych i teoretycznych brali udział praktycznie wszyscy wybitni fizycy tego okresu, w tym prawie wszyscy laureaci Nagrody Nobla. Właściwy rozwój energetyki jądrowej nastąpił dopiero w drugiej połowie XX wieku. Do rozwoju przyczyniło się doświadczenie zdobyte przy opracowaniu zastosowań militarnych. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

4 Albert Einstein (1879-1955) – NN 1921
Niemcy E = mc2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

5 Teoria budowy atomu wodoru
Niels Bohr ( ) – NN 1922 Wielka Brytania Teoria budowy atomu wodoru Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

6 1919

7 Ernest Rutherford (1871-1937) – NN 1908
Wielka Brytania Zrealizował pierwsze sztuczne rozbicie jądra azotu za pomocą cząstki  Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

8 Rozbicie jądra azotu „...Musimy dojść do wniosku, że atom azotu zostaje rozbity pod wpływem wielkich sił, które pojawiają się podczas zderzenia z szybka częstą a i że atom wodoru, który się uwalnia, był składnikiem jądra azotu...” E. Rutherford, Phil.Mag. 37, 581 (1919) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

9 W pracowni Rutherforda
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

10 W pracowni Rutherforda
raz raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

11 W pracowni Rutherforda
dwa dwa raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

12 W pracowni Rutherforda
trzy trzy Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

13 W pracowni Rutherforda
sto sto raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

14 W pracowni Rutherforda
dosyć, więcej nie mogę raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

15 W pracowni Rutherforda
raz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

16 Ernest Rutherford (1871-1937) – NN 1908
3 czerwca – Wielka Brytania ….w jądrze atomowym powinna znajdować się jakaś cząstka, o stosunkowo dużej masie, pozbawiona ładunku „Bakerian Lecture” Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

17 Wolfgang Pauli (1900-1958) – NN 1945 „Zakaz Pauliego”
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

18 1927

19 Werner Heisenberg (1901-1976) – NN 1932
Zasada nieokreśloności Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

20 1930

21 Walther Bothe (1891-1957) – NN 1945 Herbert Becker
Niemcy Bombardowali lekkie pierwiastki cząstkami  ze źródła polonowego Przy bombardowaniu berylu zauważyli słabe lecz przenikliwe promieniowanie, nazwane przez nich „promieniowanie berylowe” Początkowo uważali „promieniowanie berylowe” za strumień promieniowania  Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

22 Doświadczenie Bothego-Beckera
„...promieniowanie berylowe bardziej przenikliwe niż zwykłe promienie g, powstaje przy naświetlaniu berylu cząstkami a z radu...” H.Becker, Z,Phys, 6, 29,310 (1930) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

23 Badał rozproszenie kwantów na cząstkach
Igor. J. Tamm ( ) – NN 1958 ZSRR Badał rozproszenie kwantów na cząstkach Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

24 1931

25 Pod koniec roku - Francja
Irena Joliot-Curie ( ) – NN 1935 Fryderyk Joliot-Curie ( ) – NN 1935 Pod koniec roku - Francja ... „promieniowanie berylowe” wybija protony z parafiny Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

26 1932

27 James Chadwick (1891-1974) – NN 1935 Luty – Wielka Brytania
Badał prędkości z jakimi były wybijane protony i inne jądra odrzutu z różnych substancji. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

28 James Chadwick ( ) – NN 1935 Stosując teorię zderzeń wyliczył, że „promieniowanie berylowe” składa się z cząstek o masie bliskiej masy protonu lecz pozbawione jest ładunku elektrycznego Potwierdził hipotezę Rutherforda o istnieniu elektrycznie obojętnej ciężkiej cząstki, o masie protonu i elektronu, nazwanej neutronem. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

29 12 września – Wielka Brytania
Leo Szilard ( ) 12 września – Wielka Brytania Wygłosił pogląd, że jest możliwe wywołanie reakcji łańcuchowej na skutek pochłaniania neutronów przez jądra atomowe z równoczesnym wydzieleniem dużych ilości energii Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

30 1934

31 Opracował metodę spowalniania neutronów
Enrico Fermi ( ) – NN 1938 Badał wpływ neutronów na różne pierwiastki - od lekkich aż do najcięższego wówczas znanego pierwiastka – uranu Opracował metodę spowalniania neutronów Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

32 Prace Fermiego Fermi zakładał, że wychwyt neutronu przez jądro atomowe o liczbie porządkowej Z na skutek późniejszego rozpadu b prowadzi do powstania jądra o liczbie atomowej Z+1. Badanie procesów wychwytu neutronu wykazało, że gdy bombardowane jest ciężkie jądro (A > 200) a w otoczeniu znajduje się materiał bogaty w wodór (np. parafina) wówczas obserwowana jest szczególnie wysoka emisja promieniowania b. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

