of 29 /29
Upotreba nuklearne Upotreba nuklearne energije energije Nataša Klipić Nataša Klipić

03 Upotreba Nuklearne Energije

Embed Size (px)

Text of 03 Upotreba Nuklearne Energije

  • Upotreba nuklearne energijeNataa Klipi

  • UvodNuklearna energija je oblik energije, energija pohranjena unutar atoma. Zakon o ouvanju energije govori da tvar i energija ne mogu nastati iz niega niti nestati, ve se samo mogu pretvarati iz jednog oblika u drugi; tvar i energija tvore materiju.

    Tvar se moe preobraziti u energiju, a energija u tvar. Poznati svjetski znanstvenik Albert Einstein definirao je matematiki izraz koji objanjava ovaj fenomen: E = mc2. Energija E jednaka je produktu mase tvari m i kvadrata brzine svjetlosti, c.

    Shvativi takav odnos izmeu tvari i energije, znanstvenici su omoguili izradu atomske bombe ali i pretvorbu nuklearne u mehaniku, pogon brodova i podmornica, i elektrinu energiju.

  • Pojam nuklearne energijePod pojmom koritenja nuklearne energije u nuklearnoj energetici podrazumijeva se koritenje energije fisije atoma urana ili plutonija. Atom predstavlja najsitniju esticu kemijskog elementa za koju se do poetka prolog stoljea smatralo da je nedjeljiva. Kada neutron pogodi teku atomsku jezgru (najee urana, torija ili plutonija) stvara sloenu "jezgru. Ona je u pobuenom stanju jer neutron s ulaskom u jezgru oslobaa svoju energiju veze, unosi poremeaj u ravnoteu privlane nuklearne sile i odbojne elektrostatske, to dovodi do njezinih oscilacija i deformacije. Dolazi do njezina cijepanja i nastajanja dva nejednako velika fisijska produkta (novonastale lake jezgre)

    Taj proces naziva se fisija.

  • Nuklearna energija kroz povijestPrirodni plin, nafta i naftni derivati sve se manje rabe za proizvodnju elektrine energije zbog sve izraenije nestabilnosti cijena i sve manje mogunosti osiguravanja koliina dostatnih za neprekinutu proizvodnju elektrine energije. Dostupnost ovih energenata dodatno je dragocjena za uporabu u drugim sektorima - prirodnog plina u domainstvima te nafte i naftnih derivata u prometu. Stoga ih je neracionalno izgarati za proizvodnju elektrine energije.

    Ugljen se najvie rabi za proizvodnju elektrine energije (39 posto elektrine energije proizvedeno je iz ugljena), ali je izuzetno nepopularan iz ekolokih razloga. Hidroenergija se ve rabi na veini ekonomski isplativih i ekoloki prihvatljivih mjesta te je hidropotencijal gotovo iskoriten.

    Od samih poetaka proizvodnja elektrine energije u nuklearnim elektranama raste.

  • Pojavi dananjih nuklearnih elektrana prethodio je niz otkria fiziara u drugoj polovini 19. stoljea, poevi otkriem radioaktivnosti i ionizirajueg zraenja. Ionizirajue zraenje svojstvo je nekih vrsta atoma da im se jezgre spontano mijenjaju i pritom emitiraju energiju u obliku zraenja. Ta se promjena jezgre naziva radioaktivnim raspadom. Emitirano zraenje moe promijeniti strukturu i svojstva materijala kroz koji prolazi. Pri tome je ionizacija, odnosno izbijanje elektrona iz elektronskog omotaa, najvaniji uinak. Tako emitirana energija naziva se ionizirajue zraenje.

  • Pojavu ionizirajueg zraenja zapazio je 1858. Julius Plcker po svjetlucanju razrijeena plina, koji se nalazio izmeu elektroda pod visokim naponom. Ove "zrake" koje iz blizine katode struje prema anodi nazvao je katodnim zrakama

    U sljedeih desetak godina Johann Hittrof, William Crookes i drugi istraivai dokazali su da se katodno zraenje kree pravocrtno, velikim brzinama i da su to negativno nabijene estice. Joseph John Thompson odredio je 1897. omjer naboja i mase estica katodnog zraenja.

  • Wilhelm Conrad Rentgen zapazio je 1885. novo vrlo prodorno zraenje koje oslabljuju tek tvari vrlo velike gustoe. Rentgen ga je nazvao X-zrakama, a poslije je njemu u poast nazvano rendgenskim zraenjem.

    Vijest o Rentgenovu otkriu potaknula je Henrija Becquerela da 1886. nastavi svoja istraivanja luminiscencije uranovih soli.

    Pokazao je da uranove soli zrae nepoznato zraenje - Becquerelovo zraenje - koje zacrnjuje fotografsku plou. Marie Sklodowska-Curie kao Becquerelova doktorantkinja je od 1897. istraivala tu pojavu te zapazila da zrae i drugi elementi, posebno teki.

