ENERGIA ENERGIA NUCLEARANUCLEARA

Proiectul a fost realizat de:Proiectul a fost realizat de:

Bela Teo-AndreiBela Teo-Andrei

Caraman Dimciu,Caraman Dimciu,

Scoala 12 “Hasdeu” Scoala 12 “Hasdeu”

Profesor indrumator Profesor indrumator Laurentziu RosuLaurentziu Rosu

CUPRINSCUPRINSI. I. Energia nucleara Energia nucleara II. Fisiunea nucleara stimulataII. Fisiunea nucleara stimulataIII. Istoric nuclearIII. Istoric nuclearIV. Tipuri de centrale electriceIV. Tipuri de centrale electriceV. Reactorul nuclearV. Reactorul nuclearVI. Principiul fizic al bombei atomiceVI. Principiul fizic al bombei atomice

SCOPUL LUCRARII: prezentarea notiunilor legate de producerea energiei electrice, fizica nucleara, si crearea unor animatii reprezentand reactia de fisiune

‘

ENERGIA NUCLEARAENERGIA NUCLEARA Scopul energeticii nucleare este producere Scopul energeticii nucleare este producere

de electricitate folosind caldura eliberata prin de electricitate folosind caldura eliberata prin schimbari ce au loc in nucleele atomilor, schimbari ce au loc in nucleele atomilor, proces numit reactie controlata.proces numit reactie controlata.

Nucleele elementelor radioactive se pot scinda, eliberand Nucleele elementelor radioactive se pot scinda, eliberand energie, sub forma de radiatii si caldura. In acest proces energie, sub forma de radiatii si caldura. In acest proces elimina 2-3 neutroni, care pot lovi alte nuclee, provocand elimina 2-3 neutroni, care pot lovi alte nuclee, provocand scindarea lor si disociera altor nuclee.scindarea lor si disociera altor nuclee.

Animatie originala realizata cu programele Powerpoint si Paint Shop Pro

ISTORICISTORIC Lise Meitner (1878-1968)a demonstrat ca Lise Meitner (1878-1968)a demonstrat ca

atomii grei pot fi scindati in atomi mai usori-atomii grei pot fi scindati in atomi mai usori-proces pe care ea l-a numit “fisiune nucleara”.proces pe care ea l-a numit “fisiune nucleara”.

Otto Hahn si Hans Strassman au lucrat alaturi Otto Hahn si Hans Strassman au lucrat alaturi de Meitner si au descoperit fisiunea stimulata de Meitner si au descoperit fisiunea stimulata

atomilor de uraniu si au primit in anul 1944 atomilor de uraniu si au primit in anul 1944 Premiul Nobel pentru chimie.Premiul Nobel pentru chimie.

Enrico Fermi (1901-1954) a Enrico Fermi (1901-1954) a construit in anul 1942 construit in anul 1942 primul reactor nuclear si primul reactor nuclear si mai tarziu a lucrat la mai tarziu a lucrat la proiectul bombei atomice.proiectul bombei atomice.

ISTORIC NUCLEARISTORIC NUCLEAR August 1939: Scrisoarea lui Einstein August 1939: Scrisoarea lui Einstein Fizicianul Albert Einstein ii trimite o scrisoare presedintelui Fizicianul Albert Einstein ii trimite o scrisoare presedintelui

american Franklin D. Roosevelt, prin care il avertizeaza asupra american Franklin D. Roosevelt, prin care il avertizeaza asupra faptului ca doi cercetatori germani lucreaza la construirea unei faptului ca doi cercetatori germani lucreaza la construirea unei bombe atomice. Roosevelt organizeaza un comitet special bombe atomice. Roosevelt organizeaza un comitet special pentru a analiza implicatiile militare ale cercetarii atomice.pentru a analiza implicatiile militare ale cercetarii atomice.

Septembrie 1942: Proiectul Manhattan Septembrie 1942: Proiectul Manhattan Este initiat Proiectul Manhattan, avind ca scop Este initiat Proiectul Manhattan, avind ca scop

crearea unei arme atomice inaintea germanilor. crearea unei arme atomice inaintea germanilor. Bomba e creata pe baza fisiunii uraniului, stimulata Bomba e creata pe baza fisiunii uraniului, stimulata cu neutroni lenti – experimentata in America de cu neutroni lenti – experimentata in America de Enrico Fermi.Enrico Fermi.

TIPURI DE TIPURI DE CENTRALE CENTRALE ELECTRICEELECTRICE De-a lungul istoriei omenirii, s-au creat, in ordine: 1. De-a lungul istoriei omenirii, s-au creat, in ordine: 1.

termocentrale, 2.hidrocentrale, 3.centrale nuclearetermocentrale, 2.hidrocentrale, 3.centrale nucleare 1. Intr-o termocentrala, arderea combustibilului in 1. Intr-o termocentrala, arderea combustibilului in cuptor furnizeaza energie termica; aceasta este cuptor furnizeaza energie termica; aceasta este preluata de sistemul de racire si este utilizata in preluata de sistemul de racire si este utilizata in vaporizor pentru producerea de vapori, care antreneaza vaporizor pentru producerea de vapori, care antreneaza turbina cuplata la generatorul electric-ALTERNATOR.turbina cuplata la generatorul electric-ALTERNATOR.

ELECTRO-MAGNET

BOBINA -ROTOR

ALTERNATOR

Intr-o hidrocentrala, energia potentiala Intr-o hidrocentrala, energia potentiala gravitationala a apei din lacul de acumulare este gravitationala a apei din lacul de acumulare este transformata in energie cinetica, in galeriile de transformata in energie cinetica, in galeriile de fuga. fuga.

Apa pune in miscare turbinei, care esteApa pune in miscare turbinei, care este cuplata la generatorul electric.cuplata la generatorul electric.

REACTORUL NUCLEARREACTORUL NUCLEAR Se bazeaza pe Se bazeaza pe iniinittiiereaerea reac reacttieiei de fisiune i de fisiune

nuclearnuclearaa în lan în lantt, controlat, controlataa ssi susi susttinutinutaa la o rat la o rataa stastattionarionara intr-o instalatie complexa ce trasforma a intr-o instalatie complexa ce trasforma energia termica produsa de reactia de fisiune in energia termica produsa de reactia de fisiune in energie elecrica, in doua etape: energie elecrica, in doua etape:

1.Sistemul de racire cu apa preia caldura 1.Sistemul de racire cu apa preia caldura eliberata de uraniu, prin evaporarea apei care eliberata de uraniu, prin evaporarea apei care roteste palele turbinei, producand energie roteste palele turbinei, producand energie mecanicamecanica

2. Alternatorul legat de turbina transforma energia 2. Alternatorul legat de turbina transforma energia mecanica in electrica.mecanica in electrica.

Schema Schema simplificata a unui simplificata a unui reactor nuclearreactor nuclear

1.1. barbaraa pentru oprire pentru oprire de urgende urgentata

2.2. bare de control bare de control

3.3. combustibil combustibil

4.4. protecprotecttie biologicie biologicaa

5.5. ieiessirea vaporilor irea vaporilor

6.6. intrarea apei intrarea apei

7.7. protecprotecttie termicie termicaa

Principiul Principiul fizic al fizic al bombei bombei atomiceatomice

Primele bombe nucleare Primele bombe nucleare construite au utilizat reactia de construite au utilizat reactia de fusiune. fusiune.

Principiul de constructie al Principiul de constructie al acestora este urmatorul: contine acestora este urmatorul: contine 2 bucati de material fisionabil 2 bucati de material fisionabil care nu explodeaza singure fiindca care nu explodeaza singure fiindca au mai putin decat masa critica. au mai putin decat masa critica. Dar, daca sunt puse in contact, Dar, daca sunt puse in contact, depasesc impreuna masa critica depasesc impreuna masa critica LA CARE EXPLODEAZA . Ele sunt LA CARE EXPLODEAZA . Ele sunt aduse in contact prin explozia aduse in contact prin explozia focosului realizat din exploziv focosului realizat din exploziv clasic. (trinitrotoluen) si astfel se clasic. (trinitrotoluen) si astfel se produce reactia in lant, care produce reactia in lant, care curpinde intregul material curpinde intregul material fisionabil intr-o fractiune de fisionabil intr-o fractiune de secunda, .secunda, .

STRUCTURA BOMBEI ATOMICE

1. TRINITROTOLUEN2. MATERIAL FISIONABIL URANIU235 SAU PLUTONIU 2393. ZONA DE SEPARATIE, CU SURSA DE NEUTRONI

In paginile urmatoare, In paginile urmatoare, prezentam prezentam Mai multe informatii Mai multe informatii despre fizica nucleara:despre fizica nucleara:

IIn mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt n mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt bazate pe fisiunea nuclearbazate pe fisiunea nuclearaa ssi sunt considerate problematice i sunt considerate problematice datoritdatoritaa siguran siguranttei lor ei lor ssi riscurilor asupra si riscurilor asupra saannaattatatii. Din contra, ii. Din contra, alalttii considerii consideraa centrala nuclear centrala nuclearaa ca fiind o metod ca fiind o metodaa sigur siguraa ssi i nepoluantnepoluantaa de generare a electricit de generare a electricitatatii.ii.

Instalaţia de fuziune este o tehnologie bazatInstalaţia de fuziune este o tehnologie bazataa pe fuziunea pe fuziunea nuclearnuclearaa în locul fisiunii nucleare. în locul fisiunii nucleare.

ExistExistaa ssi alte instalai alte instalatitii i iin care au loc reacn care au loc reacttii nucleare ii nucleare iintr-o ntr-o maniermanieraa controlat controlataa, incluzând generatoarele termoelectrice , incluzând generatoarele termoelectrice radioizotope şi bateriile atomice, care genereazradioizotope şi bateriile atomice, care genereazaa c caaldurlduraa ssi i putere exploatputere exploataand dezintegrnd dezintegraarile radioactive pasive, cum ar fi, rile radioactive pasive, cum ar fi, de exemplu,de exemplu, instalainstalattiile Farnswoiile Farnsworrth-Hirsch de producere a th-Hirsch de producere a radiaţiilor neutronice.radiaţiilor neutronice.

Avantajele si dezavantajele REACTORULUI Avantajele si dezavantajele REACTORULUI NUCLEARNUCLEAR

UN COMBUSTIBIL IDEAL: URANIULUN COMBUSTIBIL IDEAL: URANIUL

Spre deosebire de carbune, petrol sau Spre deosebire de carbune, petrol sau gaze naturale, cantitati foarte mici de gaze naturale, cantitati foarte mici de uraniu pot produce foarte multa energie uraniu pot produce foarte multa energie electrica, fara a polua aerul. Energia electrica, fara a polua aerul. Energia nucleara este ideala pentru propulsarea nucleara este ideala pentru propulsarea navelor spatiale si a submarinelor:o navelor spatiale si a submarinelor:o nava spatiala cu combustibil nuclear nava spatiala cu combustibil nuclear poate functiona ani de zile, iar un poate functiona ani de zile, iar un submarin cu energie nucleara poate submarin cu energie nucleara poate face inconjurul lumii fara a se alimenta face inconjurul lumii fara a se alimenta cu combustibil si fara a polua.cu combustibil si fara a polua.

Solutie pentru viitorSolutie pentru viitor Inca din 1950, puterea nucleara a fost Inca din 1950, puterea nucleara a fost

vazuta ca solutia nenecesitatilor energetice. vazuta ca solutia nenecesitatilor energetice. Prima centrala nucleara,Calder Hall, din Prima centrala nucleara,Calder Hall, din

Marea Britanie, a inceput sa furnizeze Marea Britanie, a inceput sa furnizeze energie electrica in 1956. energie electrica in 1956.

Anumite tari, printre care si Franta, se Anumite tari, printre care si Franta, se bazeaza pe energia nucleara, iar in Romania bazeaza pe energia nucleara, iar in Romania 10% din totalul energiei este energie 10% din totalul energiei este energie nucleara .nucleara .

Datorita riscurilor posibile, se contruiesc Datorita riscurilor posibile, se contruiesc putine centrale nucleare.putine centrale nucleare.

