Prosto o " czystych" zrodlach energii elektrycznej.Czesc I.

2.Elektrownie słoneczne

3.Urządzenia fotowoltaiczne

4.Wiatraki

=============================

ELEKTROWNIE ATOMOWE

Wszystkie elektrownie(atomowe czy klasyczne) składają się ze : źródła

ciepła, generatora pary wodnej , turbiny i alternatora.W elektrowniach atomowych źródłem ciepła jest reaktor działający na zasadzie rozszczepienia jader ciężkich przez zwolnione neutrony.Zaczyna się budować reaktory na szybkie neutrony(Super phénix) i istnieje projekt światowy(ITER) działający na zasadzie fuzji lekkich jader.

a) reaktor na zasadzie rozszczepienia zwolnionymi neutronami.

Jadra atomów posiadają A=Z+N nukleonów; Z protonów (o ładunku+e) i N neutronów.Zwartość atomu jest spowodowana oddziaływaniami silnymi miedzy nukleonami które równoważą elektryczne odpychania protonów .

W atomach ciężkich Z>80 ilość neutronów jest większa od ilości protonów co powoduje zmniejszenie energii zwarcia na nukleon i pozwala na rozszczepienie tego rodzaju pierwiastków.W uranie energia rozszczepienia na nukleon wynosi 7,6 MeV natomiast w pierwiastkach o dwa razy mniejszej ilości nukleonów ta sama energia wynosi 8,5 MeV.Prosty rachunek na "kawałku papieru" wskazuje ze rozbicie jadra Uranu ( A=236) na dwa razy lżejsze prowadzi do wyzwolenia energii

236(8,5-7,6)~200MeV z tego wynika ze 1kg uranu jest równoważny 2000 ton ropy naftowej.Paliwo reaktorów otrzymuje się z Uranu rzadziej z Plutonu który służy głownie do fabrykacji broni atomowych.

W przyrodzie Uran naturalny zawiera duża ilość izotopu U238 i znikoma

ilość 0,7% izotopu U235. Tylko U235 jest rozszczepialne przez neutrony

o określonej szybkości i może się przemienić w izotop U236 bardzo niestały który się rozszczepia na dwa pierwiastki Bromu ,Kryptonu , Zirconium,z jednej strony Jodu ,Barium ,Xenonu z drugiej strony.Pierwiastki rozszczepialne wynikające z rozpadu to głownie Pluton 239.80% energii wyzwolonej przez rozszczepienie to energia kinetyczna(związana z szybkością) licznych zderzeń miedzy neutronami

i jadrami która pobieramy w formie ciepła. Reaktor jest wiec termoforem lub mniej naukowo dużym czajnikiem.

Pozostaje pytanie jak zrealizować rozszczepienie ciągle i kontrolowane.

Każde zderzenie neutronu z atomem wyzwala pewna ilość nowych neutronów (średnio około 2 w U235 i około 3 w Pu239.) szybkich 20 000km/s które mogą spowodować dalsze rozszczepienia czyli łańcuchowa reakcje atomowa . Reakcja staje się rozbieżna gdy ilość neutronów z jednego etapu na drugi jest pomnożona przez k>1.Problem koncepcji reaktorów polega na osiągnięciu k>1 unikając wybuchu. Neutron w kontakcie z jadrem może ulec odbiciu w sposób elastyczny lub przejść bez zderzenia w normalnych warunkach wiec k<1 .Aby zwiększyć i kontrolować ilość zderzeń mamy do dyspozycji dwa parametry: ilość materiału rozszczepialnego (to znaczyU235) i szybkość neutronów.

Zwiększenie ilości U235 który w uranie naturalnym wynosi 0,7% do 3 lub 6% otrzymujemy przez wzbogacenie.Szybkość neutronów regulujemy przez materiały zwalniające --> moderatory (grafit ,woda ..) .Większość reaktorów pracuje w punkcie k=1,33 .Produkty rozszczepienia składają się głownie: z izotopów gazów chemicznie bezwładnych wiec nie przyswajalnych przez organizm ,Trytu mało niebezpiecznego dla człowieka. i plutonu który izolujemy aby stworzyć dalsze paliwo dla reaktorów MOX(złożony z tlenku uranu UO2 i tlenku plutonu Pu02. Najbardziej niebezpiecznymi wynikami rozszczepienia są cesium 137, strontium i pierwiastki ciezkie transuranowe.

Trochę cyfr o odpadach:reaktor 1000MW wydaje w ciągu roku 21 ton

paliwa zużytego w tym 750kg produktów radioaktywnych.to znaczy okolo m ³ .Produkty radioaktywne ze wszystkich reaktorów francuskich 56m³ mieszczą się w trzech dużych ciężarówkach .Te odpady złożone pod ziemia w galeriach specjalnie do tego przeznaczonych i ciągle kontrolowane nie przedstawiają żadnego niebezpieczeństwa(we Francji składy podziemne są usytuowane w pobliżu (20 km) Paryża.Nalezy sobie uświadomić ze skorupa ziemska zawiera 160 miliardów ton uranu i ze obecne badania atomowe nad ciężkimi jadrami wskazują na możliwość

spalania wszystkich odpadów uranu.

