energetyka j drowa n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
ENERGETYKA JĄDROWA PowerPoint Presentation
Download Presentation
ENERGETYKA JĄDROWA

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 71

ENERGETYKA JĄDROWA - PowerPoint PPT Presentation


  • 149 Views
  • Uploaded on

ENERGETYKA JĄDROWA. TADEUSZ HILCZER. Historia. Wstęp. Historia energetyki jądrowej jest związana z rozwojem fizyki jądrowej pierwszej połowy XX wieku.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'ENERGETYKA JĄDROWA' - yetty


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
energetyka j drowa

ENERGETYKA JĄDROWA

TADEUSZ HILCZER

wst p
Wstęp
  • Historia energetyki jądrowej jest związana z rozwojem fizyki jądrowej pierwszej połowy XX wieku.
  • Wybuch II Wojny Światowej spowodował, że olbrzymi wysiłek umysłu oraz olbrzymie środki materialne zostały skierowane na zastosowanie militarne energii jądrowej.
    • W pracach badawczych i teoretycznych brali udział praktycznie wszyscy wybitni fizycy tego okresu, w tym prawie wszyscy laureaci Nagrody Nobla.
  • Właściwy rozwój energetyki jądrowej nastąpił dopiero w drugiej połowie XX wieku.
  • Do rozwoju przyczyniło się doświadczenie zdobyte przy opracowaniu zastosowań militarnych.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

albert einstein 1879 1955 nn 1921
Albert Einstein (1879-1955) – NN 1921

Niemcy

E = mc2

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

niels bohr 1885 1962 nn 1922
Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922

Wielka Brytania

  • Teoria budowy atomu wodoru

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

ernest rutherford 1871 1937 nn 1908
Ernest Rutherford (1871-1937) – NN 1908

Wielka Brytania

  • Zrealizował pierwsze sztuczne rozbicie jądra azotu za pomocą cząstki 

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

rozbicie j dra azotu
Rozbicie jądra azotu
  • „...Musimy dojść do wniosku, że atom azotu zostaje rozbity pod wpływem wielkich sił, które pojawiają się podczas zderzenia z szybka częstą a i że atom wodoru, który się uwalnia, był składnikiem jądra azotu...”

E. Rutherford, Phil.Mag. 37, 581 (1919)

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda
W pracowni Rutherforda

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda1
W pracowni Rutherforda

raz

raz

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda2
W pracowni Rutherforda

W pracowni Rutherforda

dwa

dwa

raz

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda3
W pracowni Rutherforda

trzy

trzy

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda4
W pracowni Rutherforda

W pracowni Rutherforda

sto

sto

raz

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda5
W pracowni Rutherforda

W pracowni Rutherforda

co??

dosyć, więcej nie mogę

raz

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

w pracowni rutherforda6
W pracowni Rutherforda

W pracowni Rutherforda

raz

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

ernest rutherford 1871 1937 nn 19081
Ernest Rutherford (1871-1937) – NN 1908

3 czerwca – Wielka Brytania

  • ….w jądrze atomowym powinna znajdować się jakaś cząstka, o stosunkowo dużej masie, pozbawiona ładunku

„BakerianLecture”

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

wolfgang pauli 1900 1958 nn 1945
Wolfgang Pauli (1900-1958) – NN 1945
  • „Zakaz Pauliego”

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

werner heisenberg 1901 1976 nn 1932
Werner Heisenberg (1901-1976) – NN 1932
  • Zasada nieokreśloności

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

walther bothe 1891 1957 nn 1945 herbert becker
Walther Bothe (1891-1957) – NN 1945Herbert Becker

Niemcy

  • Bombardowali lekkie pierwiastki cząstkami  ze źródła polonowego
  • Przy bombardowaniu berylu zauważyli słabe lecz przenikliwe promieniowanie, nazwane przez nich „promieniowanie berylowe”
  • Początkowo uważali „promieniowanie berylowe” za strumień promieniowania 

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

do wiadczenie bothego beckera
Doświadczenie Bothego-Beckera
  • „...promieniowanie berylowe bardziej przenikliwe niż zwykłe promienie g, powstaje przy naświetlaniu berylu cząstkami a z radu...”
  • H.Becker, Z,Phys, 6, 29,310 (1930)