ARMAMENT NUCLEARARMAMENT NUCLEAR Datorita prigoanei fasciste din anii `30 si imediat dupa inceperea celui de-al Datorita prigoanei fasciste din anii `30 si imediat dupa inceperea celui de-al

doilea razboi mondial, un mare numar de savanti din Europa au emigrat in doilea razboi mondial, un mare numar de savanti din Europa au emigrat in SUA.Incepand din 1941,Hitler ameninta mereu cu “arma finala”.Constienti SUA.Incepand din 1941,Hitler ameninta mereu cu “arma finala”.Constienti de faptul, odata cu descoperirea in Germania, in 1937, a reactiei de fisiune de faptul, odata cu descoperirea in Germania, in 1937, a reactiei de fisiune in lant, exista posibilitatea construirii de catre Germania fascista a bombei in lant, exista posibilitatea construirii de catre Germania fascista a bombei atomice, unii dintre savanti au atras atentia presedintelui SUA asupra acestui atomice, unii dintre savanti au atras atentia presedintelui SUA asupra acestui pericol.S-a lansat astfel un proiect de realizare a unei bombe atomice, pericol.S-a lansat astfel un proiect de realizare a unei bombe atomice, proiect la care au participat numerosi fizicieni.Dupa 3 ani de cerectari, proiect la care au participat numerosi fizicieni.Dupa 3 ani de cerectari,

in aprilie 1945, in desertul Alamogordo, SUA a avut loc primul experiment in aprilie 1945, in desertul Alamogordo, SUA a avut loc primul experiment constand in detronarea unei bombe bazate pe fisiunea uraniului, urmând ca .constand in detronarea unei bombe bazate pe fisiunea uraniului, urmând ca .

La 6 august 1945, Statele Unite a lansat prima bomba atomica asupra orasului Hiroshima La 6 august 1945, Statele Unite a lansat prima bomba atomica asupra orasului Hiroshima (Japonia).In urma acestei explozii au murit peste 100.000 de oameni din cei aproximativ 350.000 de (Japonia).In urma acestei explozii au murit peste 100.000 de oameni din cei aproximativ 350.000 de locuitori si au ramas fara adapost inca aproximativ 170.000 de locuitori (orasul a fost distrus in locuitori si au ramas fara adapost inca aproximativ 170.000 de locuitori (orasul a fost distrus in proportie de 60%). proportie de 60%).

La 9 august 1945, Statele Unite au lansat a doua bomba atomica asupra orasului La 9 august 1945, Statele Unite au lansat a doua bomba atomica asupra orasului Nagasaki(Japonia).Au murit aproximativ 40.000 de oameni si a fost distrusa aproape o treime din Nagasaki(Japonia).Au murit aproximativ 40.000 de oameni si a fost distrusa aproape o treime din oras. oras.

Efectele acestei explozii au fost devastatoare.Ele au fost depasite, probabil, numai de efectele Efectele acestei explozii au fost devastatoare.Ele au fost depasite, probabil, numai de efectele bombardamentelor cu bombe conventionale in toata Anglia si in orasele Dresda, Hamburg si Tokio bombardamentelor cu bombe conventionale in toata Anglia si in orasele Dresda, Hamburg si Tokio (luate la un loc!) in timpul celui de-al doilea razboi mondial.Cele doua bombe lansate impotriva (luate la un loc!) in timpul celui de-al doilea razboi mondial.Cele doua bombe lansate impotriva oraselor japoneze au fost singurele utilizate intr-un conflict armat.oraselor japoneze au fost singurele utilizate intr-un conflict armat.

Lansarea primelor bombe atomiceLansarea primelor bombe atomice

1. mecanice: datorita temperaturilor uriase, presiune aerului creste foarte 1. mecanice: datorita temperaturilor uriase, presiune aerului creste foarte mult.Aceasta perturbatie a presiunii aerului se propaga sub forma unei unde mult.Aceasta perturbatie a presiunii aerului se propaga sub forma unei unde de soc, care determina distrugerile mecanice;de soc, care determina distrugerile mecanice;

2. termice: in centrul exploziei, temperatura atinge valori enorme (milioane 2. termice: in centrul exploziei, temperatura atinge valori enorme (milioane de grade)de grade)

3. de iradiere: radiatiile nucleare care insotesc reactiile fisiune( formate, in 3. de iradiere: radiatiile nucleare care insotesc reactiile fisiune( formate, in general, din fluxuri de neutroni si radiatii gama) determina efecte bilogice general, din fluxuri de neutroni si radiatii gama) determina efecte bilogice atat pe termen scurt, cat si pe termen mediu si lung;atat pe termen scurt, cat si pe termen mediu si lung;

4. luminoase: intensitatea luminoasa este ata de mare incat poate provoca 4. luminoase: intensitatea luminoasa este ata de mare incat poate provoca leziuni grave ale retineileziuni grave ale retinei

Efectele unei explozii nucleareEfectele unei explozii nucleare

HAZARDE NUCLEAREHAZARDE NUCLEARE Deseurile nucleare sunt greu de indepartat, ramanad mii Deseurile nucleare sunt greu de indepartat, ramanad mii

de ani radioactive.Este costisitor sa pui in functiune vechi de ani radioactive.Este costisitor sa pui in functiune vechi reactoare nucleare.Totodata exista posibilitatea unor reactoare nucleare.Totodata exista posibilitatea unor accidente, cum a foast cel din 1986, la centrala nucleara accidente, cum a foast cel din 1986, la centrala nucleara de la Cernobal, din U.R.S.S.de la Cernobal, din U.R.S.S.

Efectul acestui accident a fost contaminarea cu substante Efectul acestui accident a fost contaminarea cu substante radioactive a unor suptrafete de mii de km patrati.radioactive a unor suptrafete de mii de km patrati.

Fuziunea nucleara, care elibereaza energie prin unirea Fuziunea nucleara, care elibereaza energie prin unirea nucleelor, nu prin scindare, poate oferi in viitor nucleelor, nu prin scindare, poate oferi in viitor modalitatea de producere in conditii de siguranta a modalitatea de producere in conditii de siguranta a energiei.energiei.

Accidente nucleareAccidente nucleare  

In 1937,in timpul prigoanei fasciste a acelor ani,in care Hitler ameninta In 1937,in timpul prigoanei fasciste a acelor ani,in care Hitler ameninta cu „bomba finala”,a fost descoperita in Germania „reactia de fisiune in cu „bomba finala”,a fost descoperita in Germania „reactia de fisiune in lant”,a dat posibilitatea construirii bombei atomice,care a fost lant”,a dat posibilitatea construirii bombei atomice,care a fost experimentata in localitatea Los Alamos(New Mexico,SUA),pentru experimentata in localitatea Los Alamos(New Mexico,SUA),pentru prima data,constand in detonarea unei bombe bazate pe fisiunea prima data,constand in detonarea unei bombe bazate pe fisiunea uraniului.uraniului.

Primul dezastru nuclear a avut loc odata cu detonarea primei bombe Primul dezastru nuclear a avut loc odata cu detonarea primei bombe atomice asupra orasului Hiroshima,care s-a soldat cu peste 100000 atomice asupra orasului Hiroshima,care s-a soldat cu peste 100000 morti.morti.

In prezent s-au emis multe ipoteze privind posibilitatea exploziei unui In prezent s-au emis multe ipoteze privind posibilitatea exploziei unui reactor nuclear precum o bomba,lucru care nu este posibil.Dar sunt reactor nuclear precum o bomba,lucru care nu este posibil.Dar sunt insa posibile accidente datorita supraincalzirii reactoarelor in care insa posibile accidente datorita supraincalzirii reactoarelor in care componentele lor se pot topi.Reactoarele moderne sunt inchise in componentele lor se pot topi.Reactoarele moderne sunt inchise in conditii extrem de izolate precum ar fi containerele.conditii extrem de izolate precum ar fi containerele.

In 1979 la centrala din Three Mile Island(Pennsylvania,SUA) datorita defectarii In 1979 la centrala din Three Mile Island(Pennsylvania,SUA) datorita defectarii sistemului de racire al centralei,s-a supraincalizit reactorul,dar paguba a fost reparata in sistemului de racire al centralei,s-a supraincalizit reactorul,dar paguba a fost reparata in catava minute(pagubele materiale fiind „mici”,de peste un miliard $).catava minute(pagubele materiale fiind „mici”,de peste un miliard $).

Cel mai mare accident nuclear a avut loc la Cernobil(Ucraina) in 1986,cand reactorul 4 Cel mai mare accident nuclear a avut loc la Cernobil(Ucraina) in 1986,cand reactorul 4 a suferit o supraincalzire,provocand mari pagube,cum ar fi pierderi de vieti a suferit o supraincalzire,provocand mari pagube,cum ar fi pierderi de vieti omenesti,precum si boli sau mutatii genetice,zona fiind,in prezent,sub omenesti,precum si boli sau mutatii genetice,zona fiind,in prezent,sub radioactivitate,totul fiind datorita temperaturilor mari si a nerespectarii regulilor si a radioactivitate,totul fiind datorita temperaturilor mari si a nerespectarii regulilor si a disciplinelor tehnologice fapt care a dus chiar la aparitia accidentelor genetice,cum ar fi disciplinelor tehnologice fapt care a dus chiar la aparitia accidentelor genetice,cum ar fi mutantii(animale,etc.)mutantii(animale,etc.)

In prezent,datorita sistemelor avansate pentru prevenirea a astfel de In prezent,datorita sistemelor avansate pentru prevenirea a astfel de accidente,posibilitatile producerii unui accident asemenator Cernobil-ului sunt aproape accidente,posibilitatile producerii unui accident asemenator Cernobil-ului sunt aproape nule.nule.

O mare problema in energetica nucleara o reprezinta depozitarea rezidurilor O mare problema in energetica nucleara o reprezinta depozitarea rezidurilor nucleare,care sunt produse de reactoare.Acestea pot infecta grav mediul inconjurator.nucleare,care sunt produse de reactoare.Acestea pot infecta grav mediul inconjurator.

Reziduurile sunt depuse in containere speciale,puse sub pamant in vechi mine Reziduurile sunt depuse in containere speciale,puse sub pamant in vechi mine parasite.In 1957,in Rusia,intr-un loc de depozitare din muntii Ural,rezidurile s-au aprins parasite.In 1957,in Rusia,intr-un loc de depozitare din muntii Ural,rezidurile s-au aprins si au explodat,fapt care a dus la moartea a zeci de oameni.si au explodat,fapt care a dus la moartea a zeci de oameni.

Primul accident la o centrala nuclearaPrimul accident la o centrala nucleara

CENTRALELE CANDUCENTRALELE CANDU

Centrala de la Cerna-Centrala de la Cerna-voda, construita in colaborare cu voda, construita in colaborare cu

societatea “Canadian societatea “Canadian Deuterium Uranium”, utilizeaza Deuterium Uranium”, utilizeaza redactoare CANDU.Acestea au redactoare CANDU.Acestea au fost proiectate ca o replica la fost proiectate ca o replica la alte tipuri de reactoare nucleare alte tipuri de reactoare nucleare care nu folosesc uraniu care nu folosesc uraniu imbogatit.Ele au castigat imbogatit.Ele au castigat incredere datorita faptului ca incredere datorita faptului ca nu utilizeaza presiuni care ar nu utilizeaza presiuni care ar putea sparge recipientele si nu putea sparge recipientele si nu necesita costisitoare operatie necesita costisitoare operatie de imbogatire a uraniului.de imbogatire a uraniului.

CONCLUZIICONCLUZII

Reactorul nuclear reprezinta o solutie la Reactorul nuclear reprezinta o solutie la necesitatile energetice ale lumii, care a fost necesitatile energetice ale lumii, care a fost descoperita abia in secolul XX. descoperita abia in secolul XX.

Cercetarile trebuie insa continuate pentru a Cercetarile trebuie insa continuate pentru a descoperi alte modalitati de obtinere a descoperi alte modalitati de obtinere a energiei, mai ecologice si lipsite de riscurienergiei, mai ecologice si lipsite de riscuri