Prezentace aplikace PowerPoint - Základní škola Petra Bezruče

Základní škola národního umělce Petra Bezruče,
Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454
Zpracováno v rámci OP VK - EU peníze školám
Jednička ve vzdělávání
CZ.1.07/1.4.00/21.2759
Název DUM: Jaderná energie
Název sady DUM
Energie
Číslo DUM
VY_32_INOVACE_14_S1-19
Vzdělávací oblast
Člověk a příroda
Vzdělávací obor
Fyzika
Ročník
9.
Autor, datum vytvoření
Mgr. Zbyněk Šostý, 2012
Doporučené ICT a pomůcky
Dataprojektor, PC, popř. interakt. tabule
Základní škola národního umělce Petra Bezruče,
Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454
Zpracováno v rámci OP VK - EU peníze školám
Jednička ve vzdělávání
CZ.1.07/1.4.00/21.2759
Anotace:
DUM obsahuje základní pojmy z problematiky jaderné energie a to
včetně jejich následného vysvětlení.
Doporučení:
DUM lze využít např. pro opakování daných pojmů s následným rozšířením informací.
Obsahem jsou také otázky, které je možno zadat formou písemného opakování.
Jaderné reakce
Jaderná reakce
Reakce jaderného slučování
První jaderná reakce
Plazma
Jaderná energie
Jaderná elektrárna
Kritická hmotnost
Jaderný reaktor
Řetězová jaderná reakce
Jad. reaktor-moderátor
Jaderná energetika
Jaderná reakce
• Jaderná reakce je přeměna atomových jader, která může
probíhat samovolně nebo být vyvolaná působením jiného
jádra nebo částice.
• Při jaderných reakcích dochází k energetickým přeměnám.
• Nukleony jsou vázány velkými silami → při reakci dochází k
uvolnění velké energie.
První jaderná reakce
Roku 1919 dokázal jako první na světě
transmutovat jeden chemický prvek na jiný.
Podařilo se mu jadernou reakcí dusíku s alfa
částicí přetvořit dusík na kyslík.
7N
14
+ 2He4 → 8O17 + 1p1
Ernest Rutherford.jpg
Jaderná energie
Jaderná energie je energie, která existuje a uvolňuje se z jaderných
reakcí v atomovém jádře. Je označována také jako atomová energie.
235U
– využití elektrárny i zbraně
• Jako jaderné palivo se dá v tzv. těžkovodních reaktorech využít rovněž
přírodní uran, je to však mnohem náročnější, proto se tato možnost zatím
v praxi příliš nevyužívá.
• Z izotopu 238U se v rychlých množivých reaktorech dá vyrábět plutonium,
zejména štěpitelný izotop 239Pu. Tento postup se však zatím příliš
nepoužívá kvůli vysokým investičním nákladům a vyšší technologické
náročnosti.
• Štěpitelný je rovněž izotop 233U, který lze množit z thoria.
Kritická hmotnost
Aby mohla proběhnout řetězová reakce, musí mít štěpný
materiál kritickou hmotnost.
Příklady kritické hmotnosti pro různé štěpné materiály:
• uran 235U
kritická hmotnost čistého materiálu pro kulové uspořádání je
48kg, tato koule by měla průměr asi 18cm.
• uran 233U
kritická hmotnost čistého materiálu pro kulové uspořádání je
16kg, tato koule by měla průměr asi 12cm.
Řetězová jaderná reakce
• Štěpná jaderná reakce je jaderná reakce,
při níž dochází k rozbití jádra nestabilního
atomu vniknutím cizí částice
(většinou neutronu) za uvolnění energie.
• Ke štěpné jaderné reakci dochází u těžkých
atomových jader (např. 235U) při jejich
ostřelování neutrony.
• Při rozštěpení jádra uranu se rovněž uvolní
dva až tři rychlé neutrony.
Štěpná reakce
neutron rozštěpí jádro uranu, z něho se uvolní další tři neutrony, které štěpí další
jádra uranu; zároveň se uvolní energie
Reakce jaderného slučování –
termojaderné reakce
• Termonukleární reakce či termojaderná fúze je proces, při kterém
dochází ke sloučení atomových jader (jaderné fúzi) za pomoci
vysoké teploty či tlaku.
• Daný děj probíhá ve středu Slunce.
• Ve snaze zvládnout jadernou fúzi řízeně a následně ji použít jako
zdroj energie byla vyvinuta celá řada postupů a zařízení. Klíčovým
problémem je, že pro dosažení fúze je třeba ohromné teploty.
Plazma
Plazmová vlákna na Slunci
• Plazma je ionizovaný plyn složený z iontů, elektronů
(a případně neutrálních atomů a molekul).
• Plazma je čtvrté skupenství hmoty.
