NUKLEARNA ENERGIJA

Atom

• Demokrit – 400 g. p.n.e.

• Proton(i) + neutron(i) – jezgro atoma

• Vodonik – 1 proton, 1 elektron

– Protijum

– Deuterijum

– Tricijum

• Kiseonik – 8 protona

• Aluminijum – 13 protona Al27

Radioaktivnost

• 92… elementa

• Anri Bekerel 1896

• 9 radioaktivnih

– Alfa, beta i gama raspad

– Alfa zraci, beta zraci, gama zraci i neutronski zraci

• Tricijum -> Helijum

Uranijum

• 92 protona, 92 elektrona, 141 – 146 neutrona

• U238 – 99% uranijuma na Zemlji (4,5 milijardi godina)

• U235 – 0,7%

• U234

• Izotop olova

Uranijum 238 – emisija alfa čestice – Torijum 234 (4,5 milijarde godina)

Torijum 234 – emisija beta čestice – Protaktinijum 234 (24 dana)

Protaktinijum 234 – emisija beta čestice – Uranijum-234 (1,2 minuta)

Uranijum-234 – emisija alfa čestice – Torijum 230 (240 hiljada godina)

Torijum 230 – emisija alfa čestice – Radijum 226 (77 hiljada godina)

Radijum 226 – emisija alfa čestice – Radon 222 (1600 godina)

Radon 222 – emisija alfa čestice – Polonijum 218 (3,8 dana)

Polonijum 218 – emisija alfa čestice – Olovo 214 (3,1 minuta)

Olovo 214 – emisija beta čestice – Bizmut 214 (27 minuta)

Bizmut 214 – emisija beta čestice – Polonijum 214 (20 minuta)

Polonijum 214 – emisija alfa čestice – Olovo 210 (160 mikrosekundi)

Olovo 210 – emisija beta čestice – Bizmut 210 (22 godine)

Bizmut 210 – emisija beta čestice – Polonijum 210 (5 dana)

Polonijum 210 – emisija alfa čestice – Olovo 206 (140 dana) Ras

pad

ura

niju

ma

23

8 u

pri

rod

i

Određivanje starosti

• Uranijum – uranijum

• Uranijum – olovo

• C-12 – 99% C-13 – 1%

• C-14 – 0,0000000001% (vreme poluraspada 5730 godina)

• Radiokarbonsko datiranje predmeta starih do 60 000 godina (drvo, kosti, kosa, rogovi, žito, školjke itd.)

Willard Libby Nobelova nagrada 1960. godine

Nuklearna fisija • Spontana fisija

retka u prirodi

• Veštačka fisija – prvo pominjanje 1934. godine – Ida Nodak

• Oslobođena energija oko milion puta veda od one koja se oslobađa sagorevanjem

Ida Noddack

Fisija uranijuma – lančana reakcija

Atomska bomba

Održiv izvor energije – def.

• Prihvatljivo malo zauzede površine

• Minimalan broj nusprodukata

• Ekonomski isplativa tehnologija

• Ekološki prihvatljiva tehnologija

• Velike zalihe izvora energije

• Niti izvor energije niti tehnologiju ne kontroliše mali broj nacija - regiona

Nuklearna elektrana – termoelektrana – sličnosti

• Voda -> para pod pritiskom -> mehanička energija -> električna energija

• Način grejanja vode

– Sagorevanje uglja -> Cepanje jezgra atoma – nuklearna fisija

Šematski prikaz

Nuklearni reaktor

Nuklearno gorivo

• 1kg U235 teoretski daje istu količinu energije kao 3000 tona uglja

• U235, oko 1/3 energije dolazi od Pu239

• 312 paketa goriva, 126 štapova u svakom paketu

• Upravljački štapovi (7) od nerđajudeg čelika legiranog borom

• 37 upravljačkih štapova za brzo zaustavljanje

Rashladne kule

Nuklearna elektrana Černobilj

• 4 reaktora, svaki snage 1GWe ili 3,2 GWt

• Prvi reaktor završen 1977. godine, reaktori 5 i 6 u izgradnji u trenutku nesrede

Ukupаn nоminаlni prоizvоdni kаpаcitеt „Bеоgrаdskih еlеktrаnа“ је 3 GWt

Čer

no

bilj

2

6. a

pri

l 19

86

. go

din

e

Černobilj - hronologija

• 25. april 1986., poslepodne - odložen planirani test

• 25. april 1986., 00:28 počeo sigurnosni test nad reaktorom broj 4.

• 25. april 1986., 01:20 pumpe rade malom snagom, 6 kontrolnih štapova u jezgru

• 25. april 1986., 01:23 spušteni svi kontrolni štapovi sa grafitnim vrhovima, za 4 sekunde, snaga porasla 100 puta...

Sanacija

• Reaktor pokriven 7 meseci nakon nesrede

• 400 000 m3 betona

• 7 300 t čelika

• 2015. godine nadogradnja

• 1,5 milijarda $

Hronologija (11. i 12. mart 2011)

• 14:46 zemljotres jačine 9 stepeni

• 15:27 prvi talas

• 15:46 cunami visine 14 m

• 02:44 potrošene baterije

• 04:15 Prvi štapovi sa gorivom ostaju bez vode...

Fukušima 1 nakon cunamija

Fukušima 1 nakon cunamija

Fuku

šim

a 1

nak

on

cu

nam

ija

Zdravlje ljudi

• Jonizujude zračenje

• α, β, γ, neutronsko i X zračenje

Godišnja emisija postrojenja instalirane snage 1000 MW

Ugalj Gas Nuklearna

Oksidi sumpora ~1000 t

Oksidi natrijuma ~5000 t ~400 t

Čestice ~1400 t

Pepeo ~1 000 000 t

Ugljen dioksid >7 000 000 t ~3 500 000 t

Potrošeno gorivo ~20 - 30 t

Produkti fisije ~1 - 2 t

Vetar

0.79

Solarna

0.08

Hidro

0.07-0.37

Nuklearna 0.001/0.01

Biomasa

5.2

Geotermalna

0.003

Ugalj 0.01/0.04

km2/MW

EMISIJA CO2 IZGRADNJA/RAD/PRIPREMA GORIVA

(kg CO2/kWh)

HID

RO

GEO

TER

MA

LNA

UG

ALJ

GA

S

SOLA

RN

A

NU

KLE

AR

NA

VET

AR

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4 kg

CO

2/k

Wh

0.004 0.025

0.06 0.025

0.38

0.47

0.022 0.1

0.79 0.58

1.04

Nuklearni kapaciteti po zemljama (miliona MWh)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

SAD FRANCUSKA JAPAN NEMAČKA RUSIJA KOREJA VB KANADA ŠVEDSKA UKRAJINA

Za • Jeftino (osim u slučaju

sanacije)!?

• Niska emisija (osim u slučaju dugog čekanja na izgradnju)!?

• Mala zauzetost zemljišta (rudnici uranijuma, tampon zona)!?

• Mala količina nusprodukata (koje je teško osigurati)!

Protiv • Nuklearni otpad

(uključuje i reaktore po isteku radnog veka)

• Relativno mala mogudnost pojave nuklearne katastrofe

• Troškovi rada

Nuklearna energija i politika

• 31 nacija koristi nuklearnu energiju

• 9 zemalja poseduje nuklearno naoružanje

– SAD, Rusija, Velika Britanija, Francuska, Kina, Indija, Pakistan, Severna Koreja i najverovatnije Izrael

• 2 zemlje poseduju nuklearno oružje ali ne koriste nuklearnu energiju (Severna Koreja i Izrael)

• Na obim upotrebe nuklearne energije utiče ekonomija, politika i nauka

Nuklearne elektrane

• Porast potrošnje energije u svetu ~1-2% godišnje

• Porast potrošnje električne energije >3% godišnje

• U julu 2008. godine – 430 nuklearnih elektrana

• Namiruju oko 15% ukupnih potreba za električnom energijom u svetu

• U Francuskoj 77% el. energije dolazi iz nuklearnih elektrana, Litvanija – 65%

• Otkazivanje naručenih postrojenja