Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Energetyka jądrowa

No description
by

Piotr Fic

on 13 April 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Energetyka jądrowa

ENERGIA
DRZEMIĄCA
W ATOMIE
Autorzy:
Piotr Fic 30B1
Robert Lech 30B1
Korneliusz Suder 31B1
7 grudnia 1938
Na wstępie trochę historii...
Otto Hahn wspólnie z Fritzem Strassmannem przeprowadzają pierwszą reakcję rozszczepienia jądra atomu, za co Hahn otrzymuje Nagrodę Nobla w 1944.
Rys. 1 - Zestaw eksperymentalny do pierwszego sztucznego rozczepienia jadra atomowego, odtworzony w Deutsches Museum w Monachium. [1]
Bliscy współpracownicy Hahna,
Lisa Meitner i Otto Frisch, wykazali,
że w przypadku rozszczepienia jądra uranu wyzwala się około...
Dla przykładu spalenie węgla uwalnia energię rzędu 4-5 eV na atom.
200 MeV energii
Jeszcze przed wybuchem wojny, w maju 1939 roku, tzw. grupa paryska złożona z francuskich naukowców definiuje pojęcie
masy krytycznej
uranu.
Jest to minimalna masa tego pierwiastka potrzebna do podtrzymania reakcji łańcuchowej.
17 czerwca 1942
Prezydent Roosevelt zatwierdził program budowy pierwszej bomby atomowej (tzw. Projekt Manhattan).
Przy Projekcie Manhattan zatrudnionych było
od 150 do 200 tysięcy osób
(w tym nobliści, m. in. Richard Feynman,
Niels Bohr czy Erwin Schrödinger)
Efektem prac było przeprowadzenie
pierwszej detonacji bomby atomowej
16 lipca 1945 roku,
na pustyni Jornada del Muerto
w stanie Nowy Meksyk.
Rys. 2 - Pierwsza bomba atomowa „GADGET". [2]
Bomba, która ważyła w sumie 5 ton,
eksplodowała z siłą 20 kt trotylu.
Pierwsza bomba atomowa, wykorzystana przeciwko ludziom,
eksplodowała w japońskim mieście Hiroszima
dnia 6 sierpnia 1945 roku
("Little Boy", wybuch o sile
ok. 13 kt trotylu, 70 - 90 tys. ofiar).


9 sierpnia na Nagasaki
zrzucona została bomba o nazwie "Fat Man"
(siła ok. 22 kt, 40 - 70 tys. ofiar).
Dynamiczny rozwój prac w dziedzinie
militarnego zastosowania energii jądrowej
został po wojnie wykorzystany
w budowie pierwszych elektrowni atomowych.
20 grudnia 1951
W ośrodku INEEL w pobliżu Idaho Falls pierwszy raz wykorzystano energię elektryczną wytworzoną w reaktorze atomowym.
Rys. 3 - Reaktor EBR-1 zasila cztery żarówki. [3]
Pierwszą elektrownię atomową uruchomiono
w 1954 r. w Obnińsku (były ZSRR), a nastepne
w 1956 r. w Calder Hall (Wielka Brytania)
i w 1957 r. w Shippingport (USA).
26 kwietnia 1986
Katastrofa w elektrowni jądrowej w Czarnobylu.
Rys. 4 - Blok nr 4 po ugaszeniu pożaru. [4]
Rys. 6 - Konstrukcja reaktorów: A) kanałowych; B) zbiornikowych. [6]
największa katastrofa w historii energetyki jądrowej
powodem były wady konstrukcyjne reaktora i czynnik ludzki
skażeniu uległ obszar 125 - 146 tys. km2
terenu na pograniczu Białorusi, Ukrainy i Rosji
ewakuowano i wysiedlono ponad 350 tys. osób
do dziś zamknięta jest 30-stokilometrowa
strefa wokół elektrowni (Czarnobylska Zona)
Spośród 134 pracowników likwidujących awarię,
u których wystąpiła ostra choroba popromienna,
28 osób zmarło z jej powodu w 1986,
a 19 kolejnych w latach późniejszych
(dane wg Raportu Forum Czarnobyla).
Szacuje się, że ok. 600 000 osób na świecie
narażonych zostało na podwyższoną dawkę promieniowania rzędu 1 mSv (wielkość porównywalna z dawką przyjętą podczas robienia zdjęcia rentgenowskiego).
Ze względu na kontrowersje oraz plotki
trudno dziś dociec faktycznych skutków katastrofy.
od 11 marca 2011
W elektrowni atomowej Fukushima I doszło do serii wypadków jądrowych, które doprowadziły do ogłoszenia alarmu atomowego i ewakuacji ludności z rejonu obiektu.
Rys. 5 - Zniszczenia na terenie elektrowni wywołane trzęsieniem ziemi, tsunami i awarią – zdjęcie satelitarne reaktorów nr 1, 2, 3 i 4 z 16 marca 2011. [5]
do awarii doszło w wyniku trzęsienia ziemi u wybrzeży Honsiu
i towarzyszącego mu tsunami
w reaktorach nr 1, 2 i 3 doszło do stopienia rdzeni
doszło do jednej awarii 7 stopnia w siedmiostopniowej skali INES
(jak w Czarnobylu), połączonej z emisją substancji
promieniotwórczych do środowiska
14 kwietnia 2011 roku Junichi Matsumoto, pełniący obowiązki prezesa firmy TEPCO (właściciela elektrowni Fukushima I) stwierdził, że z punktu widzenia emisji materiałów radioaktywnych katastrofa była równa katastrofie jądrowej w Czarnobylu lub od niej większa.