  • Ubrzo nakon toga dokazuje da je torij radioaktivan, a zajedno sa suprugom Pierrom Curiem izolira nove vrlo radioaktivne elemente - polonij i radij. Max Planck 1900. uvodi pojam kvanta energije, a Albert Einstein objanjava fotoelektrini efekt i objavljuje specijalnu teoriju relativnosti.

    Ernest Rutherford je 1898. godine ustanovio da se zraenje iz urana sastoji od dviju komponenti. Prvu komponentu koja se lako apsorbira u tvarima nazvao je alfa-zraenjem, a drugu koja je prodornija nazvao je beta-zraenjem. Paul Villard je 1900. u tom snopu pronaao i treu komponentu, slinu tvrdom rendgenskom zraenju, i nazvao je gama-zraenjem.

    Tek su Ernest Rutherford i Hans Geiger dokazali da su alfa-estice jezgre atoma helija.

  • Niels Bohr konstruira model atoma 1913. James Chadwik 1914. dokazuje da je beta-zraenje kontinuirano. Objanjenje tog fenomena ponudio je 1930. Wolfgang Pauli iznosei pretpostavku o postojanju jo neotkrivene estice, koju 1933. Enrico Fermi imenuje neutrinom. Godine 1930. zapaeno je da neki laki elementi, ozraeni alfa-zraenjem, zrae dotad nepoznato, vrlo prodorno zraenje.

    Suprunici Irene i Frdric Joliot-Curie ustanovili su 1932. da to zraenje izbacuje protone iz tvari bogatih vodikom. James Chadwick protumaio je da je to roj estica jednakih masa kao protoni, ali bez elektrinog naboja i nazvao ih je neutronima. Iste godine J. D. Cockroft i E. T. Walton izazivaju nuklearni raspad.

    Otto Hahn, Lise Meitner i Fritz Strassmann demonstriraju fisiju (cijepanje) uranove jezgre 1938. Godinu dana poslije Joliot-Curie, Halban i Kowarski otkrivaju emisiju neutrona pri fisiji urana.

  • S obzirom na njemaku ekspanzionistiku politiku uoi poetka Drugog svjetskog rata javljaju se prve zamisli o vojnoj uporabi fisije. Leo Szilard i Albert Einstein izvjetavaju predsjednika SAD F. D Rooseveleta koji osniva Uranski komitet krajem 1939.

    U jeku ratnih zbivanja 1942. zapoinje Manhattan projekt - projekt izrade nuklearne bombe - iji su znanstveni voditelji bili Arthur Compton i Robert Oppenheimer.

    Ti su radovi rezultirali ostvarenjem prve samoodrive lanane reakcije 2. prosinca 1942 na Sveuilitu u Chicagu. Projekt je rezultirao s tri nuklearne bombe, jednom testnom (Trinity) i dvjema kojima su bombardirani Hiroshima (uranova - Little Boy) i Nagasaki (plutonijska - Fat Man).

  • Razlog za izgradnju prvog pravog reaktora bila je proizvodnja plutonija koji je uporabljen u bombi baenoj na Nagasaki. ovjek je ovim dostignuem ostvario dotad nepoznatu pojavu - oslobaanje energije atomskih jezgri i njezinu uporabu.

    Naalost, ta je energija u poetku bila koritena u vojne svrhe. Zavretkom Drugog svjetskog rata, zapoinje i era mirnodopske primjene nuklearne energije - proizvodnja elektrine energije u energetskim nuklearnim reaktorima koritenjem samoodravajue lanane reakcije fisije jezgara tekih elemenata. Prvu komercijalnu nuklearnu elektranu izgradili su i u pogon pustili strunjaci biveg SSSR 1954. u Obninsku. Potom je uslijedilo prvih pedeset godina pogona komercijalnih nuklearnih elektrana.

  • Nuklearna energija ubrzo je, pored uporabe u nuklearnim elektranama, nala svoju primjenu i u drugim tehnikim sustavima. To se prije svega odnosi na pogon brodova (npr. ameriki trgovaki brod Savannah), ledolomaca (npr. ruski Lenjin), i podmornica (npr. amerika Nautilus), eksperimentalni pogon raketa za svemirska istraivanja, proizvodnju izotopa u medicinske svrhe i dr

  • Ekoloka kriza, alternativni energenti i nova goriva

    Zbog sve vee zagaenosti zraka, emisije staklenikih plinova, freona i sumpora u atmosferu, problem globalnog zagrijavanja, ozonskih rupa i kiselih kia te klimatskih promjena koje izazivaju postavlja pred svijet kljuno pitanje: kako dalje?

    ini se da bi jedino rjeenje bilo bi pronai alternativne energente, budui da su glavni krivci efekta staklenika i ozbiljnih posljedica koje poveano zagrijavanje atmosfere izaziva upravo fosilna goriva kljuni svjetski energent.