33 Prace Fermiego Do identyfikacji uzyskanych w reakcjach z neutronami izotopów promieniotwórczych stosowano metodę analizy radiochemicznej. Metoda ta polega na tym, że do jąder-tarczy dodaje się dokładnie znaną masę trwałego izotopu pierwiastka, który jest przewidywany jako produkt reakcji jądrowej. Po reakcji jądrowej metodami chemicznymi wydziela się dodany pierwiastek i stwierdza, czy zawiera dodatkowo izotop promieniotwórczy. Istnienie takiego izotopu pozwala wnioskować o schemacie reakcji jądrowej. W trakcie doświadczeń stwierdzono, że uran rzeczywiście wychwytuje neutron. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

34 Prace Fermiego Próby zidentyfikowania pierwiastka otrzymanego po wychwycie neutronu przez uran metodami radiochemicznymi nie dały jednak spodziewanych rezultatów. Oczekiwano, że neutrony połączą się z jądrem, tworząc nietrwały, cięższy izotop, który emitując promieniowanie b- utworzy jądro transuranowe: Oczekiwane jadro nazwano neptunem które w wyniku przemiany b miało przekształcić się w kolejne jądro - pluton. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

35 Otto Hahn (1879-1968) – NN 1945 Lise Meitner (1078-1968)
Prowadzili w Berlinie prace podobne do prac Fermiego. Również byli przekonani, że w wyniku oddziaływania neutronów na jądro uranu powstaje jądro transuranowca. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

36 4 lipca – Wielka Brytania Opatentował:
Leo Szilard ( ) 4 lipca – Wielka Brytania Opatentował: - technologię wykorzystania neutronów - reakcję łańcuchową - koncepcję masy krytycznej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

37 1935

38 Zaproponowała inną interpretację wyników doświadczeń Hahna-Meitner.
Ida Noddack ( ) Zaproponowała inną interpretację wyników doświadczeń Hahna-Meitner. W pracy opublikowanej w Z.f.Angew.Chemie, zasugerowała możliwość rozpadu ciężkiego jądra na mniejsze fragmenty. Ta możliwość nie została uznana za prawdopodobną. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

39 Odkrył długożyciowe izomery jądrowe
Igor W. Kurczatow ( ) ZSRR Odkrył długożyciowe izomery jądrowe Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

40 1938

41 Lise Meitner → Fritz Strassmann
Dnia 13 lipca Lise Meitner (z pochodzenia żydówka) musiała opuścić Berlin. Jej miejsce w laboratorium Hahna zajął radiochemik Fritz Strassmann Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

42 Aparatura Hahna i Strassmanna
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

43 Irena Joliot-Curie (1897-1956) NN 1935 Pavel Savitsch (1909)
Wrzesień 1938 Opublikowali wyniki analizy jeden z powstałych produktów przy bombardowaniu uranu neutronami ma własności chemiczne podobne do lantanu. Hipoteza izotop powstałego transuranowca. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

44 Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945 Fritz Strassmann (1902-1980)
Koniec roku 1938 – Niemcy Wykazali, że powstały na skutek pochłonięcia neutronu przez uran nietrwały izotop który ulega rozpadowi b, jest chemicznie podobnie do radu. Uran (Z=92) przemieniając się w rad (Z=88) musiałby wyemitować dwie cząstki a. Nie wykryto obecności cząstek a. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

45 Otto Hahn do Lisy Meitner (Szwecja)
19-go grudnia, Berlin ... izotopy radu zachowują się nie jak rad tylko jak bar... Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

46 Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945 Fritz Strassmann (1902-1980)
28 grudnia 1938 – Niemcy Po powtórzeniu i dokładnej analizie poprzednich badań stwierdzili z całą pewnością, że w wyniku oddziaływania neutronu z uranem powstaje promieniotwórczy izotop baru. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

47 Otto Hahn do lisy Meitner (Szwecja)
28-go grudnia, Berlin ... czy to możliwe, że uran się rozpadł ? Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

48 Lise Meitner (1878-1968) Otto Frisch (1904-1979)
30 grudnia 1938 – Szwecja Prawidłowa interpretacja doświadczenia Hahna i Strassmanna: rozszczepienie jądra uranu Nowy typ przemiany jądrowej, polegającej na rozpadzie jądra uranu na dwie, prawie równe części. praca ukazała się 11 lutego 1939 w Nature Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

49 Rozszczepienie jądra uranu
Proces ten otrzymał nazwę rozszczepienia jądra. Z zachowania ładunku wynika, że oprócz baru (Z=56) musiało powstać jadro kryptonu (Z=36) (92 - 56 = 36) Na podstawie znanych średnich energii wiązania oszacowali energię kinetyczną, unoszoną przez produktu rozpadu. W przedziale jąder ziem rzadkich średnia energia wiązania jest około 8,5 MeV/nukleon, dla uranu 7,5 MeV/nukleon. Przy rozszczepieniu jądra uranu łączna energia kinetyczna powstałych fragmentów jest rzędu 200 MeV. Energia około 10 razy większa niż największa energia wydzielana w znanych poprzednio reakcjach jądrowych Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