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

igor j tamm 1895 1971 nn 1958
Igor. J. Tamm (1895-1971) – NN 1958

ZSRR

  • Badał rozproszenie kwantów na cząstkach

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

irena joliot curie 1897 1956 nn 1935 fryderyk joliot curie 1900 1958 nn 1935
Irena Joliot-Curie (1897-1956) – NN 1935Fryderyk Joliot-Curie (1900-1958) – NN 1935

Pod koniec roku - Francja

  • ... „promieniowanie berylowe” wybija protony z parafiny

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

james chadwick 1891 1974 nn 1935
James Chadwick (1891-1974) – NN 1935

Luty – Wielka Brytania

  • Badał prędkości z jakimi były wybijane protony i inne jądra odrzutu z różnych substancji.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

james chadwick 1891 1974 nn 19351
James Chadwick (1891-1974) – NN 1935
  • Stosując teorię zderzeń wyliczył, że „promieniowanie berylowe” składa się z cząstek o masie bliskiej masy protonu lecz pozbawione jest ładunku elektrycznego
    • Potwierdził hipotezę Rutherforda o istnieniu elektrycznie obojętnej ciężkiej cząstki, o masie protonu i elektronu, nazwanej neutronem.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

leo szilard 1898 1974
Leo Szilard (1898-1974)

12 września – Wielka Brytania

  • Wygłosił pogląd, że jest możliwe wywołanie reakcji łańcuchowej na skutek pochłaniania neutronów przez jądra atomowe z równoczesnym wydzieleniem dużych ilości energii

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

enrico fermi 1901 1954 nn 1938
Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938
  • Badał wpływ neutronów na różne pierwiastki - od lekkich aż do najcięższego wówczas znanego pierwiastka – uranu
  • Opracował metodę spowalniania neutronów

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

prace fermiego
Prace Fermiego
  • Fermi zakładał, że wychwyt neutronu przez jądro atomowe o liczbie porządkowej Z na skutek późniejszego rozpadu b prowadzi do powstania jądra o liczbie atomowej Z+1.
  • Badanie procesów wychwytu neutronu wykazało, że gdy bombardowane jest ciężkie jądro (A > 200) a w otoczeniu znajduje się materiał bogaty w wodór (np. parafina) wówczas obserwowana jest szczególnie wysoka emisja promieniowania b.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

prace fermiego1
Prace Fermiego
  • Do identyfikacji uzyskanych w reakcjach z neutronami izotopów promieniotwórczych stosowano metodę analizy radiochemicznej.
  • Metoda ta polega na tym, że do jąder-tarczy dodaje się dokładnie znaną masę trwałego izotopu pierwiastka, który jest przewidywany jako produkt reakcji jądrowej.
  • Po reakcji jądrowej metodami chemicznymi wydziela się dodany pierwiastek i stwierdza, czy zawiera dodatkowo izotop promieniotwórczy.
  • Istnienie takiego izotopu pozwala wnioskować o schemacie reakcji jądrowej.
  • W trakcie doświadczeń stwierdzono, że uran rzeczywiście wychwytuje neutron.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

prace fermiego2
Prace Fermiego
  • Próby zidentyfikowania pierwiastka otrzymanego po wychwycie neutronu przez uran metodami radiochemicznymi nie dały jednak spodziewanych rezultatów.
  • Oczekiwano, że neutrony połączą się z jądrem, tworząc nietrwały, cięższy izotop, który emitując promieniowanie b- utworzy jądro transuranowe:
  • Oczekiwane jadro nazwano neptunem które w wyniku przemiany b miało przekształcić się w kolejne jądro - pluton.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

otto hahn 1879 1968 nn 1945 lise meitner 1078 1968
Otto Hahn (1879-1968) – NN 1945Lise Meitner (1078-1968)
  • Prowadzili w Berlinie prace podobne do prac Fermiego.
  • Również byli przekonani, że w wyniku oddziaływania neutronów na jądro uranu powstaje jądro transuranowca.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

leo szilard 1898 1964
Leo Szilard (1898-1964)

4 lipca – Wielka Brytania

Opatentował:

- technologię wykorzystania neutronów - reakcję łańcuchową

- koncepcję masy krytycznej

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

ida noddack 1896 1978
Ida Noddack (1896-1978)
  • Zaproponowała inną interpretację wyników doświadczeń Hahna-Meitner.
  • W pracy opublikowanej w Z.f.Angew.Chemie, zasugerowała możliwość rozpadu ciężkiego jądra na mniejsze fragmenty.
  • Ta możliwość nie została uznana za prawdopodobną.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

igor w kurczatow 1896 1978
Igor W. Kurczatow (1896-1978)

ZSRR

  • Odkrył długożyciowe izomery jądrowe

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

lise meitner fritz strassmann
Lise Meitner → Fritz Strassmann

Dnia 13 lipca Lise Meitner (z pochodzenia żydówka) musiała opuścić Berlin.

