JADERNÁ ENERGIE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

JADERNÁ ENERGIE Autor: Mgr. Stanislava Bubíková

Datum (období) tvorby: 25. 6. 2012

Ročník: devátý

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Chemické reakce; chemie a společnost

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1

Anotace: Žáci se seznámí s využitím jaderné energie a jadernými elektrárnami v ČR. V rámci tohoto modulu žáci popíší jadernou reakci a její produkty. Žáci vyjmenují jaderné elektrárny v ČR a popíší jejich provoz. Posoudí dopad havárií na zdraví lidí a ŽP.


2

Jaderná energie • uvolňuje se při reakcích v atomovém jádře • využití: jaderná energetika, vojenské a zdravotní účely • využívá štěpnou reakci uranu nebo plutonia

Obr. č. 1: Instalace palivových článků [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crocus-p1020491.jpg

Obr. č. 2: Jaderný výbuch [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bomba_atomowa.gif

3 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Jaderná reakce • přeměna atomových jader • probíhá samovolně nebo je vyvolaná působením jiného jádra či částice • dochází ke změně struktury zúčastněných jader a změně jejich pohybového stavu

Obr. č. 3:Reakce lithia s deuteriem [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Li6-D_Reaction.svg

4 Obr. č. 4: Štěpení jádra reakcí s neutronem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltung.gif


Termonukleární fúze • sloučení dvou jader za vysoké teploty či tlaku – sloučení dvou protonů: • vzniká neutron, deuterium, neutrino a pozitron a poté těžší prvek

– uvolní se energie (gama záření)

• probíhá na Slunci – teplota 15 000 000 K – každou vteřinu vznikne 620 miliónů tun vodíku – reakce poběží asi 5 miliard let

• Car-bomba • v roce 1961 Rusové odpálili největší termonukleární pumu (síla 57 Mt TNT) nad ostrovem Nová Země – atomový hřib 40 x 60 km; zemětřesení o síle 5; v okruhu 40 km vše srovnáno se Zemí; popáleniny 3. stupně v okruhu 100 km

Obr. č. 5: Jaderná fúze [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FusionintheSun.svg


5

Štěpná reakce • nestabilní jádro se rozbije po vniknutí cizí částice (neutronu) • uvolní se energie a 2 – 3 rychlé neutrony • štěpení uranu 235U: – průnik pomalého (tepelného) neutronu – jádro se rozpadne na 2 přibližně stejné části – uvolní se 2 až 3 volné neutrony – neutrony vyvolají štěpení dalšího jádra uranu – vzniká: • lehký produkt • těžký produkt

Obr. č. 6: Štěpení uranu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernzerfall.svg

Z = 35 (Br) - 45 (Rh) Z = 51 (Sb) - 62 (Sm) 6


Surovina • smolinec (uraninit) – oxid uraničitý; vzorec: UO2 – surovina pro výrobu uranu a radia – naleziště: Jáchymov, Dolní Rožínka (těžba i v současnosti) – manželé Currie objevili v jáchymovském smolinci radium – obsahuje přírodní izotop uranu 238U

Obr. č. 7: Měření radioaktivity smolince [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.or g/wiki/File:Gammascout_pitch blende_bionerd.jpg

Obr. č. 8: Smolinec, Severní Karolína, USA [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uraninite-39029.jpg


7

Jaderné palivo • palivo: – přírodní uran 238U ve formě UO2 obohacený až 5 % izotopem uranu 235U – thorium

• peletky uzavřené v palivových tyčích

Obr. č. 9: Jaderné palivo – tyče [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RIAN_archive_132603_Nuclear_power_reactor_fuel_assembly.jpg Obr. č. 10: Tyče s peletkami [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brennelement-Kernkraftwerk.jpg


8

Jaderná elektrárna • schéma elektrárny s tlakovodním generátorem 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

blok reaktoru chladící věž tlakovodní reaktor řídící tyče vyrovnávací tlaková nádrž parogenerátor palivová nádrž turbína generátor transformátor kondenzátor plynný stav kapalný stav přívod vzduchu vlhký vzduch řeka chladící okruh primární okruh sekundární okruh vodní pára pumpa

