Click here to load reader

Nuklearna goriva

  • View
    122

  • Download
    11

Embed Size (px)

Text of Nuklearna goriva

UNIVERZITET U PRISTINI

UNIVERZITET U PRISTINI

FAKULTET TEHNIKIH NAUKA KOSOVSKA MITROVICAPredmet: Energetika procesne industijeSEMINARSKI RAD

Tema: Nuklearna gorivaMentor: Student:Bara Milan

Velikovi Jelena 46/111. Goriva

Goriva su prirodne i vetake materije iz kojih se na racionalan i ekonomian nain procesima sagorevanja moe dobiti vea koliina toplotne energije.Da bi se neka supstanca koristila kao gorivo mora da ispunjava nekoliko uslova:

da se sagorevanjem oslobadja velika koliina energije, da se u prirodi nalazi u to veim koliinama i da su nalazita pristupana, da je stabilna pri skladitenju i transportu, da joj taka paljenja nije ni suvie niska ni suvie visoka, da proizvodi sagorevanja ne deluju korozivno na uredjaje za sagorevanje niti da izazivaju negativne posledice po stanje ivotne sredine.PODELA GORIVAVRSTATENAGASOVITA

PRIRODNAUgalj

Bituminozni kriljci

BriketiNaftaPrirodni gas

VETAKAKoks

PolukoksBenzin

Dizel gorivo

Petroleum

Lo ulje

Mazut

Alkohol Generatorski gas

Vodeni gas

Koksarski gas

Rafinerijski gas

Acetilen

Toplotna mo goriva je ona koliina toplote koja se oslobadja pri potpunom sagorevanju jedinice mase i izraava se u kWh/kg ili MJ/kg. Gornja toplotna mo goriva je teorijska vrednost i odgovara onoj koliini toplote koja bi se oslobodila pri potpunom sagorevanju jedinice mase u idealnim uslovima i bez prisustva vlage u gorivu. Donja toplotna mo goriva odgovara vrednosti toplotne moi umanjene za onu koliinu toplote koja je potrebna da se vlaga prisutna u gorivu i vlaga koja nastaje u procesu sagorevanja prevede u parno stanje. 2. Nuklearno gorivoNuklearno gorivoje materijal koji sadri atomske jezgre nekih tekih hemijskih elemenata kojima se mogu ostvariti nuklearni procesi za oslobaanjeenergije. U nuklearnomgorivutakvi se procesi podravaju sami od sebe te se odvijaju lanano, prenosei se od jednog do drugog atomskog jezgra i to kada se unuklearnom reaktorunae dovoljna koliina nuklearnog goriva raspodijeljenog na pravilan nain.Nuklearni gorivni ciklusskup je aktivnosti kojima se dobiva sirovina zagorivo, izrauje gorivo, upravlja njegovim koritenjem i brine o iskoritenom gorivu (spremanju, preradi i odlaganju radeoaktivnog otpada). Nuklearno gorivo je najgui dostupni izvor energije. Veina nuklarnih goriva sadre tekefisijskeelemente koji uzrokujulananu reakcijunuklearnefisijeu nuklarnom reaktoru. U najea nuklearna goriva ubrajaju se trifisilna materijala: uranum-235 (235U),plutonijum-239 (239Pu) i uranum-233 (233U). Samo jedan od njih naen je u prirodi vie nego u tragovima, a to jeizotop235U. On ini samo oko 0,7% prirodnog elementa uranuma, stoga se taj materijal zove prirodno ili primarno nuklearnogorivo. Druga dva nuklarna goriva,239Pu i233U, dobijaju se u nuklearnim reaktorima. Bombardovanjemneutronimaod238U nastaje239Pu, a od232Th nastaje233U - to su sekundarna nuklearna goriva, a238U i232Th od kojih nastaju ta sekundarna goriva nazivaju se oplodnim materijalima. Izvorni materijali za nuklearno gorivo, uranum itorijum, iroko su rasprostranjeni u Zemljinoj kori te su veliki energetski potencijali. Njihova ukupna koliina do dubine od oko 5km procjenjena je na priblino 121012t. Najvei deo tih elemenata retko se susree u koncentracijama ekonominim za eksploataciju, meutim, mogue je iz umereno siromanihruda, sa sadrajem od oko 0,1% uranuma, dobiti 20 do 30106t uranuma i nekoliko milijona tona torijuma. Oni imaju vie od deset puta vei energetski potencijal nego sve postojee zalihefosilnih goriva(ugljen,nafta,gas).

Ideja potjee iz Indije (Bhagavad Gita) i Grke (Leukup i Demokrit -400.

p.n.e.), Hemijski elementi klasifikovani prema broju 1869. Dimitri Mendeljev, Radeoaktivnost 1896. -Henri Becquerel, Elektron 1897. J.J. Thompson, Polonijum i Radijum 1898. -Pierre i Marie Curie, Gama zraenje 1900. Paul Villard, Atomska jezgra 1912. - Ernest Rutherford, Neutron 1932. J. Chadwick, Nuklearna fisija 1938. Nuklearna fisija 1938. -- Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz Strassmann Lise Meitner, Otto Hahn, Fritz Strassmann, Nuklearni reaktor 1942.. E. Fermi, L. Szilard E. Fermi, L. Szilard, Fisijska bomba 1945.,., Fuzijska bomba 1952, Eksperimentalna elektrana Obninsk 1954., Nuklearna podmornica USS

Nautilus 1954., Komercijalna nukl. elektrana Calder Hall 1956., Nuklearni ledolomac Lenin 1959. Osnovni pojmovi vezani uz nuklearne reakcije, Atom je elektriki neutralan, jezgro atoma je pozitivno. Naboj jezgra odreen je brojem protona (redni broj elementa u hemijskom sastavu elemenata). Masa jezgra odreena je brojem protona i neutrona. Izotopi jezgra atoma sa jednakim brojem protona i razliitim brojem neutrona. Atomska jedinica mase u 1/12 mase atoma ugljenika 126C u =1,66054 10-27 kg, Beta estice su brzi elektroni, kada radeoaktivna jezgra emituje beta esticu, redni broj atoma se povea za 1 uz isti maseni broj 173. Gama zraenje je elektromagnetsko zraenje vrlo kratkih daljina, pri tome se ne mjenjaju niti redni broj niti masa jezgre. Vreme poluraspada (poluivota) T1/2: onaj vremenski interval u kojem se raspadne polovina jezgara.

Fisija

Fisijska lanana reakcija ostvaruje se slobodnim neutronima koji izazivaju raspad drugih jezgara. Prirodna nuklearna goriva (radeoaktivni nizovi) za fisiju su su uran (U) i torij (Th). Pri raspadu izotopa urana U-235 oslobaa se proseno 2,5 neutrona, se istovremeno deo nuklearne energije pretvara u toplotu. Izotop U-235 jedino je nuklearno gorivo koje se pojavljuje u prirodi, no u prirodnom uranu ima ga samo 0,7%. Dogoroni razvitak iskoritavanja nuklearne energije zasniva se na vetakim nuklearnim gorivima: plutonijum Pu-239 i izotop urana U-233. Plutonijum se dobija iz izotopa urana U-238 koji je glavni sastojak prirodnog urana (99,3%). Plutonijum se dobija od U-238 zraenjem neutronima reaktoru:

UranU istom, elementarnom stanju, uranum je srebrno-beli, slabo reaktivni metal, malo meki odelika, jakoelektropozitivani slabelektrini vodi. Takoe je ilav i maloparamagnetian. Ima jako velikugustinu, otprilike 70% veu odolova, i malo manju odzlata.Uranum reaguje s gotovo svimnemetalnimelementima i njihovim spojevima, gdje se reaktivnost poveava stemperaturom.Hlorovodina

HYPERLINK "http://hr.wikipedia.org/wiki/Du%C5%A1i%C4%8Dna_kiselina" \o "Duina kiselina" kiselinaga otapaju, a s neoksidirajuim kiselinamareaguje vrlo sporo. Fino usitnjen moe reagovati sa hladnomvodomnavazduhu, pri emu se oblae tamnim slojem uranumovogoksida. Dobija se izrudei pretvara u uranumovdeoksidili druge uranumove spojeve koji se koriste u industriji.Uranum-235,izotopuranuma, bio je prvi izotop za kojeg je otkriveno da se moe podvrifisiji. Ostali izotopi koji se pojavljuju u prirodi su podloni fisiji, ali se ne cijepaju pomou neutrona uz malukinetiku energiju. Nakon bombardovanja sporim neutronima, uranum-235 e se u veini sluajeva podeliti na dva manja jezgra, oslobaajui nuklearnu rastavljajuu energiju i joneutrona. Ako ovi neutroni budu apsorbovani od strane drugog jezgra uranuma-235, poinjenuklearna lanana reakcija, i ako dalje ne postoji nita to bi apsorbovalo neto neutrona i usporilo reakciju, ona postaje eksplozivna. Koliina od 7 kg uranuma-235 dovoljna je za izraduatomske bombe.

Uranum ima trialotropske modifikacije:

(ortorompska reetka) stabilna do 660C

(tetragonalna reetka) stabilna od 660C do 760C

(prostorno-centrirana reetka) od 760C . Uranum se u civilnom sektoru uglavnom upotrebljava kao gorivo unuklearnim elektranama. Dok se u potpunosti ne raspadne, jedan kilogram urana-235 teoretski moe proizvesti 80 teradula energije (801012J), koliko npr. daje 1500 tonauglja. Komercijalne nuklearne elektrane koriste gorivo koje je obino obogaeno s 3% uranuma-235.CANDU-reaktorje jedini reaktor koji moe koristiti neobogaena goriva. Goriva upotrebljavana u mornarici SAD-a su obino visoko obogaena uranumom-235. TorijumTorijum(Th,lat.thorium) - jeaktinoid.[1]

HYPERLINK "http://sr.wikipedia.org/sr-el/%D0%A2%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%98%D1%83%D0%BC" \l "note-ParkesNeorganskaHemija-2" [2] Njegov atomski broj je90, i neznatno je radeoaktivan. Zajedno sauranumomkoristi se kao primarno gorivo u nuklearnim reaktorima. Torijum je otkriven1828. godine od stranevedskog hemiara Jonsa Jakoba Berzelijusa. Pripada grupi hemijskih elemenataaktinoidi(7. perioda, f-blok periodnog sistema elemenata). Torijum je srebrenasto beli metal visokog sjaja. Izloenkiseonikuiz vazduha postepeno tamni. isti torijum je mek, lako se izvlai (u icu i sl), moe se presovati i na sobnoj temperaturi. On je polimorfan, postoji u dve modifikacije. Rastvorljiv je u veini koncentrisanih kiselina, dok se usolimaifosfornoj kiselinavrlo sporo rastvara. Zastupljenost: torijum je zastupljen u Zemljinoj kori u koliini od 12 ppm. Najvanijimineralisu mu: Monacit(Ca, La, Nd, Th)PO4 . Torijum se koristio, uglavnom u obliku oksida, za pravljenje gasnih lampi, meutim zbogradeoaktivnostisvojih isparenja, prestala je njihova proizvodnja. Te gasne lampe su se pravile od meavine 99% torijum oksida i 1% cerijuma nitrata u koju se uranjao vuneno pletivo te je ono zatim zapaljeno. U plamenu se raspadao torijum nitrat na torijum-deoksid i azot. Ostajala je krhka struktura koja je u plamenu gasova davala belu svetlost, koja nije povezana sa radeoaktivnou torijuma nego je rezultat obinogsagorevanja. U reaktorima se torijum koristi za proizvodnju uranumovog izotopa233U: Iz torijuma232Th se putem bombardovanjaneutronimadobija izotop233Th; on se zatim raspada prekoprotaktinijuma233Pa nauranum233U. Danas je razvijena tehnologija kojom se ovaj proces odvija u reaktorima sa vodenim hlaenjem s ciljem sma