Jej miejsce w laboratorium Hahna zajął radiochemik Fritz Strassmann

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

aparatura hahna i strassmanna
Aparatura Hahna i Strassmanna

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

irena joliot curie 1897 1956 nn 1935 pavel savitsch 1909
Irena Joliot-Curie (1897-1956) NN 1935Pavel Savitsch (1909)

Wrzesień 1938

  • Opublikowali wyniki analizy
    • jeden z powstałych produktów przy bombardowaniu uranu neutronami ma własności chemiczne podobne do lantanu.
  • Hipoteza
    • izotop powstałego transuranowca.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

otto hahn 1879 1968 nn 1945 fritz strassmann 1902 1980
Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945Fritz Strassmann (1902-1980)

Koniec roku 1938 – Niemcy

  • Wykazali, że powstały na skutek pochłonięcia neutronu przez uran nietrwały izotop który ulega rozpadowi b, jest chemicznie podobnie do radu.
  • Uran (Z=92) przemieniając się w rad (Z=88) musiałby wyemitować dwie cząstki a.
  • Nie wykryto obecności cząstek a.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

otto hahn do lisy meitner szwecja
Otto Hahn do Lisy Meitner (Szwecja)

19-go grudnia, Berlin

... izotopy radu zachowują się nie jak rad tylko jak bar...

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

otto hahn 1879 1968 nn 1945 fritz strassmann 1902 19801
Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945Fritz Strassmann (1902-1980)

28 grudnia 1938 – Niemcy

  • Po powtórzeniu i dokładnej analizie poprzednich badań stwierdzili z całą pewnością, że w wyniku oddziaływania neutronu z uranem powstaje promieniotwórczy izotop baru.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

otto hahn do lisy meitner szwecja1
Otto Hahn do lisy Meitner (Szwecja)

28-go grudnia, Berlin

... czy to możliwe, że uran się rozpadł ?

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

lise meitner 1878 1968 otto frisch 1904 1979
Lise Meitner (1878-1968)Otto Frisch (1904-1979)

30 grudnia 1938 – Szwecja

  • Prawidłowa interpretacja doświadczenia Hahna i Strassmanna:
    • rozszczepienie jądra uranu
  • Nowy typ przemiany jądrowej, polegającej na rozpadzie jądra uranu na dwie, prawie równe części.

praca ukazała się 11 lutego 1939 w Nature

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

rozszczepienie j dra uranu
Rozszczepienie jądra uranu
  • Proces ten otrzymał nazwę rozszczepienia jądra.
  • Z zachowania ładunku wynika, że oprócz baru (Z=56) musiało powstać jadro kryptonu (Z=36)

(92 - 56 = 36)

  • Na podstawie znanych średnich energii wiązania oszacowali energię kinetyczną, unoszoną przez produktu rozpadu.
  • W przedziale jąder ziem rzadkich średnia energia wiązania jest około 8,5 MeV/nukleon, dla uranu 7,5 MeV/nukleon.
  • Przy rozszczepieniu jądra uranu łączna energia kinetyczna powstałych fragmentów jest rzędu 200 MeV.
  • Energia około 10 razy większa niż największa energia wydzielana w znanych poprzednio reakcjach jądrowych

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

otto hahn 1879 1968 nn 1945 fritz strassmann 1902 19802
Otto Hahn (1879-1968) - NN 1945Fritz Strassmann (1902-1980)

6 stycznia 1939 – Niemcy

  • Wykrycie metali ziem alkalicznych powstających przy napromieniowaniu uranu neutronami i ich zachowanie
    • Über den Nachweiss und das Verhalten bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entsthenden Erdalkamimetalle, Z.f.Naturwiss.