Obr. č. 11: Schéma jaderné elektrárny[12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Nuclear_power_plantpressurized_water_reactorPWR.png


9

Reaktor • tlakovodní reaktor – nejčastější typ (60 %) • v Dukovanech i Temelíně

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

– reaktor je chlazen vodou o vysokém tlaku (cca 10 MPa), která je i moderátor reakce

kontrolní tyče kryt reaktoru plášť reaktoru vstup a výstup vody reaktorová nádoba aktivní zóna palivové tyče –

• výrazný prvek bezpečnosti: Pokud z jakéhokoliv důvodu není v reaktoru voda, reakce se sama zastaví.

pára (pohon turbogenerátorů) se vyvíjí v parogenerátorech (mimo vlastní reaktor) • vysokotlaká voda primárního okruhu uvádí do varu vodu v sekundárním okruhu a pro turbínu vyrábí sytou páru o podstatně nižším tlaku

Obr. č. 12: Tlakovodní reaktor [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wwer1000-scheme.png


10

JE Dukovany • historie: – výstavba od roku 1978 – první blok uveden do provozu v roce 1985, čtvrtý v roce 1987

• havárie: – patří mezi první třetinu nejbezpečnějších JE na světě – od roku 2010 nedošlo k žádné poruše větší než stupeň 0 stupnice INES • v roce 1988 – požár transformátoru mimo JE, únik oleje do vodní nádrže • v roce 2010 pracovník elektrárny nechtěně automaticky vypnul jeden reaktor, bezpečnost nebyla ohrožena

• JE Dukovany má čtyři bloky – VVER 440, typ V 213 – po modernizaci (2005-12) o elektrickém výkonu 4 × 500 MW – aktivní zóna reaktoru: • 312 palivových souborů tvořených 126 palivovými proutky, ve kterých je palivo hermeticky uzavřeno • 37 regulačních kazet s palivovou částí • výška zóny je 2,5 m, průměr 2,88 m

– obsahuje sklad vyhořelého jaderného paliva

Obr. č. 13: JE Dukovany [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dukovany_power_station.jpg


11

JE Temelín • historie: – výstavba od roku 1987 – první blok uveden do provozu v roce 2000, druhý v roce 2003

• palivo: – oxid uraničitý (cca 4 % 235U) – čtyřletý cyklus • každý rok výměna ¼ paliva

• JE Temelín má dva bloky – VVER 1000, typ V 320 – o elektrickém výkonu 2 × 1000 MW – aktivní zóna reaktoru: • 163 palivových souborů tvořených 312 palivovými proutky, ve kterých je palivo hermeticky uzavřeno • 61 řídících a regulačních kazet • výška zóny je 3,5 m, průměr 3,16 m

– další dva bloky ve výstavbě

Obr. č. 14: JE Temelín [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ke rnkraftwerk_Temel%C3%ADn_2011-14.JPG


12

Jaderná havárie • havárie při které dojde k: 4. 5. 6. 7.

porušení těsnosti obalu jaderného paliva v aktivní zóně reaktoru úniku radioaktivních látek do chladiva či moderátoru úniku radioaktivní směsi z primárního okruhu do reaktorového bloku úniku radioaktivní směsi z reaktorového bloku do okolí elektrárny resp. do životního prostředí (stupnice INES)

Obr. č. 15: JE Jaslovské Bohunice, v roce 1977 havárie (součást Československa), stupeň 4 [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jaslovske_Boh unice_Power_Plant_1.JPG

Obr. č. 16: Dělení havárií [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:INES_cs.svg


13

Černobyl • • • •

JE na území Ukrajiny byla uvedena do provozu v roce 1977 poslední blok byl odstaven v roce 2000 26. 4. 1986 havárie (stupeň 7) - 4. reaktorový blok těžce kontaminovány rozsáhlé oblasti Ukrajiny, Běloruska (přes 60 %) a Ruska, evakuace a přesídlení více než 350 000 lidí (WHO, 2005)

Obr. č. 17: 4. reaktorový blok jaderné elektrárny Černobyl [18] dostupné z: http://commons.wiki media.org/wiki/File:C hernobyl_HDR.JPG

Obr. č. 18: Měření radioaktivity [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chern obyl_ukraine_302.jpg


14

Pripjať • původně „město mladých“ leží 2 km od jaderné elektrárny – věkový průměr obyvatel nedosahoval ani 30 let – 47 500 obyvatel • poslední sčítání lidu před evakuací (listopad 1985)

• od 27. 4. 1986 evakuace • dnes „město duchů“, ve kterém radiace přetrvává (odhad rozpadu nuklidů je cca 150 let)

Obr. č. 20: Měření radiace [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prypjat_dose_rate_meter.jpg

Obr. č. 19: Obytné domy [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pripyat_foto.JPG

Obr. č. 21: Plavecký bazén [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Swimming_Pool_Hall_4_Pripyat.jpg


15

Černobyl - dopad • havárie uvolnila tolik kontaminace jako 400 bomb z Hirošimy • celková velikost havárie byla asi 100× až 1000× menší než kontaminace způsobená atmosférickými testy jaderných zbraní v polovině 20. století Obr. č. 22: Radiace v roce 1996 [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chernobyl_rad iation_map_1996.svg


16

Fukušima I • JE v Japonsku uvedena do provozu v roce 1971 • havárie (stupeň 7) 11. 3. 2011 při zemětřesení a následném zásahu vlnou tsunami – zničeny čtyři z šesti reaktorů – únik radioaktivní vody do Indického oceánu – následky neustále odstraňovány

Obr. č. 23: Havárie [24] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fukush ima_I_nuclear_accidents_diagram.svg

Obr. č. 24: Výbuch v jaderné elektrárně [25] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fuku shima_I_by_Digital_Globe_B.jpg


17

Fukušima • při havárii uniklo značné množství radiace • z ochranného pásma (30 km) bylo evakuováno 200 000 osob

Obr. č. 26: Centrum zemětřesení [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JAPAN_ EARTHQUAKE_20110311.png

Obr. č. 25: Následky zemětřesení a tsunami [26] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Devastation_after_tsunami_in_Iwaki_2.jpg


18

Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.

BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. Crocus-p1020491.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crocus-p1020491.jpg Bomba_atomowa.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bomba_atomowa.gif Li6-D_Reaction.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Li6-D_Reaction.svg Kernspaltung.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltung.gif FusionintheSun.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CFusionintheSun.svg Kernzerfall.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernzerfall.svg Gammascout_pitchblende_bionerd.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gammascout_pitchblende_bionerd.jpg Uraninite-39029.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CUraninite-39029.jpg RIAN_archive_132603_Nuclear_power_reactor_fuel_assembly.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RIAN_archive_132603_Nuclear_power_reactor_fuel_assembly.jpg Brennelement-Kernkraftwerk.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BrennelementKernkraftwerk.jpg Nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-PWR.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-PWR.png Wwer-1000-scheme.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wwer-1000-scheme.png Dukovany_power_station.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dukovany_power_station.jpg Kernkraftwerk_Temel%C3%ADn_2011-14.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernkraftwerk_Temel%C3%ADn_2011-14.JPG Jaslovske_Bohunice_Power_Plant_1.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jaslovske_Bohunice_Power_Plant_1.JPG INES_cs.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:INES_cs.svg Chernobyl_HDR.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chernobyl_HDR.JPG Chernobyl_ukraine_302.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chernobyl_ukraine_302.jpg Pripyat_foto.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pripyat_foto.JPG Prypjat_dose_rate_meter.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prypjat_dose_rate_meter.jpg Swimming_Pool_Hall_4_Pripyat.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Swimming_Pool_Hall_4_Pripyat.jpg Chernobyl_radiation_map_1996.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chernobyl_radiation_map_1996.svg Fukushima_I_nuclear_accidents_diagram.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fukushima_I_nuclear_accidents_diagram.svg Fukushima_I_by_Digital_Globe_B.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fukushima_I_by_Digital_Globe_B.jpg Devastation_after_tsunami_in_Iwaki_2.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Devastation_after_tsunami_in_Iwaki_2.jpg 19 JAPAN_EARTHQUAKE_20110311.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-06-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JAPAN_EARTHQUAKE_20110311.png


JADERNÁ ENERGIE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Recommend Documents