Nowoczesny reaktor typy EPR - European Pressurized Reactor) używa

jako płyn przenoszący ciepło (caloporteur) z reaktora do generatora pary, wodę pod ciśnieniem ; jako moderator czysta wodę i jako paliwo U235 wzbogacone do 6% .Francuski EPR (Flamanville3 obecnie w budowie) )będzie tez przystosowany do ozywania MOX.Moc na zaciskach alternatora 1600MW napiecie 24KV.Mozna znalesc animacje bardzo jasna EPR na areva.com . w języku angielskim ,francuskim i niemieckim.

b)reaktor na zasadzie rozszczepienia neutronami szybkimi .

Przy rozszczepieniu uranu naturalnego pewne neutrony szybkie moga

być przyswojone przez U238 produkując Pu239 który jest materiałem

rozszczepialnym. W ten sposób paliwo zostaje odnowione (regenerowane).Odseparowany Pluton może być używany jako paliwo

w reaktorach atomowych.W przeciwieństwie do U235 jest łatwiej rozszczepialny przez neutrony szybkie.Wiec rozbicie mieszaniny plutonu z

z uranem naturalnym lub wzbogacanym jest używane do generacji

energii elektrycznej i do produkcji plutonu .Mozna sobie wyobrazić wypadek gdzie reaktor produkuje więcej paliwa niż zużywa.Ta własność jest wykorzystana w reaktorach rozszczepiających zwanych surgeneratorami.

Bez wchodzenia w technologie surgenerator nie zwalnia neutronów rozszczepienia wiec nie posiada moderatora.środek odprowadzający ciepło do wytwornika pary nie moze posiadac elementow lekkich wiec uzywamy tu albo płynny gaz albo płynny metal.We francuskim surgenratorze (Super Phoenix 1600MW) stosowane jest sodium płynne. Dodajmy ze już w roku 1939 istniały elektrownie klasyczne ozywające NaK jako nośnika ciepła.

Budowa surgeneratora przedstawia większe trudności technologiczne niz generatora atomowego ale korzyści z tego typu urządzeń sa ogromne gdyż wymagają minimalnej ilości paliwa tak ze ruda uranowa obecnie odkryta może zapewnić prace elektrowni w ciągu 26 000 lat. .

c)elektrownie atomowe pracujące na zasadzie fuzji.

Fuzja (sczepienie) dwóch jader lekkich jest zjawiskiem wysoce exoenergetycznym..Sczepienie dwóch jader deuterium(wodoru ciężkiego) wydaje około 4 MeV tak właśnie działa słońce.Używając na przykład 10% wody zawartej w oceanach otrzymujemy nieskończona energie nie wydzielając prawie żadnych odpadów radioaktywnych.

Trudność polega na rozpoczęciu fuzji , gdyż należy przybliżyć jadra (na 10F) zwalczając bardzo intensywne odpychanie elektrostatyczne.Rozwiązanie leży w dużej szybkości spowodowanej przez wysoka temperaturę.Dlatego mówimy o fuzji termojądrowej.W bombie H fuzja początkowa jest wytworzona przez wybuch malej bomby atomowej..Problem przemysłowy polega na otrzymaniu bardzo dużej

temperatury w określonym obszarze i przez czas stosunkowo długi (prawo Lawson'a) .Osiągamy to przez przez "uwiezienie" gazu zjonizowanego polem magnetycznym. Poprzednie badania laboratoryjne wykazały ze:

-można w warunkach ziemskim otrzymać temperatura równa słonecznej

to znaczy 200 mln.°C

-zbudować uzwojenia mogące wytwarzać pole magnetyczne wystarczające na podtrzymanie plazmy w tej temperaturze.

Lewitacja plazmy pochodzi z urządzeniu zwanym TOKAMAK (toroidalnaja magnitnaja katuszka) zastosowanych po raz pierwszy w generatorów MHD (magnetohydrodynamika) pracujących na płynnej plazmie .

Na tych zasadach można zbudować reaktor termojądrowy.Wiec w czerwcu 2005 Wspolnota Europejska ,Japonia , Rosja,Chiny i Korea poludniowa

postanowiły skonstruować na terenie Cadarache(Francja) reaktor

termojądrowy ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor )

Ta realizacja o koszcie ~ 20miliardow € ma być oddana do użytku w 2015 i potem złączona z częścią elektryczna stworzyć , gdzieś w 2020, pierwsza elektrownie na fuzji DEMO.

Głównymi problemami realizacji ITER są :brak odpowiednich materiałów i

dostarczanie toru (Thorium).

Aby zrozumieć pierwszy z tych problemów należy wejść trochę głębiej w operacje fuzji przy której neutrony bombardując ściany reaktora wyzwalają promienie α które z kolei wytwarza helium.Helium się "wgryza" w ściany reaktora mogąc je pozbawić szczelności czyli pozbawić reaktor "próżni teoretycznej" na której się opiera zjawisko fuzji.Należy wiec znalesc materiał który z jednej strony przepuszcza helium a z drugiej stron jest izolatorem mechanicznym.Takiego materiału w skali przemysłowej jeszcze nie ma.

Nie mam żadnych kompetencji w sprawie dostarczania trytu ale specialisci

twierdza ze jest to problem nieistniejący gdyż lithium bombardowane prze neutrony daje tryt.

ITER nie ma tylko zwolenników na przyklad Pierre-Gilles de Gènes laureat nagrody Nobla z fizyki mówił ze" to landa zabawka ale nie ma dla niej pudelka".

W drugiej części postaram się porównać gęstość energii źródeł czystych

a szczególnie rezerwy uranu których mamy dozo (wbrew temu co twierdza ignoranci) i problemy stałej termicznej słońca która ogranicza zastosowanie energii słonecznej.

picard2.