Jaderná elektrárna
Skládá se obvykle z:
• jaderného reaktoru,
• parní turbíny
• alternátorem a z mnoha dalších pomocných provozů.
V principu se jedná o parní elektrárnu, ve které se energie získaná
jaderným reaktorem používá k výrobě páry v parogenerátoru.
Tato pára pohání parní turbíny, které pohání alternátory pro
výrobu elektrické energie.
Schéma nejběžnějšího typu jaderné elektrárny
s tlakovodním reaktorem
1.Reaktorová hala, uzavřená v
nepropustném kontejnmentu.
2.Chladicí věž.
3.Tlakovodní reaktor.
4.Řídící tyče.
5.Kompenzátor objemu.
6.Parogenerátor. V něm horká voda
pod vysokým tlakem vyrábí páru v
sekundárním okruhu.
7.Aktivní zóna.
8.Turbína - vysokotlaký a nízkotlaký
stupeň.
9.Elektrický generátor.
10.Transformační stanice.
11.Kondenzátor sekundárního okruhu.
12.Plynný stav
13.Kapalný stav
14.Přívod vzduchu do chladicí věže.
15.Odvod teplého vzduchu a páry
komínovým efektem.
16.Řeka
17.Chladící okruh
18.Primární okruh (voda pouze
kapalná pod vysokým tlakem).
19.Sekundární okruh (červeně
značena pára, modře voda).
20.Oblaka vzniklá kondenzací
vypařené chladicí vody.
21.Pumpa
Jaderný reaktor
• Jaderný reaktor je zařízení, ve kterém probíhá
řetězová jaderná reakce, kterou lze kontrolovat a udržovat ve
stabilním běhu (na rozdíl od jaderné exploze).
• V současné době ve všech běžně užívaných reaktorech je
reakce založena na štěpení jader.
• Existují však i experimentální reaktory založené na
jejich syntéze.
Tlakovodní reaktor
• Tlakovodní reaktor je označení pro jaderný reaktor, v němž tvoří chladivo i
moderátor voda.
• Tímto typem reaktoru je vybavena většina současných jaderných elektráren.
Používají se také na lodích a jaderných ponorkách.
Jaderný reaktor - moderátor
• V jaderných elektrárnách se používá mnoho konstrukčně
rozdílných druhů reaktorů. Lze je rozdělit podle
užívaného moderátoru neutronového toku a chladiva.
• Moderátor neutronů je látka sloužící ke
zpomalování neutronů.
• K účelům moderování se používá nejčastěji voda (obvykle
spojená i s funkcí chladicí), těžká voda nebo grafit, případně i
jiné vhodné látky. V ČR se používá voda v Dukovanech i Temelíně.
Jaderná energetika
• Nejvýznamnějším využitím jaderné energie je
výroba elektrické energie v jaderných elektrárnách.
• Jaderné zdroje mají nyní přibližně 17% podíl na světové
výrobě elektřiny a přibližně 7% podíl na spotřebě energie
celkově.
Více info
Info z Wiki
K procvičení
1. Co jsou jaderné síly a jaké mají vlastnosti.
2. Jak vzniká jaderná energie?
3. Kdo dokázal přeměnit jeden chemický prvek na jiný? O jaké
prvky se jednalo?
4. Co to jsou štěpné materiály?
5. Které štěpné prvky se používají pro jaderné reakce?
K procvičení
6. Co je to kritická hmotnost?
7. Co je to plazma? Jak vzniká?
8. Co je to termojaderná reakce?
9. Co je to moderátor v jaderném reaktoru?
10. Popiš princip činnosti jaderné elektrárny.
Zdroje dalších informací
Informace a ukázky z učivo - atomové jádro
Zdroje informací
Slide 5
Ernest Rutherford.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2010-03-10 [cit.
2013-01-14]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Ernest_Rutherford.jpg
Slide 8
Nuclear fission.svg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2010-05-03 [cit.
2013-01-14]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Nuclear_fission.svg
Slide 10
Kernzerfall.svg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2010-02-06 [cit.
2013-01-14]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Kernzerfall.svg
Slide 11
HINODE JAXA/NASA. 171879main LimbFlareJan12 lg.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA):
Wikimedia Foundation, 2007-03-22 [cit. 2013-01-14]. Dostupné z:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:171879main_LimbFlareJan12_lg.jpg
Slide 13
KUNTOFF, Steffen. Nuclear power plant-pressurized water reactor-PWR.png. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online].
San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2005-10-02 [cit. 2013-01-14]. Dostupné z:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-PWR.png
Slide 15
U.S.NRC. PressurizedWaterReactor.gif. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia
Foundation, 2007-06-29 [cit. 2013-01-14]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:PressurizedWaterReactor.gif