Jednocześnie Japońska Komisja Bezpieczeństwa Nuklearnego oceniała, że ilość uwolnionego materiału promieniotwórczego wynosiła ok. 10% tego, co zostało uwolnione w trakcie katastrofy w Czarnobylu.
Wg WHO ryzyko zachorowania na raka
w wyniku oddziaływania elektrowni jądrowej
w Fukushimie nie wzrosło.
Zwrócono jednak uwagę, ze w okolicach zakładu istnieje ryzyko większej zachorowalności na schorzenia tarczycy w związku z oddziaływaniem izotopu jodu 131.
1 – RDZEŃ,
2 – ZESPÓŁ PALIWOWY,
3 – MODERATOR,
4 – CIŚNIENIOWE KANAŁY PALIWOWE,
5 – KOLEKTORY WODNE,
6 – CIŚNIENIOWY ZBIORNIK REAKTORA
Budowa i zasada działania
elektrowni jądrowej
Podstawowe konstrukcje reaktorów:
Pressurized Water Reactor (PWR)
Boiling Water Reactor (BWR)
Advanced Gas Reactor (AGR)
Canadian Deuterium Uranium (CANDU)
Rieaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj
(RBMK) - wycofywany
Reaktory
kanałowe
zbiornikowe
prosta konstrukcja rdzenia
niewielkie rozmiary
wymaga przerwania pracy
do wymiany paliwa
najpowszechniejszy typ reaktora
brak zbiornika (tańsza budowa)
większe możliwości zwiększenia mocy (jednak przy budowie reaktorów o mocy >1500 MWe budowa ulega znacznemu skomplikowaniu)
wymiana paliwa może odbywać się w sposób ciągły, bez przerywania pracy
w przypadku zwiększenia ilości pary w reaktorze może nastąpić wzrost reaktywności i utrata stabilności
Reaktory
kanałowe
zbiornikowe
Żeby nie było zbyt prosto...
Tab. 1 - Klasyfikacja jądrowych reaktorów energetycznych. [7]
Zasada działania elektrowni jądrowej
na przykładzie reaktorów lekkowodnych ciśnieniowych (PWR) i wrzących (BWR)
Wzbogacanie uranu
Rys. 7 - Schemat cyklu przetwarzania uranu. [8]
Rys. 9 - Polityka różnych państw wobec energetyki jądrowej. Stan na 29.08.2011r. [9]
Stan energetyki jądrowej
na świecie
Obecnie na świecie pracuje 436 reaktorów energetycznych
(5 reaktorów jest w stanie długoterminowego wyłączenia.)
w 30 państwach i na Tajwanie
(stan na dzień 03.05.2012).
Udział elektrowni jądrowych
w światowej produkcji energii elektrycznej
wynosi obecnie ok. 14%.
Moc zainstalowana wynosi 370,499 GWe.
Rys. 10 - Udział poszczególnych paliw w światowej produkcji energii elektrycznej w 2008r. [9]
Rys. 11 - Struktura źródeł energii elektrycznej na świecie w latach 1973-2010. [9]
Rys. 12 - Udział elektrowni jądrowych (EJ) w krajowej produkcji energii elektrycznej w różnych państwach. [9]
Rys. 13 - Liczba pracujących reaktorów energetycznych w poszczególnych państwach
(stan na dzień 29.05.2011). [9]
W budowie są 62 bloki jądrowe
w 13 państwach (+ Tajwan).