50 1939

51 Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945 Fritz Strassmann (1902-1980)
6 stycznia 1939 – Niemcy Wykrycie metali ziem alkalicznych powstających przy napromieniowaniu uranu neutronami i ich zachowanie Über den Nachweiss und das Verhalten bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entsthenden Erdalkamimetalle, Z.f.Naturwiss. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

52 Połowa stycznia 1939 – Wielka Brytania
Leo Szilard ( ) Połowa stycznia 1939 – Wielka Brytania „w reakcji rozszczepienia, ze względu na mniejszą masę atomową powstałych fragmentów, istnieje nadmiar neutronów, które mogą być emitowane” Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

53 Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922 26 stycznia 1939 – USA
publicznie ogłasza o odkryciu reakcji rozszczepienia na dorocznym kongresie fizyki teoretycznej na Uniwersytecie George Washingtona w Waszyngtonie Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

54 26 stycznia USA Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

55 Rozszczepienie jądra uranu
W krótkim czasie po opublikowaniu poprawnej interpretacji wyników doświadczeń Hahna i Strassmanna, wiele laboratoriów, głównie w Ameryce, potwierdziło istnienie reakcji o tak niezwykłym wówczas bilansie energetycznym. Stwierdzono, że po bombardowaniu uranu neutronami powstaje nie tylko para bar-krypton Otrzymano najczęściej pary: lantan (Z = 57) - brom (Z = 35), cez (Z = 55) - rubid (Z = 37), ksenon (Z = 54) - stront (Z = 38). Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

56 do rozszczepienia 238U potrzebne są neutrony prędkie
Niels Bohr ( ) – NN 1922 5 lutego 1939 – USA do rozszczepienia 238U potrzebne są neutrony prędkie do rozszczepienia 235U potrzebne są neutrony powolne Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

57 Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938 Herbert Anderson
marzec USA każdy neutron wykorzystany w reakcji rozszczepienia wywołuje emisję około dwóch nowych neutronów Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

58 Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938 Leo Szilard (1898-1964)
czerwiec 1939 – USA (Physical Review) Wyniki eksperymentów powielania neutronów w próbce naturalnego tlenku uranu umieszczonego w zbiorniku z wodą Nie uzyskano samopodtrzymującej się reakcji rozszczepienia Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

59 Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922 John Wheeler (1911)
31 sierpnia 1939 – USA (Physical Review) Izotop uranu 235U jest materiałem bardziej rozszczepialnym niż 238U Nie odkryty pierwiastek (pluton) powinien się charakteryzować równie wysokim stopniem rozszczepienia Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

60 1940

61 2 marca 1940 – Columbia University, USA
John Dunning 2 marca 1940 – Columbia University, USA Wykonał pierwsze pomiary przekroju czynnego na rozszczepienie przez powolne neutrony dla 235U Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

62 1941

63 Glenn Theodore Seaborg (1912-1999) - NN 1951 Arthur Wahl
26 lutego 1941 – USA Odkrycie pierwiastka Z = 94 (pluton) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

64 Określił masę krytyczną 235U około 82 kg bez reflektora
Rudolf Peierls ( ) Marzec USA Określił masę krytyczną 235U około 82 kg bez reflektora około 45 kg otoczona reflektorem Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

65 Pluton ulega rozszczepieniu powolnymi neutronami
Joseph Kenedy Emilio Segre ( ), NN Glen Seaborg ( ), NN 1951 28 marca USA Pluton ulega rozszczepieniu powolnymi neutronami Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

66 1942

67 Buduje eksperymentalny stos o współczynniku k=0,995
Enrico Fermi ( ) – NN 1938 Kwiecień 1942 – Chicago, USA Buduje eksperymentalny stos o współczynniku k=0,995 Planuje konstrukcję pierwszego na świecie stosu krytycznego - CP-1 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

68 Sierpień - wrzesień 1942 – Chicago, USA
Enrico Fermi ( ) – NN 1938 Sierpień - wrzesień 1942 – Chicago, USA Uruchamia eksperymentalny stos o współczynniku powielania neuronów równym prawie k=1,04 Osiągnięcie samo-podtrzymującej się reakcji łańcuchowej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

69 16 listopada 1942 – Chicago, USA Rozpoczęcie budowy stosu CP-1
Enrico Fermi ( ) – NN 1938 16 listopada 1942 – Chicago, USA Rozpoczęcie budowy stosu CP-1 2 grudnia 1942 Stos CP-1 o godzinie 15:49 osiągnął stan krytyczny Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

70 Stos CP-1 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

71 56 ton metalicznego uranu 350 ton grafitu
Stos CP-1 Stos CP-1 zawierał 363 ton tlenku uranu 56 ton metalicznego uranu 350 ton grafitu Uzyskano współczynnik powielania k=1,0006 Moc wyjściowa początkowa wynosiła 0,5 W uzyskano maksymalnie 200 W Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny