niedziela, 10 października 2010

wady i zalety energi jądrowej

WADY:
* Brak miejsca na składowanie odpadów promieniotwórczych, szkodliwych dla zdrowia ludzi i zwierząt oraz dla środowiska naturalnego znajdującego się wokół nas;
* Wytwarzanie uranu związane jest również z procesami uszkadzającymi naturalną „powłokę” środowiska;
* Są ludzie którzy wykorzystują energię jądrową w sposób niekontrolowany, np. przy pomocy broni jądrowej. Broń jądrowa to jeden z rodzajów broni masowej zagłady o działaniu wybuchowym o wielkiej sile;
* Związane z elektrowniami jądrowymi wybuchy, np. wybuch elektrowni w Czarnobylu, który spowodował wielkie straty oraz był przyczyną mutacji genetycznych rodzących się w tym okresie dzieci;

ZALETY:
* W porównaniu do innych nienaturalnych sposobów wytwarzania energii powoduje stosunkowo niewielkie szkody w środowisku naturalnym;
* Tańszy niż inne, sposób wytwarzania energii;
* Umiejętnie wykorzystywana energia powoduje wiele dobrego;

zasada dzialania elektrowni

Elektrownia jądrowa – obiekt przemysłowo-energetyczny (elektrownia cieplna), wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (uranu naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop U-235), w której ciepło konieczne do uzyskania pary, jest otrzymywane z reaktora jądrowego. Zobacz: Energetyka jądrowa.

Historia

Pierwsza elektrownia jądrowa, o mocy 5 M W powstała w 1954 r. w Obnińsku (ZSRR). Produkcja prądu nie była jednak w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych głównym zadaniem elektrowni jądrowych. Pierwszoplanowym celem ich budowy była produkcja wzbogaconego materiału rozszczepialnego do produkcji broni atomowej. W latach siedemdziesiątych zaczęło gwałtownie przybywać bloków energetycznych z reaktorami atomowymi. Na świecie uruchamiano kilkanaście reaktorów rocznie (dla porównania w latach 1980-1989 średnio 22, a 1990-2004 – 5). Te gwałtowne zmiany były spowodowane prawie bezawaryjną pracą pierwszych elektrowni w tamtym czasie, co doprowadziło do zwiększenia zainteresowania tym rozwiązaniem, natomiast w latach 90. na jego spadek wpływ miały dwie poważne awarie: w Three Mile Island w 1979 r. i w Czarnobylu w 1986 r. oraz wzrost wymagań dotyczących bezpieczeństwa bloków jądrowych. Cykl projektowania i budowy elektrowni atomowej trwa około 10 lat, na liczbę uruchamianych w latach 80. reaktorów wpływ miały więc decyzje podjęte najczęściej jeszcze przed awarią w elektrowni Three Mile Island.
W latach 80. i 90. XX wieku, wiele krajów wstrzymało się z podejmowaniem decyzji o budowie kolejnych bloków jądrowych. W Stanach Zjednoczonych nie rozpoczęto budowy żadnego nowego bloku od 1977. Obywatele Szwecji w referendum w 1979 roku zdecydowali o zupełnym wycofaniu się z energetyki jądrowej. Wycofanie się planowały także: Holandia, Niemcy, Słowenia, a Włochy zrealizowały już te plany w 1990 r. Buduje się natomiast dużo reaktorów w Azji (Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa i Korea Północna, Iran, Pakistan). Jednak po roku 2000 wiele krajów zaczęło ponownie rozpatrywać możliwość budowy elektrowni jądrowych. Jest to spowodowane głównie zobowiązaniami dotyczącymi ograniczenia emisji dwutlenku węgla, prognozami wzrostu cen paliw kopalnych, ciągłego wzrostu zużycia energii elektrycznej oraz chęcią dywersyfikacji jej źródeł. Energia jądrowa jest najbardziej skondensowanym źródłem energii z jakiego obecnie korzysta człowiek. Uważa się, że przy rozsądnym gospodarowaniu jest to także jedna z najczystszych obecnie znanych form produkcji energii, znacząco pod tym względem przewyższająca np. technologie oparte o paliwa kopalne. Szacuje się, że występujące na Ziemi zasoby uranu wystarczą na pokrycie zapotrzebowania energetycznego ludzkości na wiele tysięcy lat. Natomiast, przy obecnym poziomie wykorzystania, paliwa kopalne wyczerpią się prawdopodobnie już za kilkadziesiąt lat.
Budowa nowych reaktorów trwa w Finlandii (Olkiluoto-3), Francji (Flamanville-3) i Armenii (w celu zastąpienia starej elektrowni w Mecamor), gdzie do 2010 roku przewiduje się oddać do użytku jeden reaktor. Decyzję o budowie nowych bloków podjęto również w Bułgarii (nowa elektrownia w Belene), Słowenii (rozbudowa elektrowni w Krsku), i na Litwie (rozbudowa elektrowni w Ignalinie).

Budowa elektrowni

Ogólna zasada działania elektrowni atomowej (na przykładzie obiegu PWR):
W reaktorze jądrowym w wyniku reakcji rozszczepienia jąder atomowych wydzielają się duże ilości ciepła, które jest odbierane przez czynnik roboczy (najczęściej wodę pod wysokim ciśnieniem w tak zwanym obiegu pierwotnym – reaktory PWR i WWER). Czynnik przepływa do wytwornicy pary, gdzie oddaje ciepło wrzącej wodzie z obiegu wtórnego o niższym ciśnieniu, a następnie powraca do reaktora. Para wodna (para mokra, która jest osuszana przed dojściem do turbiny - cząsteczki wody w parze mokrej, pod wysokim ciśnieniem, zniszczyłyby turbinę, więc para mokra przechodzi najpierw z wytwornicy pary przez systemy osuszające, zanim nie trafi do turbiny) napędza następnie turbinę parową połączoną z generatorem. Separacja obiegów zapewnia większe bezpieczeństwo w przypadku wycieku pary z turbiny.

Schemat cieplny elektrowni jądrowej z reaktorem wodnym ciśnieniowym. 1. Blok reaktora 2. Komin chłodzący 3. Reaktor 4. Pręty kontrolne 5. Zbiornik wyrównawczy ciśnienia 6. Generator pary 7. Zbiornik paliwa 8. Turbina 9. Prądnica 10. Transformator 11. Skraplacz 12. Stan gazowy 13. Stan ciekły 14. Powietrze 15. Wilgotne powietrze 16. Rzeka 17. Układ chłodzenia 18. I obieg 19. II obieg 20. Para wodna 21. Pompa

Animowany schemat elektrowni z reaktorem wodnym BWR (Boilt Water Reactor)

Wykorzystanie izotopów promieniotwórczych w medycynie i nie tylko

Medycyna nuklearna specjalizuje się wykorzystaniem izotopów promieniotwórczych w diagnostyce (rozpoznawaniu) oraz leczeniu (terapii) chorób a także w doświadczeniach naukowych.
Wykorzystanie w diagnostyczne izotopów promieniotwórczych odbywa się poprzez umieszczenie substancji promieniotwórczej w tkankach oraz narządach organizmu , później na rejestracji promieniowania przy pomocy detektorów ulokowanych za badanym obiektem. Zgromadzenie substancji promieniotwórczej w tkankach albo w narządzie a także jej rozkład na to zezwalają podsumowania diagnostyczne.

Aktualnie wykorzystuje się blisko 200 różnych zawiązków oznaczanych jako izotopy promieniotwórcze , które dobiera się biorąc pod uwagę narząd, który będzie elementem badania. Również bierze się pod uwagę informacje jakie chcemy otrzymać. Bardzo często wykorzystywane izotopy promieniotwórcze pokazuje tabelka. Izotopy te , połączone z innymi związkami chemicznymi wprowadza się do organizmu.
Badanie izotopowe jest badaniem dodatkowym dlatego nie jest jesteśmy w stanie na jego podstawie określić choroby. Analiza jego wyniku jest uzyskiwana na podstawie wcześniej dokonanych badań klinicznych, w kilku przypadkach zgodziła się ona z wcześniejszym rozpoznaniem.
Badania izotopowe tarczycy są bardzo często wykonywanymi badaniami diagnostycznymi dokonywanymi w pracowniach medycyny nuklearnej. Eksperymenty te jako główny cel maja określenie każdej z faz czynności tarczycy a także określenie jej budowy anatomicznej.

Rodzaje takich badań to między innymi:
- Scyntygrafia tarczycy
- Badania jodochwytności
- Badania przytarczyc -wykonuje się w przypadkach sugerujących zaburzenia gospodarki
wapniowo - fosforanowej.
- Badania radioimmunologiczne -dzięki nim posiadamy precyzyjne określenie poziomu hormonów w
płynach ustrojowych.
- Badania radioimmunometryczne dokonuje się je w warunkach nadmiaru przeciwciał.

Izotopowe badania układu oddechowego dotyczą ukrwienia oraz wentylacji płuc. Zalicz się do nich:
- Scyntygrafia perfuzyjna
- Scyntygrafia wentylacyjna

Natomiast do badań wątroby oraz nerek zalicza się :
- Scyntygrafia wątroby oraz śledziony
- Scyntygrafia czynnościowa wątroby oraz dróg żółciowych

Metodami izotopowymi da się badać : czynności miąższu nerkowego ,
rozdział krwi w łożysku naczyniowym, przepływ krwi oraz plazmy przez nerki oraz wartość
przesączenia kłębuszkowego, morfologię nerek. Rodzaje badań tych to::

- Renografia
- Angioscyntografia

Izotopy przy nadnerczy stosuje się do uwidocznienia kory albo rdzenia . W tym celu
wykorzystuje się wizualizację.

Nowoczesna diagnostyka izotopowa schorzeń ośrodkowego nerwowego zawiera:
- Scyntygrafię mózgu
- Cysternografię oraz mielografię izotopową
- Badania przepływu mózgowego
- Angioscyntografię izotopową

Badania izotopowe w diagnostyce układu krążenia coraz częściej się wykorzystuje. Do przodu poszła także technologia metod pomiarowych. Zaczęto wprowadzać systemy komputerowe do interpretacji wyników, bardzo poszerzyły się także wskazania diagnostyczne. Aktualne metody izotopowe zezwalają na badanie ukrwienia mięśnia sercowego a także analizę parametrów krążenia.

W badaniach układu kostnego wykorzystuje się związki fosfonianowe. Głównym zadaniem tych badań jest odkrycie ognisk nowotworowych przypadkach:

1) Pierwotnych nowotworów kości

2) Przerzutów nowotworowych

3) Rozległych zmian - by przygotować pacjenta do możliwej resekcji chirurgicznej
Badania dokonuje się jako scyntygrafię całego ciała. Badania izotopowe układu kostnego przede wszystkim są bardzo ważne, gdyż metodą tą da się bardzo wcześnie odkryć ogniska przerzutowe, co ma kolosalne znaczenie dla określenia późniejszego rodzaju postępowania leczniczego.
Radioizotopy wykorzystywane są również do szukania tzw. ektopicznej śluzówki ( uchyłek Meckela ).

Uczeni, naukowcy, inżynierowie czy technicy, od czasów Marii Skłodowskiej - Curie, Gyórgy Hevesy'ego odnajdują stale nowe ewentualności zastosowania promieniowania jonizującego w różnych dziedzinach pracy człowieka.

Nie jesteśmy w stanie wypisać wszelkich zastosowań promieniowania jonizującego. Stosowane jest ono w rolnictwie, poszukiwaniu źródeł wody, diagnostyce, konserwacji żywności, terapii medycznej, sterylizacji sprzętu medycznego, również w odkrywaniu a także ustalaniu skażeń otoczenia naturalnego.

Promieniowanie jonizujące stosuje się także by zmienić budowę chemiczną substancji, budowania bardzo czułych detektorów (czujek) dymu, ale również do badania zakażenia jezior, zbiorników wodnych oraz wód gruntowych

Techniki jądrowe (izotopowe) wykorzystuje się między innymi w geologii, górnictwie czy w archeologii. Zezwalają one na dokładne podanie ile lat żyją badane skały, minerały, jak również dzięki nim możemy określić wiek szczątków żywych organizmów.

Promieniowanie oraz techniki jądrowe wykorzystuje się przede wszystkim w przemyśle. Nie jesteśmy sobie w stanie wyobrazić aktualnego rozwoju przemysłowego bez izotopowych mierników grubości, defektoskopów, analizatorów składu substancji, poziomomierzy, gęstościomierzy itp. Działanie nowej gospodarki bez wpływu technik jądrowych jest nierealne.

Napromieniowanie żywności

Bardzo znaną technologią jest także napromieniowanie żywności. Wykorzystuje się ją aby można było długo przechowywać żywność. Okazało się dzięki badaniom, iż jedzenie utrwalane radiacyjnie nie jest szkodliwe ani radioaktywna, jednakże podobnie jak i inne procesy utrwalające radiacja sprawia nieznaczne zmiany chemiczne w żywności. Ich typ oraz zasięg uzależnione są od dawki promieniowania, chemicznego składu produktu, temperatury a także docierającego światła, tlenu w czasie napromieniania. Na skutek promieniowania jonizującego powstają między innymi wolne rodniki, maleje o około 20-60% skład witamin A, B1,C i E. Należy jednak pamiętać, iż zbliżone zmiany dokonują się w jedzeniu na skutek termicznej obróbki albo długiego jej przechowywania.

Elektrownie jądrowe

Energia jądrowa stanowi bardzo ważną rolę w bilansie energetycznym świata. Pod koniec 1992 r. działały 424 bloki jądrowe , które wytwarzały 17% całej światowej energii elektrycznej. Uran w naturalnej formie posiada 99,3% U-238 i 0,7% U-235. W elektrowniach atomowych wykorzystuje się uranu wzbogaconego - w przybliżeniu 20% U-235 a także około 80% U-238. W czasie rozszczepiania 1 kg uranu zostaje uwolnione tyle energii, co przy spaleniu 2800 t węgla kamiennego.

Sposoby otrzymywania izotopow promieniotworczych

Sztuczna promieniotwórczość, izotopy promieniotwórcze, reakcje jądrowe

Promieniotwórczość naturalna towarzyszy przemianom jądrowym nietrwałych izotopów pierwiastków występujących w Przyrodzie. W 1934 roku Irena i Fryderyk Joliot-Curie zauważyli, że bombardowanie cząstkami α niektórych niepromieniotwórczych pierwiastków (np. glinu czy boru) powoduje, że przez pewien czas po ustaniu bombardowania pierwiastek staje się źródłem innego promieniowania. Zjawisko to nazwano sztuczną promieniotwórczością. Przyczyną tego zjawiska jest wytwarzanie promieniotwórczych nuklidów w napromieniowywanym materiale, co jest wynikiem zachodzenia tzw. reakcji jądrowych. W 1919 roku Ernest Rutherford zaobserwował, że napromieniowywanie azotu cząstkami a prowadzi do powstawania izotopu tlenu ¹⁷O. Była to pierwsza zaobserwowana reakcja jądrowa, której schemat ilustruje Rysunek 35. Reakcje jądrowe realizują marzenie średniowiecznych alchemików o transmutacji (przemianie) jednych pierwiastków w drugie, chociaż trzeba przyznać, że ewentualna realizacja tego celu na skalę praktyczną byłaby trudna, a w każdym razie bardzo kosztowna.

Rysunek 35. Pierwsza zaobserwowana reakcja jądrowa.

Reakcję tą możemy opisać równaniem:

Tą samą reakcję można też zapisać inaczej:

Izotop tlenu ¹⁷O nie jest izotopem promieniotwórczym, dlatego też nie każda reakcja jądrowa prowadzi do powstania sztucznej promieniotwórczości. W jednym z doświadczeń prowadzonych przez Irenę i Fryderyka Joliot-Curie, w którym cząsteczkami α napromieniowano glin, dochodziło do reakcji jądrowej, którą opisuje rówanie:

Powstający izotop ³⁰P jest nietrwały i ulega przemianie β⁺ zgodnie z równaniem:

co staje się przyczyną zjawiska sztucznej promieniotwórczości.

Przykładem reakcji jądrowych są reakcje, które zachodzą we wnętrzach gwiazd, a więc i w naszym Słońcu (Rysunek 36). Procesy te zachodzą w temperaturach około 15-20 milionów stopni, co zapewnia energię potrzebną na to, aby dwa dodatnie jądra mogły pokonać siły odpychania i zbliżyć się do siebie na dystans rzędu 10^-15 m co jest warunkiem zajścia reakcji jądrowej.

Rysunek 36. Reakcje jądrowe w wnętrzu Słońca (

- deuteron).

Można wskazać wiele różnych typów reakcji jądrowych, z których kilka ilustrują Rysunki 37 - 40. Termin „target” (tarcza) na poniższych rysunkach oznacza jądro, które jest „ostrzeliwane” jądrami wywołującymi reakcję jądrową.

Rysunek 37. Wzbudzenie jądra atomowego w procesie zderzenia.

Rysunek 38. Pochłonięcie jądra przez jądro tarczy.

Rysunek 39. Reakcja pochłonięcia jądra z emisją jądra lekkiego.

Rysunek 40. Kruszenie jądra.

Szczególnie ważny typ reakcji jądrowych, to reakcje wywoływane przez neutrony (Rysunek 41).

Rysunek 41. Oddziaływanie neutronów z jądrami.

Dwa kolejne Rysunki 42 i 43 ilustrują możliwe konsekwencje oddziaływań neutronów z jądrami atomowymi.

Rysunek 42. Odbicie neutronu od jądra.

Rysunek 43. Pochłonięcie neutronu przez jądro.

Naświetlanie substancji neutronami, co realizowane jest w reaktorach atomowych, to metoda produkcja izotopów promieniotwórczych, które stosowane są w nauce, technice i medycynie.

Reakcja rozszczepienia jądra atomowego (Rysunek 44) jest podstawą działania reaktorów atomowych i broni jądrowej.

Rysunek 44. Rozszczepienie jądra ²³⁵U pod wpływem pochłonięcia neutronu.

Zwróćmy uwagę, że jeżeli reakcja rozszczepienia jądra ²³⁵U zajdzie w materiale, w którym będzie dużo takich jąder, to neutrony powstałe w jej wyniku mogą spowodować rozszczepienie kolejnych jąder. W takim materiale rozpocznie się zatem lawinowo narastający proces, w którym liczba jąder rozszczepianych w jednostce czasu będzie coraz większa. Jest to tzw. reakcja łańcuchowa (Rysunek 45).

Rysunek 45. Reakcja łańcuchowa.

Rozszczepienie 1 g ²³⁵U dostarcza około 7,7·10¹⁰ J energii. Aby osiągnąć moc użyteczną wszystkich polskich elektrowni (około 15 000 MW) musimy spalać około 2 tony węgla w ciągu każdej sekundy. Ten sam efekt można uzyskać rozszczepiając 0,2 g ²³⁵U w ciągu jednej sekundy. W skali roku oznacza to mniej więcej 60 milionów ton węgla wobec 6 ton ²³⁵U.

Szeregi Promieniotworcze

Szereg promieniotwórczy

Szereg promieniotwórczy – szereg nuklidów promieniotwórczych przekształcających się kolejno jedne w drugie na drodze rozpadów promieniotwórczych. Kolejne produkty rozpadów promieniotwórczych tworzą szereg, który rozpoczyna się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania, a kończy izotopem trwałym (niepromieniotwórczym).
Przemiany jądrowe zachodzące w szeregach to przemiany typu alfa α i beta β^-. W pierwszym przypadku następuje przesunięcie pierwiastka w układzie okresowym o dwa miejsca w lewo (zmniejszenie liczby atomowej o 2 i liczby masowej o 4), w drugim przypadku o jedno miejsce w prawo (wzrost liczby atomowej o 1 i brak zmiany liczby masowej). Zasady te, wyrażają tzw. prawo przesunięć Soddy'ego i Fajansa z 1913 – mające dziś już tylko charakter historyczny.

Przynależność nuklidów do szeregów promieniotwórczych [edytuj]

O tym, do którego szeregu należy dany nuklid decyduje jego liczba masowa A. W rozpadzie promieniotwórczym liczba masowa zmienia się o 4 poprzez emisję cząstki α; można to przedstawić wzorem:

$A = 4n + m\;$

gdzie:

n – liczba całkowita,
m – przyjmuje wartości 0, 1, 2, 3.

W ten sposób otrzymuje się 4 szeregi promieniotwórcze:

występujące naturalnie w przyrodzie:
- (m = 2) uranowo-radowy – ²³⁸U → ²⁰⁶Pb
- (m = 3) uranowo-aktynowy – ²³⁵U → ²⁰⁷Pb
- (m = 0) torowy – ²³²Th → ²⁰⁸Pb
sztuczny
- (m = 1) neptunowy – ²³⁷Np → ²⁰⁹Bi

Szereg uranowo–radowy [edytuj]

Szereg promieniotwórczy uranowo-radowy

Szereg rozpoczyna się izotopem uranu ²³⁸U o okresie półtrwania wynoszącym 4,5 miliarda lat, a kończy na stabilnym ołowiu ²⁰⁶Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 2 i należy do niego 16 nuklidów, między innymi: ²³⁸U, ²³⁴U, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁰Po, ²¹⁰Pb.

nuklid	typ rozpadu	czas połowicznego rozpadu	uwolniona energia, MeV	produkt rozpadu
U 238	α	4,51•10⁹ lat	4,270	Th 234
Th 234	β^-	24.10 d	0,273	Pa 234
Pa 234	β^-	1,18 min	2,197	U 234
U 234	α	2,44∙10⁵ lat	4.859	Th 230
Th 230	α	7,50∙10⁴ lat	4,770	Ra 226
Ra 226	α	1599 lat	4,871	Rn 222
Rn 222	α	3,823 d	5,590	Po 218
Po 218	α	3,05 min	6,88	Pb 214
Pb 214	β^-	26,8 min	1,024	Bi 214
Bi 214	β^- 99,98% α 0,02%	19,7 min	3,272 5,617	Po 214 Tl 210
Po 214	α	0,162 ms	7,883	Pb 210
Tl 210	β^-	1,32 min	5,484	Pb 210
Pb 210	β^-	22,3 lat	0,064	Bi 210
Bi 210	β^- 99,99987% α 0,00013%	5,0 d	1,426 5,982	Po 210 Tl 206
Po 210	α	138,375 d	5,407	Pb 206
Pb 206	.	trwały	.	.

Szereg uranowo–aktynowy [edytuj]

Szereg promieniotwórczy uranowo-aktynowy

Szereg rozpoczyna się izotopem uranu ²³⁵U o okresie półtrwania wynoszącym 700 milionów lat a kończy na stabilnym ołowiu ²⁰⁷Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 3 i należy do niego 14 nuklidów, między innymi: ²³⁵U, ²³¹Pa, ²²³Ra.

nuklid	typ rozpadu	czas połowicznego rozpadu	uwolniona energia, MeV	produkt rozpadu
U 235	α	6,96•10⁸ lat	4,678	Th 231
Th 231	β^-	25,64 h	0,391	Pa 231
Pa 231	α	32760 lat	5,150	Ac 227
Ac 227	β^- 98,62% α 1,38%	21,772 lata	0,045 5.042	Th 227 Fr 223
Th 227	α	18,72 d	6,147	Ra 223
Fr 223	β^-	21,8 min	1,149	Ra 223
Ra 223	α	11,434 d	5,979	Rn 219
Rn 219	α	3,920 s	6,946	Po 215
Po 215	α 99,99977% β^- 0,00023%	1,78 ms	7,527 0,715	Pb 211 At 215
Pb 211	β^-	36,1 min	1,367	Bi 211
Bi 211	α 99,724% β^- 0,276%	2,15 min	6,751 0,575	Tl 207 Po 211
Po 211	α	510 ms	7,595	Pb 207
Tl 207	β^-	4,79 min	1,418	Pb 207
Pb 207	.	trwały	.	.

Szereg torowy [edytuj]

Szereg promieniotwórczy torowy

Szereg rozpoczyna się izotopem toru ²³²Th o okresie półtrwania wynoszącym 14 miliardów lat, a kończy stabilnym ołowiem ²⁰⁸Pb. Szereg jest opisanym wzorem 4n + 0, należy do niego 12 nuklidów, między innymi: ²³²Th, ²²⁸Th, ²²⁸Ra, ²²⁰Rn.

nuklid	typ rozpadu	czas połowicznego rozpadu	uwolniona energia, MeV	produkt rozpadu
Th 232	α	1,405•10¹⁰ lat	4,081	Ra 228
Ra 228	β^-	5,75 lat	0,046	Ac 228
Ac 228	β^-	6,13 h	2,124	Th 228
Th 228	α	1,913 lat	5,520	Ra 224
Ra 224	α	3,64 d	5,789	Rn 220
Rn 220	α	54,5 s	6,404	Po 216
Po 216	α	0,158 s	6,906	Pb 212
Pb 212	β^-	10,64 h	0,570	Bi 212
Bi 212	β^- 64,06% α 35,94%	60,55 min	2,252 6,208	Po 212 Tl 208
Po 212	α	3∙10^-7 s	8,955	Pb 208
Tl 208	β^-	3,0 min	4,999	Pb 208
Pb 208	.	trwały	.	.

Szereg neptunowy [edytuj]

Szereg promieniotwórczy neptunowy

Szereg rozpoczyna się izotopem neptunu ²³⁷Np o okresie półtrwania 2,1 miliona lat, a kończy na stabilnym bizmucie ²⁰⁹Bi. Szereg opisany jest wzorem 4n + 1 i należy do niego 13 nuklidów, między innymi: ²³⁷Np, ²³³U, ²²⁹Th.
Szereg neptunowy występuje jedynie w wyniku sztucznego otrzymywania (naświetlanie uranu strumieniem neutronów). Okres półtrwania neptunu jest około 2000 razy krótszy od wieku Ziemi przez co zostały jedynie niewykrywalne jego ilości. Obecnie w rudach uranowych występuje go ok. 1,8∙10^-12% (2 atomy neptunu na bilion atomów uranu).

nuklid	typ rozpadu	czas połowicznego rozpadu	uwolniona energia, MeV	produkt rozpadu
Np 237	α	2,14•10⁶ lat	4,959	Pa 233
Pa 233	β^-	27,0 d	0,571	U 233
U 233	α	1,59•10⁵ lat	4,909	Th 229
Th 229	α	7340 lat	5,168	Ra 225
Ra 225	α	14,8 d	0,36	Ac 225
Ac 225	α	10 d	5,935	Fr 221
Fr 221	α	4,8 min	6,3	At 217
At 217	α	32,3 ms	7,0	Bi 213
Bi 213	β^- α	46 min	. 5,87	Po 213 Tl 209
Po 213	α	4,2∙10^-6 s	.	Pb 209
Tl 209	β^-	2,2 min	3,99	Pb 209
Pb 209	β^-	3,25 h	0,644	Bi 209
Bi 209	.	quasi trwały*	.	.

*Izotop ²⁰⁹Bi, choć często opisywany jako trwały, ma okres połowicznego rozpadu 1,9·10¹⁹ lat, a produktem jego rozpadu α jest ²⁰⁵Tl. Tak długi okres rozpadu (setki milionów razy dłuższy od wieku wszechświata) pozwala traktować bizmut jako praktycznie trwały.

Czas Połowicznego rozpadu

Czas połowicznego rozpadu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Skocz do: nawigacji, szukaj

Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) jest to czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas ten, oznaczany symbolem T_1/2, zgodnie z definicją musi spełniać zależność:

$N(t)= N_0 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{T_{1/2}}}$

gdzie

N(t) – liczba obiektów pozostałych po czasie t,

N₀ – początkowa liczba obiektów.

Pierwotnie czas ten dotyczył nietrwałych jąder atomowych pierwiastków (promieniotwórczych). W tym przypadku po czasie połowicznego rozpadu aktywność promieniotwórcza próbki zmniejsza się również o połowę. Okres połowicznego rozpadu dotyczy również nietrwałych cząstek. Może być wyznaczony z wykładniczego charakteru rozpadu, który w przypadku izotopów promieniotwórczych nosi nazwę prawa rozpadu naturalnego.

Spis treści

[ukryj]

Fizyczny czas połowicznego zaniku [edytuj]

Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (np. temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.). Czas połowicznego zaniku jest pojęciem stosowanym dla każdego rodzaju rozpadu promieniotwórczego.
Czasami ze względów praktycznych i tylko w technice przyjmuje się w przybliżeniu, że całkowity rozpad danego radionuklidu następuje po czasie równym pięciu czasom połowicznego zaniku (tj., gdy aktywność spadnie do poziomu 1/32 aktywności początkowej).
Wszystkie rozpady w przyrodzie można opisać za pomocą trzech powiązanych ze sobą parametrów:

λ – stała rozpadu promieniotwórczego (określa prawdopodobieństwo zajścia rozpadu jednego jądra w jednostce czasu),

T_1/2 – okres połowicznego zaniku,

τ – średni czas życia (czas, po którym średnio pozostaje 1/e początkowej liczby cząstek).

Przypuśćmy, że początkowo jest N₀ cząstek nietrwałych, po czasie t ich ilość zmniejsza się do N(t).
Prawdopodobieństwo przeżycia przez cząstkę czasu t jest opisywane przez funkcję postaci

$p(t)=\frac{N(t)}{N_0}=e ^{(-\lambda t)}$ .

W związku z tym prawdopodobieństwo p(t) = 1/2, odpowiada czasowi

$t = T_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$

Średni czas życia oblicza się ze wzoru

$\tau = \langle t \rangle = \frac{\int\limits ^{\infty} _{0} t e ^{-\lambda t} dt}{\int\limits ^{\infty} _{0} e ^{-\lambda t} dt} = \frac{-1/\lambda ^{2}}{-1/\lambda} = \frac{1}{\lambda}$

Prawo rozpadu promieniotwórczego

Prawo rozpadu promieniotwórczego mówi, jak liczba jąder danego pierwiastka promieniotwórczego, które jeszcze nie uległy rozpadowi, zależy od czasu. Tysiąc czerwonych kółeczek to tysiąc jąder atomowych pierwiastka, którego czas połowicznego rozpadu wynosi 20 s. Wykres przedstawia zależność od czasu części jąder, które się jeszcze nie rozpadły (N/N₀) zgodnie z prawem:

N = N₀ · 2^-t/T

N₀ ... początkowa liczba jąder
N .... liczba jąder, które się jeszcze nie rozpadły
t .... czas od chwili rozpoczęcia pomiaru
T .... czas połowicznego rozpadu

W chwili uruchomienia programu (przyciskiem "Rozpocznij") jądra zaczynają się "rozpadać" (zmieniają kolor z czerwonego na czarny). Za pomocą przycisku "Zatrzymaj / Wznów" możesz zatrzymać lub wznowić symulację. W chwili zatrzymania symulacji na wykresie poniżej pojawi się niebieski punkt. Zauważ, że często punkt ten nie leży dokładnie na krzywej! Jeśli chcesz przywrócić stan początkowy, musisz kliknąć przycisk "Przywróć".
Można podać prawdopodobieństwo, że pojedyncze jądro "przeżyje" w danym przedziale czasu. Prawdopodobieństwo to dla jednego czasu połowicznego rozpadu wynosi 50 %, dla (2 T) wynosi 25 % (połowa z 50 %), dla (3 T) 12,5 % (połowa z 25 %), itd.
Nie można jednak przewidzieć czasu, po którym dane, konkretne jądro ulegnie rozpadowi. Np. gdyby nawet prawdopodobieństwo rozpadu w ciągu najbliższej sekundy wynosiło 99 %, to jest możliwe (lecz mało prawdopodobne), że dane jądro rozpadnie się dopiero po milionach lat

Za i przeciw Elektrowni Jądrowej

Zalety wykorzystania energii jądrowej

Wady wykorzystania energii jądrowej

Źródło energii nie zanieczyszczające środowiska naturalnego gazami zaliczanych do gazów cieplarnianych
Niezależność elektrowni od miejsc występowania surowca – możliwość ich budowania w miejscach, gdzie zajdzie taka potrzeba
energia jądrowa sama jest tania, wybudowanie elektrowni jądrowej niesie ze sobą natomiast gigantyczne koszty

długi czas trwania budowy elektrowni atomowej
przy produkcji niebezpiecznych odpadów radioaktywnych pojawia się niebezpieczeństwo ich składowania i przechowywania
niebezpieczeństwo awarii elektrowni jądrowych – przy dużej ilość elektrowni jeszcze większe, katastrofa nuklearna jak w Czarnobylu byłaby wielce prawdopodobna.
Brak możliwości wykorzystania energii jądrowej do transportu ciężarówek, samolotów czy statków.
Brak możliwości wykorzystania energii jądrowej jako surowca do otrzymywania tworzyw sztucznych, nawozów i środków ochrony roślin.
Pojawianie się elektrowni atomowej stanowi problem i techniczny i fizyczny, i jednocześnie jest to problem nierozprzestrzeniania broni jądrowej.