Planowanych jest ok. 500 reaktorów
w 60 państwach,
(z czego ok. 80 reaktorów w 31 państwach nie posiadających jeszcze elektrowni jądrowych).
Większość, bo ok. 81%
to reaktory lekkowodne (PWR i BWR).
Ok. 75% reaktorów energetycznych pracuje już ponad 20 lat. Pozostałe 25% ma ponad 30 lat. Starzenie się obecnej floty reaktorów ma swoją przyczynę w spowolnieniu rozwoju energetyki jądrowej po awarii w Czarnobylu.
Obecnie energetyka jądrowa przeżywa swój renesans.
Czynniki skłaniające do inwestycji
w energetykę jądrową:
Energetyka jądrowa:
tak czy nie?

wzrastający popyt na energię elektryczną
niska i stabilna cena energii elektrycznej wytwarzanej w EJ
brak konkurencji ze strony źródeł odnawialnych
obawa przed uzależnieniem się od dostaw energii elektrycznej z zagranicy
rosnące ceny ropy naftowej i gazu ziemnego
brak monopolizacji rynku dostaw paliwa jądrowego, usług jądrowego cyklu paliwowego oraz produkcji komponentów elektrowni jądrowych
opanowanie technologii jądrowej i zgromadzenie dużego doświadczenia w pracy bloków jądrowych
troska o środowisko naturalne (brak emisji zanieczyszczeń przez elektrownie jądrowe)
stymulacja przez energetykę jądrową rozwoju wielu dziedzin nauki i gospodarki
Czynniki utrudniające inwestycje
w energetykę jądrową:
konieczność poniesienia relatywnie wysokich nakładów na budowę EJ
konieczność poniesienia dodatkowych kosztów związanych ze szkoleniem kadr, informacją społeczeństwa, budową infrastruktury i zaplecza naukowo-badawczego (dotyczy państw nie posiadających do tej pory elektrowni jądrowych)
w niektórych przypadkach konieczność dostosowania krajowego systemu elektroenergetycznego do możliwości wyprowadzenia mocy z dużych bloków energetycznych (powyżej 1000 MWe)
Prognozy rozwoju energetyki jądrowej
Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (IAEA) przewiduje, że w roku 2020 moc zainstalowana
w elektrowniach jądrowych będzie wynosiła
od 437 do 542 GWe.
Szacunki do roku 2030 wskazują na przedział
510 - 810 GWe.
Według przewidywań wzrośnie również udział zastosowań reaktorów jądrowych do celów gospodarczych innych niż produkcja energii elektrycznej (odsalanie wody morskiej, produkcja ciepła do ogrzewania budynków, produkcja ciepła technologicznego, produkcja wodoru).
Warto zauważyć, że wartości te wzrosły
w porównaniu do szacunków sprzed 2008 r.
Jeszcze w 2001 r. prognoza „pesymistyczna” przewidywała spadek mocy zainstalowanej do 2020 r.
a obecnie prognoza „pesymistyczna” przewiduje stabilny i stopniowy niewielki wzrost.
Uran jest ok. 500x bardziej rozpowszechniony niż złoto.
Wg różnych szacunków zasoby tego pierwiastka
wystarczą na najbliższe 100 do 300 lat.
Paliwo jądrowe
Paliwo jądrowe jest wytwarzane z takich pierwiastków jak uran, pluton i pośrednio tor
(w czasie pracy reaktorów).
Po tym czasie nie powinno być kłopotów
z surowcem - rosną zdolności odzyskiwania
paliwa z odpadów (surowiec wtórny)
oraz możliwości pozyskiwania uranu rozszczepialnego U-233 z toru.
Po wydobyciu rudy uranowej dokonuje się jej wstępnego przerobu polegającego na kruszeniu, mieleniu i oczyszczaniu.
Produktem tego procesu jest uraninit (U2O3)
zaw. ok. 1% izotopu U-235.
Dwa podstawowe etapy:
• Konwersja tlenku uranu do gazowego
sześciofluorku uranu (UF6).
• Mieszanie UF6 w wirówce
(rozdział U-238 i U-235)
Wzbogacanie do zawartości
U-235 od 3 do 5%.
Następnym krokiem jest
wytworzenie zestawów paliwowych
(konwersja wzbogaconego UF6
do dwutlenku uranu).
1g uranu to odpowiednik nawet 1,5t węgla.
Wg badań przeprowadzonych
na koniec 2012 roku
na zlecenie Ministerstwa Gospodarki



ankietowanych
jest za budową elektrowni Jądrowej w Polsce.
56%
W roku 2007 zużyto ok. 65 000 t uranu naturalnego.
Klasyfikacja i składowanie odpadów
promieniotwórczych

TOR
Alternatywą dla uranu może okazać się...
w LFTR brak wodnego chłodzenia i wysokich ciśnień
tor nie wymaga wzbogacania, ponadto występuje 4x częściej od uranu
wypalone paliwo zawiera znacznie niższe ilości radiotoksycznych izotopów aktynowców
brak możliwości wykorzystania wypalonego paliwa do budowy ładunków jądrowych
większe bezpieczeństwo użytkowania
Rys. 8 - Porównanie ilości odpadów powstałych w LWR i LFTR. [10]
LFTR nie opiera się na paliwie stałym,
lecz ciekłym -
fluorku Th-232
LFTR nadal jest w fazie badań.
Źródła:
Odnośniki:
[1] - http://shafei.com/
[2] - G. Jezierski, „Energia Jądrowa wczoraj i dziś”, WNT Warszawa 2005 r.
[3] - http://www.mt.com.pl/wp-content/uploads/2010/09/zarowki_reaktor-150x148.jpg
[4] - http://inapcache.boston.com/universal/site_graphics/blogs/bigpicture/chernobyl_25th_anniversary/bp2.jpg
[5] - http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Fukushima_I_by_Digital_Globe.jpg/800px-Fukushima_I_by_Digital_Globe.jpg
[6] - Z. Celiński, A. Strupczewski : „Podstawy energetyki jądrowej” WNT Warszawa 1984 r.
[7] - G. Jezierski, „Energia Jądrowa wczoraj i dziś”, WNT Warszawa 2005 r.
[8] - http://poznajatom.pl/poznaj_atom/
[9] - http://www.atom.edu.pl/index.php/component/content/article/74-energetyka-jadrowa-na-swiecie/104-stan-energetyki-jadrowej-na-swiecie.html
[10] - http://realdoctorstu.files.wordpress.com/2011/03/thorium-waste-comparison.jpg
[11] - http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/Fort-greely-low-level-waste.jpg
[12] - http://static.guim.co.uk/sys-images/Guardian/Science/pix/2007/07/27/nuclear_2.jpg
[13] - http://www.nuclear.pl/podstawy/images/skladowisko.jpg
[14] - http://ekogroup.info/wp-content/uploads/2010/08/zarnowiec_ruiny_elektrownia_jadrowa.jpg
JĄDROWE REAKTORY ENERGETYCZNE – BUDOWA, ZASADA DZIAŁANIA, EKSPLOATACJA - M. Zarzycki, Fundacja Forum Atomowe
CYKL TOROWY W ENERGETYCE JĄDROWEJ - Stefan Chwaszczewski, Instytut Energii Atomowej, Otwock, Świerk
strony internetowe: http://poznajatom.pl/ i http://www.atom.edu.pl/
Atom a ekologia
Niewątpliwie to właśnie elektrownie atomowe
są obecnie najbardziej wydajnym, przyjaznym
dla środowiska źródłem energii.
Nie emitują one tlenków węgla, siarki i azotu, odpowiedzialnych za powstawanie kwaśnych deszczów i efektu cieplarnianego.
Elektrownia węglowa wytwarzająca energię
rzędu 1000MW/rok, oprócz gazów cieplarnianych, dymów oraz pyłów i popiołów, emituje w tym czasie ok. 30 ton toru i 2 ton uranu.

Biorąc pod uwagę tanie koszty
pozyskiwania energii z takiego źródła
(ok. 84 $/MWh – dane MIT, z 2009 roku),
możemy się jedynie zastanawiać gdzie tkwi
haczyk
?
Wspaniałe i kosztowne instalacje reaktorów atomowych pozostawiają po sobie odpad w postaci wypalonego, ciągle promieniotwórczego paliwa.
Co z Polską?
W latach 1982-1990r. nad Jeziorem Żarnowieckim, trwała budowa pierwszej polskiej elektrowni atomowej – Elektrownia Jądrowa Żarnowiec. Nowoczesny jak na tamte czasy kompleks zajmował obszar 70ha i stanowił pierwszy krok w realizacji polskiego programu energetyki jądrowej.
Elektrownia w Żarnowcu docelowo miała się składać z czterech bloków energetycznych napędzanych reaktorami WWER-440 o łącznej mocy ok. 1600 MW.
Zmiana warunków ekonomicznych w Polsce po 1989 roku, a także długotrwałe protesty aktywistów i negatywny odbiór części społeczeństwa, który wzmógł się szczególnie po katastrofie w Czarnobylu, spowodowały, że budowa została przerwana i elektrownia wówczas nie powstała.
Rys. 17 - Ruiny elektrowni w Żarnowcu. [14]
Składowanie
odpadów radioaktywnych
jest problemem, z którym borykają się koncerny energetyczne na całym świecie. Zarówno sposób jak i miejsce przechowywania musi być dokładnie przemyślane. O miejscu decydują głównie warunki geologiczne i hydrologiczne, jednak kluczową rolę odgrywają warunki społeczne – w końcu nikt nie chce mieć składowiska odpadów radioaktywnych pod oknem.
Odpady radioaktywne są to wszelkiego rodzaju przedmioty, materiały o różnych stanach skupienia, substancje organiczne i nieorganiczne, nie nadające się do dalszego wykorzystania, a zanieczyszczone objętościowo lub powierzchniowosubstancjamipromieniotwórczymi w stopniu przekraczającym dopuszczalne ilości (określone według odpowiednich przepisów).
Odpady niskoaktywne:
Ich duże ilości powstają w procesie wydobycia uranu. Drobno zmielone odpady są dużym zagrożeniem, gdyż mogą być łatwo przenoszone przez wodę i wiatr.
W praktyce, zostają zwałowane w okolicy kopalń i „zabezpieczone” ziemią oraz roślinnością.

Do odpadów niskoaktywnych zaliczane są m.in.: odzież ochronna, lignina, bibuła, sprzęt laboratoryjny, narzędzia, a więc wszystko co uległo skażeniu przez zetknięcie z substancjami promieniotwórczymi.
Odpady tej grupy w postaci stałej lub ciekłej są najpierw na drodze stężania, ściskania lub spalania redukowane do możliwie najmniejszej objętości. Następnie zostają zacementowane w beczkach.
Rys. 14 - Składowisko odpadów niskoaktywnych. [11]
Odpady o średnim poziomie aktywności
Należą do nich:
koncentraty promieniotwórcze, powstające w procesie zatężania ścieków
zużyte materiały sorpcyjne, np. fragmenty konstrukcji urządzeń i instalacji jądrowych
pojemniki używane do transportu paliwa

Obecnie traktuje się je jako odpady słabo promieniotwórcze lub wyodrębnia się z nich izotopy silnie promieniotwórcze o długim okresie połowicznego rozpadu. (sposób przechowywania i utylizacji jest taki sam jak w przypadku odpadów nisko promieniotwórczych).
Odpady o wysokim poziomie promieniotwórczości:
są to z reguły produkty rozpadu rozpuszczone w kwasie azotowym, będące źródłem ok. 95% promieniowania wszystkich odpadów promieniotwórczych, stąd należy przy ich składowaniu zachować szczególną ostrożność.
Został dla nich opracowany specjalny sposób zeszkliwiania: najpierw następuje proces zagęszczania i chemicznego przetwarzania, potem w około 1100 C stapia się je z proszkiem szklanym tworząc z nich nierozłączny składnik szkliwa.
Całość trafia do beczek ze stali nierdzewnej, w których pod osłoną płaszczy ołowianych są przechowywane bez ograniczeń czasowych.
Rys. 15 - Wysoko radioaktywny odpad przechowywany w Sellafield. [12]
Nim opiszemy w jaki sposób składuje się odpady promieniotwórcze, przeprowadźmy ich klasyfikację.
Na rysunku pokazano typowe miejsce przechowywania odpadów promieniotwórczych. Z reguły są to wyeksploatowane kopalnie soli.

I tak najpłycej składuje się odpady słabo aktywne - są to poukładane beczki z odpadami. Na średnim poziomie kopalni przechowuje się odpady średnio aktywne, które w beczkach wrzuca się w procesie zautomatyzowanym do komory.

Odpady wysoko aktywne zostają zabetonowane na najniższym poziomie kopalni (poniżej 1.000 m). Mogielniki umieszcza się w odwiertach i tam zostają zalane cementem.
Rys. 16 - Przekrój przez składowisko odpadów
promieniotwórczych. [13]
Full transcript