    Statistiki podaci pokazuju da su najvei zagaivai, odnosno izvori emisije staklenikih plinova, termoelektrane i toplane, zatim cestovni promet, pojedinana domainstva i tek na etvrtom mjestu industrija.

  • Udjeli izvora za proizvodnju el.energije u Hrvatskoj i Europi

  • Proizvodnja el.energijeStoga je temeljno pitanje kako proizvesti elektrinu energiju, a potom kako u okviru novih energenata pronai nova goriva to bi dakako dovelo i do promjena u automobilskoj industriji. Na alost, ekoloki najistija goriva i energenti jo su uvijek i daleko najskuplji izvor, pa se u konkretnim prognozama jo uvijek nastoji na jeftinijim rjeenjima koja mogu u odreenoj mjeri smanjiti efekt staklenika, ali veliko je pitanje njihove ekoloke istoe. Jedan od takvih, jeftinih, ali ne manje opasnih energenata je nuklearna energija.

  • Tipovi nuklearnih elektrana Pod raznim tipovima nuklearnih elektrana smatraju se razliiti tipovi primarnog (reaktorskog) postrojenja. Osnovni materijali prema kojima se nuklearni reaktori razlikuju su nuklearno gorivo, moderator i rashladni fluid. Svrha je nuklearnog goriva proizvodnja toplinske energije procesom fisije. Nuklearno gorivo mogu biti prirodni ili obogaeni uran u formi metalnog urana ili uran dioksida. Moderator je medij za usporavanje neutrona, a svrha mu je usporiti neutrone kako bi se poveala vjerojatnost nastanka reakcije fisije u izotopu U-235. Moderatori mogu biti obina voda, teka voda i grafit. Rashladni fluid odvodi toplinsku energiju nastalu raspadom urana i fisijskih produkata. Koriteni rashladni fluidi su obina voda, teka voda, ugljini dioksid, helij i tekui metal.

  • NE KrkoRepublika Hrvatska je zajedno s Republikom Slovenijom 1970. sklopila sporazum o izgradnji nuklearne elektrane kod mjesta Krko u Sloveniji. Nakon razmatranja ponuda nekoliko svjetskih proizvoaa, sklopljen je ugovor s amerikom tvrtkom Westinghouse o isporuci nuklearne elektrane. Elektrana je u komercijalnom pogonu od poetka 1983. te ima dozvolu za rad u trajanju od etrdeset godina.

    Svi su tehnoloki znaajniji objekti nuklearne elektrane izgraeni na masivnoj ploi od armiranog betona postavljenoj na glineno-pjeanim slojevima pliocenskih taloga Krkog polja. Ta ploa ini vrst temelj, siguran od potresnih udara. Zgrade su projektirane i graene tako da mogu bez oteenja izdrati potres od 9 stupnjeva po MCS-skali.

  • Reaktorsku zgradu, u kojoj se nalaze reaktor s dva rashladna kruga i sigurnosni sustavi, ine unutranja tlana elina ljuska i vanjska reaktorska zgrada od armiranog betona. Oba prolaza u reaktorsku zgradu, za osoblje i za opremu, opremljeni su hermetiki zatvorenim prijelaznim komorama s dvojnim vratima. Brojni su prolazi kroz zidove reaktorske zgrade za cjevovode i kablove dvostruko brtvljeni. Uz reaktorsku zgradu nalaze se objekti za pomone sustave, hlaenje dijelova sustava, rukovanje gorivom, pomone dizelske generatore i turbinska zgrada.

  • Jedini realni razlog protiv gradnje nuklearnih elektrana jest problem zbrinjavanja radioaktivnog otpada. Pitanja sigurnosti nuklearnih objekata gotovo da su deplasirana tim vie to je sigurnosna kultura nakon ernobila dovedena ne samo na vrlo zavidnu razinu, tim vie to nakon ernobila ve 20 godina nije dolo do curenja radijacije u okoli. U prilog sigurnosti govori i statistika osiguravajuih drutava koja od ukupnih plaenih premija jedva 10 - 15% iznosa se potroi na naplatu teta.

  • Broj nuklearnih elektrana u svijetu

  • Nuklearne elektrane u Europi

  • Nuklearna sigurnostNuklearna sigurnost je skup propisa i standarda, projektnih rjeenja, radnih uputa, sigurnosne kulture zaposlenih, osposobljavanja, rada upravnih organa i drugih imbenika, koji zajedno pridonose spreavanju oslobaanja radioaktivnih tvari iz nuklearnog objekta u okoli.

  • Zlouporaba nuklearne energije

    Nuklearna energija se osim u korisne svrhe, koristi i za proizvodnju orujaNuklearno oruje je oruje ija razorna snaga potjee od nuklearnih reakcija, bilo od nuklearne fisije ili od mnogo jae fuzije. Kao rezultat, ak i nuklearno oruje sa relativno malim uinkom je znaajno jae od najjaeg kovencionalnog eksploziva, takvo je oruje sposobno unititi ili ozbiljno onesposobiti cijeli grad.

    Nuklearna oruja bila su detonirana vie od dvije tisue puta zbog testiranja i demonstracijskih svrha. Jedine poznate zemlje koje su detonirale takvo oruje su SAD, Sovjetski Savez, Ujedinjeno Kraljevstvo, Francuska, Narodna Republika Kina, Indija i Pakistan. Ove zemlje su deklarirane nuklearne sile (zajedno sa Rusijom koja je naslijedila oruje nakon raspada Sovjetskog Saveza)

  • Rad joj se bazira na principu nuklearne fisije. Postoje dva osnovna tipa nuklearnih oruja. Prva su oruja koja proizvode svoju eksplozivnu energiju samo putem reakcija nuklearne fisije. Ona su uobiajeno poznata kao atomska bomba ili A-bomba.

    U fisijskom oruju, masa fisibilnog materijala (obogaeni uranij ili plutonij) je sklopljena u superkritinu masu (koliina materijala potrebna da zapone eksponencijalni rast nuklearne lanane reakcije), bilo izbacivanjem jednog dijela subkritinog materijala prema drugom, ili kompresijom subkritine mase kemijskim eksplozivima, prilikom ega se ubrizgavaju neutroni i reakcija poinje.

  • Termonuklearna bomba je vrsta nuklearnog oruja koje oslobaa veliku koliinu energije putem reakcije nuklearne fuzije i moe biti vie od tisuu puta jaa od fisijske bombe. Poznata je jo i kao H-bomba, hidrogenska bomba i fuzijska bomba. Najvea bomba koja je ikada detonirana je bila Car bomba u bivem SSSR-u, koja je imala snagu od preko 50 milijuna tona (megatona) TNT-a, veina modernog oruja nije ni blizu te jaine.

    Tu su i drugi tipovi nuklearnog oruja. Na primjer, pojaano fisijsko oruje je fisijska bomba koja poveava svoju eksplozivnu snagu pomou male koliine fuzionih reakcija, ali nije hidrogenska bomba.

  • Neka oruja su dizajnirana za posebne svrhe, neutronska bomba je nuklearno oruje koje daje relativno malu eksploziju, ali sa relativno velikom koliinom radijacije. Detonacija nuklearnog oruja je praena eksplozijom neutronske radijacije. Okruivanjem nuklearnog oruja sa prikladnim materijalima (kao to su kobalt ili zlato) stvara se oruje poznato pod imenom posoljena bomba. Ovaj ureaj moe proizvesti izuzetno velike koliine radioaktivne kontaminiranosti.

    Veina razlika u dizajniranju nuklearnog oruja je u razliitim korisnim uincima nuklearnog oruja za razliite vrste namjena i u manipuliranju konstrukcijskim elementima u pokuaju stvaranja izrazito malog oruja.

  • Koritenje radioizotopa i ionizirajuega zraenja neprocjenjivo je vano u znanstvenim istraivanjima i industriji, medicinskoj dijagnostici, terapijama i sterilizaciji, poljoprivredi i konzerviranju hrane, pronalaenju podzemnih zaliha vode i nafte te u arheolokim istraivanjima.Sve vrste nuklearnih tehnologija u uporabi temelje se na prirodnim svojstvima tvari: atoma, izotopa i radioizotopa.

    Ta su svojstva energija koja se oslobaa pri cijepanju jezgre te ionizirajue zraenje radioizotopa. Dobivanje elektrine energije u nuklearnim elektranama temelji se na oslobaanju toplinske energije pri cijepanju jezgri u reaktoru

  • Upotreba nuklerne tehnologije

  • Zakljuak

    Energija je kljuni imbenik ovjekova razvoja i osigurava ivotni standard. Jedan od njezinih najvanijih oblika je nuklearna energija. Njezino koritenje u svijetu raste s obzirom na stupanj i brzinu drutveno-ekonomskoga razvoja. S druge strane, raspoloivi se izvori primarne energije iz kojih dobivamo elektrinu energiju smanjuju ili su ve u velikoj mjeri iskoriteni. Dakle svrsishodno je koristiti sve raspoloive izvore.I zahtjevi okolia za proizvodnju elektrine energije u klasinim termoelektranama sve su vei. Zagaivanje atmosfere tetnim plinovima postaje globalan problem.Pouzdanost opskrbe potroaa elektrinom energijom takoer postaje sve ozbiljnije pitanje za nacionalna gospodarstva.

    Nuklearna energija je energija budunosti