Atomenergia felhasználása

Elmélet:

Előzmények

1934: Szilárd Leó: magfizikai láncreakció ötleteAtommag +neutron atommag + több neutron

1937: 92U238 + 0n1 92U239 93Np239

94Pu239

1938: Hahn és Strassman: láncreakció felfedezése

92U238 + 0n1 = X96 + Y137 + 2n + Q

Lázas kutatás indul:Párizs, Berlin, Leningrád….

4

Otto Hahn

Fizikusok kísérleti eszközei

5

Maghasadás folyamata

• 1. Atommag gerjesztett állapotba jut;• 2. Atommag alakja deformálódik, befűződik;• 3. Két részre hasad, közben 2-3 neutron is kilép.

92U235 + lassú 0n1 =

1.hasadv. + 2. hasadv. + 2,4 0n1

Hasadványok tömegeloszlása

Az U235 hasadása nagy valószínűséggel aszimmetrikus:90-110 és 130-150közötti tömegeloszlás

Tipikus folyamat:

92U235 + lassú 0n1 =

=56Ba144 + 36Kr89 +2,4n

Stabil: 137Ba, 84Kr

Hasadványok bomlási sorai I.

ProtonNeutronElektronAnti-neutrino

γ-sugárzás

β- bomlással:

56Ba14457La144

58Ce14459Pr144

60Nd144

8

Hasadványok bomlási sorai II.

•36Kr bomlási sora:

Erősen radioaktívak

• β- bomlás:

36Kr89 37Rb89 38Sr8939Y89

A hasadványok β- bomlása tartja fenn a láncreakciót az atomreaktorban. E nélkül a reaktor leállna nem lenne szabályozható!

Összefoglalva:

92U235 Maghasadásakor: - Szükségszerű a neutronok kibocsátása; - Erősen radioaktív termékek jönnek létre.

10

U238 bomlási sora:

92U238 bomlási sora:

92U238 + gyors 0n1 92U239 93Np239 94Pu239

Láncreakciók

szabályozatlan szabályozott

Az első atommáglya: 1942. dec 2.

Chicago: Szilárd Leó, Arthur Compton, Enrico Fermi, Wigner Jenő

Építsünk atomerőművet !

Atomerőmű felépítése

Paksi atomerőmű honlapjáról anyagok :

A VVER-440-213 reaktor típusAktív zónaA primer körA szekunder körBiztonságvédelmi rendszerek

Az atomerőművek típusai

A forralóvizes atomreaktor (BWR)A gázhűtésű reaktorok (GGR)A gyors tenyészreaktorA különleges reaktorokA magas hőmérsékletű tóriumos reaktorA nyomottvizes reaktorokA nehézvizes reaktorok (HWR)Az RBMK egyedi reaktor

• Enrico Fermi (1954), Frédérick Joliot-Curie (1900-1958), Szilárd Leó (1898-1964) és mások – a láncreakció (1939)• Albert Einstein (1879-1955),

Szilárd, Teller Ede (1908-) és Wigner Jenő(1902-1995) – levélF. D. Roosevelthez(1939)

Atombomba

• A döntés– tudósok• ellene: Szilárd, Urey• a demonstráció ötlete• mellette:

Oppenheimer és a többség

–politikusok: Harry S. Truman öröksége• a háború gyors

befejezése• feltétel nélküli

fegyverletétel• a Szovjetunió

– katonák: Groves

Az atombomba működési elve

Az atombomba energiáját urán vagy plutónium hasadása szolgáltatja. Egy neutron által előidézett hasadás során átlagosan 2-3 neutron szabadul fel, és ezek a neutronok újabb hasadásokat idézhetnek elő.

Annak a feltétele, hogy egy láncreakció önállóan fennmaradjon az, hogy a reakcióban keltett neutronok átlagosan legalább egy újabb hasadást idézzenek elő. A hasadás során felszabaduló neutronok újabb hasadást kelthetnek, elnyelődhetnek a bomba anyagában és kiléphetnek a felületen. Ez a három folyamat meghatároz egy kritikus tömeget, mely alatt a kilépő és elnyelődő neutronok miatt nem tud önfenntartó láncreakció kialakulni.

Mekkora ez a kritikus tömeg?

Tegyük fel, hogy a bomba gömb alakú és hogy a neutronsűrűség az anyagban állandó (ez utobbi feltétel biztosan csak közelítés)! A gömbtérfogatban lévő hasadóanyag tömege legyen: M. A hasadások száma a tömeggel arányos és tegyük fel, hogy hasadásonként átlagosan 2 neutron keletkezik, így a keletkező neutronok száma 2aM. A láncreakció feltétele, hogy a hasadások során keletkezett neutronok száma (2aM) ne legyen kisebb, mint az új hasadást előidéző (aM), elnyelődő (bM) és a felületen kiszökő (cF) neutronok számának összege.

Az 235U kritikus tömege körülbelül 7 kg, a 239Pu kritikus tömege körülbelül 10 kg.

Urán bomba: Az összepréselés során a berillium olyan közel kerül a rádiumhoz, hogy együtt neutronforrásként üzemelnek. A kibocsátott neutronok hatására megindul a láncreakció.

A plutóniumbomba nem valósítható meg a fenti módon, mert a 239Pu számottevő valószínűséggel bomlik hasadás révén és termel neutronokat

Házilag hogyan készíthetünk egyet magunknak ?

22

Atombomba

1945. aug. 6. és 9.

uránbomba (Little Boy) plutóniumbomba (Fat Man)

Teljes bemutató az atombomba történetéről

Magfúzió:

Olyan magreakció, ahol két könnyű atommag (pl. hidrogén vagy lítium) izotópjai egyesülnek.E kezdeti atommagok össztömege meghaladja a végtermékét. A tömegkülönbség abból adódik, hogy a folyamat során energia szabadul fel. (Ennek oka, hogy az atomok közül a 26-os rendszámú vas a legstabilabb az ennél könnyebb atomok magfúziója, illetve a nehezebbek maghasadása egyaránt energiafelszabadulással jár.)

A magfúzió megindulásához olyan közel kell vinni egymáshoz a reakcióba lépő atommagokat, hogy működésbe léphessenek a rövid hatótávolságú magerők; ez olyan nagy hőmérsékletű környezetben fordulhat elő, mint a Nap belseje és az atomrobbanások. A fúziós reaktorok kézben tartható módon próbálnak ilyen körülményeket teremteni - jelenleg kísérleti jelleggel.

Fúziós energia plakát teljes méretben

December 3-án: BME Nukleáris Technikai Intézet

Találkozó: ½ 12 Petőfi híd budai hídfő BME menza előtt

December 10-én 2. Zh.