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

leo szilard 1898 19641
Leo Szilard (1898-1964)

Połowa stycznia 1939 – Wielka Brytania

  • „w reakcji rozszczepienia, ze względu na mniejszą masę atomową powstałych fragmentów, istnieje nadmiar neutronów, które mogą być emitowane”

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

niels bohr 1885 1962 nn 19221
Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922

26 stycznia 1939 – USA

  • publicznie ogłasza o odkryciu reakcji rozszczepienia na dorocznym kongresie fizyki teoretycznej na Uniwersytecie George Washingtona w Waszyngtonie

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

26 stycznia 1939 usa
26 stycznia 1939 - USA

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

rozszczepienie j dra uranu1
Rozszczepienie jądra uranu
  • W krótkim czasie po opublikowaniu poprawnej interpretacji wyników doświadczeń Hahna i Strassmanna, wiele laboratoriów, głównie w Ameryce, potwierdziło istnienie reakcji o tak niezwykłym wówczas bilansie energetycznym.
  • Stwierdzono, że po bombardowaniu uranu neutronami powstaje nie tylko para bar-krypton
  • Otrzymano najczęściej pary:

lantan (Z = 57) - brom (Z = 35),

cez (Z = 55) - rubid (Z = 37),

ksenon (Z = 54) - stront (Z = 38).

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

niels bohr 1885 1962 nn 19222
Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922

5 lutego 1939 – USA

  • do rozszczepienia 238U potrzebne są neutrony prędkie
  • do rozszczepienia 235U potrzebne są neutrony powolne

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

enrico fermi 1901 1954 nn 1938 herbert anderson
Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938 Herbert Anderson

marzec 1939 - USA

  • każdy neutron wykorzystany w reakcji rozszczepienia wywołuje emisję około dwóch nowych neutronów

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

enrico fermi 1901 1954 nn 1938 leo szilard 1898 1964
Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938 Leo Szilard (1898-1964)

czerwiec 1939 – USA (Physical Review)

  • Wyniki eksperymentów powielania neutronów w próbce naturalnego tlenku uranu umieszczonego w zbiorniku z wodą
  • Nie uzyskano samopodtrzymującej się reakcji rozszczepienia

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

niels bohr 1885 1962 nn 1922 john wheeler 1911
Niels Bohr (1885-1962) – NN 1922John Wheeler (1911)

31 sierpnia 1939 – USA (Physical Review)

  • Izotop uranu 235U jest materiałem bardziej rozszczepialnym niż 238U
  • Nie odkryty pierwiastek 23994 (pluton) powinien się charakteryzować równie wysokim stopniem rozszczepienia

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

john dunning
John Dunning

2 marca 1940 – Columbia University, USA

  • Wykonał pierwsze pomiary przekroju czynnego na rozszczepienie przez powolne neutrony dla 235U

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

glenn theodore seaborg 1912 1999 nn 1951 arthur wahl
Glenn Theodore Seaborg (1912-1999) - NN 1951Arthur Wahl

26 lutego 1941 – USA

  • Odkrycie pierwiastka Z = 94 (pluton)

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

rudolf peierls 1907 1995
Rudolf Peierls (1907-1995)

Marzec 1941 - USA

  • Określił masę krytyczną 235U
    • około 82 kg bez reflektora
    • około 45 kg otoczona reflektorem

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

joseph kenedy emilio segre 1905 1989 nn 1959 glen seaborg 1912 1999 nn 1951
Joseph KenedyEmilio Segre (1905-1989), NN 1959 Glen Seaborg (1912-1999), NN 1951

28 marca 1941 - USA

  • Pluton ulega rozszczepieniu powolnymi neutronami

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

enrico fermi 1901 1954 nn 19381
Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938

Kwiecień 1942 – Chicago, USA

  • Buduje eksperymentalny stos o współczynniku k=0,995
  • Planuje konstrukcję pierwszego na świecie stosu krytycznego - CP-1

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

enrico fermi 1901 1954 nn 19382
Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938

Sierpień - wrzesień 1942 – Chicago, USA

  • Uruchamia eksperymentalny stos o współczynniku powielania neuronów równym prawie k=1,04
  • Osiągnięcie samo-podtrzymującej się reakcji łańcuchowej

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

enrico fermi 1901 1954 nn 19383
Enrico Fermi (1901-1954) – NN 1938

16 listopada 1942 – Chicago, USA

  • Rozpoczęcie budowy stosu CP-1

2 grudnia 1942

  • Stos CP-1 o godzinie 15:49 osiągnął stan krytyczny

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

stos cp 1
Stos CP-1

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny

stos cp 11
Stos CP-1
  • Stos CP-1 zawierał
    • 363 ton tlenku uranu
    • 56 ton metalicznego uranu
    • 350 ton grafitu
  • Uzyskano współczynnik powielania k=1,0006
  • Moc wyjściowa
    • początkowa wynosiła 0,5 W
    • uzyskano maksymalnie 200 W

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny