Seminárka - jaderná energetika
Jaderná energetika
Obsah:
Úvodní strana I.
Obsah II.
Úvod III.
Počátky jaderné energetiky IV.
Marie Curie Sklodovska V.
Dnešní využití jaderné energie VI.
ČR a jaderná energetika VII.
Katastrofa světa? VIII.
Černobil IX.
Závěr X.
Čerpání XI.
Co to je jaderná energetika ?
Jeden gram uranu velikosti obilného zrnka vydá tolik tepla jako 2,5 t černého uhlí nebo 1500 litrů benzínu.
Svět se v poslední době opírá převážně o jadrnou energii,
Radioaktivita – radioaktivní přeměna – proces rozpadu nestabilních atomových jader spojený s uvolněním energie ve formě radioaktivního záření. Radioaktivita je buď přirozená, v přírodě je kolem 40 prokazatelně radioaktivních prvků. Umělá, nestabilní jádra vznikají z jader stabilních působením jiných částic či záření. Rychlost radioaktivního rozpadu je přímo úměrná množství radioaktivních jader ve vzorku. Konstanta této úměrnosti je tzv. rozpadová konstanta.
Prvopočátky jaderné energetiky
Jak to vše začalo?
Cesta k dnešnímu rozvoji jaderné energetiky byla velmi, velmi dlouhá. Mohli bychom říct, že trvala déle jak 2 000 let, avšak všechno podstatné se událo teprve v předvečer našeho století. Začalo to hlubším poznáním hmoty, pochopením stavby atomů a objevením přirozené radioaktivity. Rozbití atomového jádra a ovládnutí řetězové reakce pak znamenalo už skutečný počátek nového věku.
Základem pro využití jaderné energie je radioaktivní záření z radioaktivních prvků.
Hledání radioaktivních prvků podnítil Antoine Henri Becquerel, který šťastnou náhodou objevil radioaktivní záření. Původně se zabýval ale zabýval úplně jinými jevy.
14.února 1896 - Becquerelovo záření, spočívá v ozáření předmětu za pomoci uranového nerostu, fotografickými deskami a klíč.
V krátké době poté objevili manželé Marie Curieová a Pierre Cure v uranové rudě první radioaktivní prvek. Roku 1898 našla nový prvek třistakrát radioaktivnější než uran, nazvala jej polonium (Po). Dalším radiaktivním prvkem, který objevili bylo radium (Ra). Po objevení tohoto prvku se Becquerelovu zážení začalo říkat radioaktivní záření.
Již roku 1901 se konají první pokusy s léčebnými účinky radioaktivního záření.
Usilovné zkoumání přináší první ovoce. Před výzkumníky se začínají rýsovat některé základní vlastnosti radioaktivního záření.
První jaderný reaktor
První jaderný reaktor byl postaven na bývalém sportovním stadionu chicagské univerzity. První umělá řetězová reakce byla spuštěna 2. prosince 1942. Uprostřed ničivé války nebyla doba příznivá vědeckému bádání. Ale výzkumy v jaderné fyzice pokračovaly nerušeně dál. Zřejmě skrytě, proto také i v prostorách stadionu, ale bez finančních potíží. Cílem totiž nebyla levná a čistá elektrická energie, ale - atomová bomba!
Atomová bomba
V atomové bombě se veškerá tepelná energie této řetězové jaderné reakce uvolní během zlomku sekundy v podobě nesmírně ničivého výbuchu!
V jaderných elektrárnách je řetězová reakce řízena tak, aby se tepelná energie uvolňovala postupně. Palivo používané k reakci je čistý uran 235 nebo plutonium 239. Oba izotopy jsou štěpné (to je, že se při srážce s neutrony rozpadají).
Uran 235 je jedním z nejcennějších a nejhledanějších izotopu na zemi. V přírodním uranu není možné řetězovou reakci uskutečnit. Musí se v něm zvýšit procento atomů izotopu uranu 235 anebo k němu přidat plutonium 239 – teprve pak je možné zahájit reakci. Tomu se říká obohacování přírodního paliva.
Marie Curie Sklodovska
Za tyto objevy manželé Curiovi obdrželi v roce 1903 Nobelovu cenu (ve fyzice). V roce 1911 obdrželi další Nobelovu cenu a to za podrobné prozkoumání nových prvků
Marie vedla katedru radioaktivity na pařížské sorboně. V roce 1934 zemřela na nemoc z ozáření.
Dnešní využití jaderné energie
V dnešním světě je 441 jaderných reaktorů, které lidstvo využívá pro výrobu elektrické energie a to ve více jak 30 zemích.
Rozvoj jaderné energetiky
Nové a nové reaktory se staví především ve východní Evropě (Finsko, které připravuje novou výstavbu nového reaktoru, jenž bude dokončen někdy v průběhu tohoto roku) a Asii (Japonsku), kde vyrábí jaderné elektrárny asi 30% elektřiny.
Desítky nových elektráren se stále staví v Asii. Japonsko jejich stavbu nikdy nepřerušilo, během příštích patnácti let by se měl počet reaktorů skoro zdvojnásobit.
Čína chce produkci elektřiny z jaderných elektráren zvýšit (ze současných 6 000 MW až na 32 000 - 40 000 MW) a to v roce 2020. Vládní politika je zde příznivá jaderné energetice, která je zde považována za jeden ze základních předpokladů dalšího ekonomického růstu v zemi , musí zde však být dodrženy bezpečnosti podmínky pro škodlivé vlivy na přírodu.
V USA tvoří podíl užívání jaderných elektráren pro tvorbu elektriky 20%(z hlediska světové výroby 17%). Největší podíl jaderných elektráren na výrobě elektrické energie má Francie, která v nich vyrábí 76% svojí elektriky. V USA nebyla od roku 1978 žádná další objednána a po roce 1995 ani dokončena.
Nyní ovšem začíná opětovný zájem o jadernou energii zvláště ze strany USA, kde energetika, zvláště jaderná dostala v nedávné době poměrně mnoho finančních prostředků na výzkum. Zde nyní předpokládají výstavbu několika pokročilých typů reaktorů o celkovém výkonu 6 000 MW. Spolu s USA se pomalu začíná rozvíjet energetika i v Evropě, Kanadě a dalších oblastech. Mnoho zemí (včetně mimoevropských jako USA, Čína či Japonsko) začíná počítat s prodloužením doby provozu jaderných elektráren a zvyšováním jejich výkonů. I Itálie uvažuje o obnovení výroby elektřiny ve dvou svých elektrárnách, Švédsko nepokračuje v odstavování reaktorů a mnohé další země, které chtěly výrobu elektřiny z jádra utlumit přehodnocují svá stanoviska, ruší zákazy stavby či pokračování ve stavbě elektráren. V nedávné minulosti však nikdo žádnou elektrárnu v Evropě ani USA nezačal stavět.
Země bez jaderné energetiky
V Evropě jsou ale i země bez jaderné energetiky - Rakousko - to se v 70. letech vzdalo jaderné energie díky referendu, které dopadlo v poměru 49,5 : 50,5 proti jaderné energetice a nespustili tím tak svou první jadernou elektrárnu Zwentendorf. Dále je tu např. Norsko - mají dostatek řek vhodných pro vodní elektrárny, Polsko - má velké zásoby uhlí pro tepelné elektrárny. Itálie je zcela bez jaderné energie a zároveň je jedním z největších dovozců elektřiny především z Francie. Německo se rozhodlo vzdát se jaderných elektráren, hlavně z bezpečnostních důvodů (patrně to také souvisí se vstupem strany zelených do politiky, opoziční politici ale říkají, že v případě výhry ve volbách budou podporovat jadernou energii) zatím má ale stále 19 reaktorů podílejících se 31% na výrobě elektřiny.
V České republice jsou nyní 2 jaderné elektrárny - Dukovany se čtyřmi reaktory o výkonu (440 MW), které byli uvedené do provozu v letech 1985 - 1988 a Temelín s dvěma reaktory o výkonu (912 MW). Uvedené plně do provozu až v roce 2003. Vyrábí asi 40% produkce elektřiny ČR. Dokonce v současné době se asi 15% elektřiny vyváží převážně do Německa.
ČR má už také schválenu svou státní energetickou politiku. Ta díkybohu počítá s vyšším podílem obnovitelných zdrojů - v roce 2030 to má být 16% a větším využitím zemního plynu. Jaderná energie bude v budoucnu více sporná - jejich nákladná stavba bude spíše záviset na vlastníkovi elektrárenských společnosti. Počítá se s ní však spíše jako s náhradou za jiné odstavené elektrárny, i když ne možná v plné výši.
Katastrofa světa?
Fosilní paliva, která se dnes nejvíce podílejí na výrobě elektřiny budou rychle vyčerpána. V současnosti se elektřina vyrábí z necelých 60 %fosilních paliv, 19% zajišťuje vodní energie, 16% jaderná energie a asi pouhých 0,5% větrná a geotermální energie.
Zásoby paliv
Přírodní uran je složen z 99,3% z neštěpitelného uranu U238 a z 0,7% ze štěpitelného uranu U235. Při využívání současných typů reaktorů se zásoby uranu odhadují na pouhých 60-90let! Avšak při využití rychlých reaktorů, lze použít štěpitelné plutonium, které se vyrábí z neštěpitelného uranu, jsou zásoby odhadovány na 5000let! Stejným způsobem bychom mohly uran nahradit Thoriem, kterého je o něco více než uranu. Moderními metodami se dá najít více zásob paliv, ale nyní se jejich těžba nevyplatí, počkejme několik let, kdy se zvýší cena (díky zmenšování zásob) tudíž bude ekonomicky výhodnější těžit je později.
A vyřešit to fosilními palivy? Ty jsou velmi důležitá pro chemický průmysl (výroba plastů, léků, umělých hnojiv atd.) Oproti tomu jaderná paliva mají málo mírových využití.
Paliva a ceny energie
Jaderná elektrárna (př. 1 000 MW, což je pro přiblížení skoro jako temelín) spotřebuje dnes asi 30 t uranu za rok. Oproti tomu tepelná elektrárna spálí asi 16 milionů tun uhlí.
Palivo se u jaderných elektráren podílí na ceně energie asi z 20%, u elektráren spalující fosilní paliva to je asi 80% - při zvýšení cen uranu se cena energie zvýší jen málo, zatímco zvýšení cen fosilních paliv zdraží cenu elektrické energie podstatně více.
Produkce odpadů
Radioaktivní odpady z jaderné elektrárny mají poměrně malý objem oproti odpadům z tepelných elektráren, lze je proto dobře uložit do země, na rozdíl od odpadů z tepelných elektráren. Jaderné elektrárny vypouštějí relativně malé množství kapalných či plynných radioaktivních látek, kontrolovaných dle přísných norem. Uhelné elektrárny vypouštějí také radioaktivní látky, ale v nekontrolovaném množství - uhlí obsahuje také malé množství uranu či thoria.
Vyhořelé palivo ovšem nelze považovat za odpad, neboť obsahuje 96% nespotřebovaného uranu U235 a neštěpitelného U238, 1% vyprodukovaného plutonia a 0,1% transuranů. Pouze okolo 3% představuje vysoce aktivní odpad ve formě štěpných produktů. Po přepracování lze získat až 99,9% uranu a 99,8% plutonia a uložit do země asi třetinu původního objemu odpadu.
V ceně elektřiny z jaderných elektráren je již zahrnut náklad na likvidaci odpadů i samotné elektrárny.
Odpad z jaderných elektráren – vyhořelé palivo ( tvoří pouze asi 1% dalších 90% je radioaktivní). Po vyjmutí z reaktoru se palivo převáží do bazénu pro vyhořelé paliva, kde je 3 až 4 roky, je zde chlazeno vodou jelikož se radioaktivním rozkladem stále vytváří teplo. Během doby, kdy ¨vyhořelé¨ palivo odpočívá v bazénu klesne jeho radioaktivita na 50%. Poté se ve speciálních kontejnerech přepravuje do mezi skladu, které jsou budovány většinou v blízkosti elektráren. Tam je palivo relativně dlouho, asi 40 let. Nadále klesá radioaktivita a samozřejmě opět i teplo. Poté jsou dvě možnosti jak dále manipulovat s odpadem – přepracovat ho na nové palivo, nebo ho uložit do trvalého úložiště. Postup záleží na jednotlivých státek, avšak bohužel díky finančním důvodům volí mnoho států raději trvalé uložení (finančně výhodnějš).
Černobil
Černobil je ¨krásným¨ příkladem začátku konce ...
Ukrajina elektrárnu nadobro uzavřela v prosinci 2000, za mezinárodní finanční pomoci však nadále pokračuje v zajišťování její bezpečnosti. Podle některých odborníků hrozí reálně nebezpečí, že se betonový sarkofág kryjící poškozený jaderný reaktor zhroutí!
Závěr
Zpočátku, když mi pan učitel zadal téma na seminární práci z fyziky, řekla jsem si, že je téma týkající se jaderné energetiky velmi lehké, to však hlubší zamyšlení nad obsahem vyvrátilo, uvědomila jsem si, že vlastně ani nevím co to jaderná energetika je. V hodině jsem to samozřejmě na sobě nenechala znát a chytře přikyvovala jako obvykle. Avšak doma vymyslet a zplodit něco, co by se přinejmenším alespoň krapet tématu týkalo bylo složité, ale to jsem ještě ani netušila, že na internetu skoro nic nenajdu. Tudíž jsem z toho po důsledné analíze vyvodila, že tato písemná práce bude nejtěžší, kterou kdy vytvořím. Paradoxem je, že mi s ní nepomáhala mamka, samozřejmě jako obvykle.
Ze zákeřného tématu se nakonec vyklubalo něco neobvykle zajímavého, co mě dokonce bavilo. Nyní by si někdo mohl říct, že se panu učiteli snažím podlézat, ale doopravdy jsem se dozvěděla velmi užitečné věci (nepopírám sice, že si je budu ještě maximálně 2 dny pamatovat), ale na co dozajista nezapomenu je tragédie v Černobilu, tajil se mi dech když jsem o něm psala. Ale nakonec jsem doopravdy ráda, že jsem měla možnost přiučit se a udělat něco k dobru.
Komentáře
Přehled komentářů
cau,hele hledam nakou seminarku,po celym netu a nikde jako nic moc az tady narazim na tebe a je to jako fakt supeer...mooc si mi pomohla..dik a cau;)
Dík...
(Honza, 18. 3. 2008 18:20)hej, ted taky delam referat o radioaktivite atd... a ten tvuj clanek mi hafo pomohl, moc diky... ;)
Dik....
(Honza, 15. 5. 2008 18:51)