Μάθημα- Ερευνα- Σχεδιασμός Μαθημάτων στη Σχολική Βιβλιοθήκη – Μετάφραση

      Εργασία στο μάθημα της Τεχνολογίας

                          Των μαθητών

            ΘΕΟΔΩΡΟΥ     Χαράλαμπου

              ΚΑΡΑΠΙΠΕΡΗ    Γεώργιου  

         1ο Γενικό Ενιαίο Λύκειο Χαλκίδας

                               Τάξη Α΄

                                ΘΕΜΑ 

                  ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

                 Υπεύθυνη καθηγήτρια

                     Πιλάτη Δέσποινα

1.ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

2.ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

3.Ο ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ

4.ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

5.ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ

6.ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

ΕΝΟΤΗΤΑ 1

Πυρηνική ενέργεια ή Ατομική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν μετασχηματίζονται ατομικοί πυρήνες. Είναι δηλαδή η δυναμική ενέργεια που είναι εγκλεισμένη στους πυρήνες των ατόμων λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων που τα συνιστούν. Η πυρηνική ενέργεια απελευθερώνεται κατά τη σχάση ή σύντηξη των πυρήνων και εφόσον οι πυρηνικές αντιδράσεις είναι ελεγχόμενες ( αυτο συμβαινει κατα την σχαση  των πυρηνων στουσ πυρηνικους αντιδραστηρες ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καλύψει ενεργειακές ανάγκες.

Μέχρι σήμερα δεν έγινε δυνατή η κατασκευή  θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα,διάταξης δηλαδή ελέγχουσα τον ρυθμό μιας θερμοπυρηρινικής αντίδρασης.Φαινόμενα πυρηνικής συντήξεως λαμβάνουν χώρα στον ήλιο και σε άλλους απλανείς αστέρες και εκλύονται τεράστιες ποσότητες θερμικής ενέργειας ( ηλιακή ακτινοβολία).

Το τεράστιο μέγεθος της πυρηνικής ενέργειας  προσδιορίζεται  από την γνωστή εξίσωση του ΑΙΝΣΤΑΙΝ ( ενέργεια ισούται με την μάζα επί την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο ).Έτσι εκ της σχάσεως ενός κιλού καθαρού ουράνιου η εκλυόμενη ενέργεια 

ισοδυναμεί προς την θερμότητα η οποία ελευθερώνεται κατά την καύση 2500 τόνων γαιανθράκων

ΕΝΟΤΗΤΑ 2  

Στις 16 Σεπτεμβρίου του 1954 ο Lewis Strauss, ο πρόεδρος της Αμερικάνικης επιτροπής Ατομικής ενέργειας, στάθηκε μπροστά σε ακροατήριο επιστημόνων στη Νέα Υόρκη και με σιγουριά τους διαβεβαίωσε ότι τα παιδιά τους θα απολάμβαναν την ηλεκτρική ενέργεια, υπερβολικά φτηνή, με μηδαμινό κόστος. Η πρώτη εργαστηριακή πυρηνική σχάση επιτεύχθηκε από τους φυσικούς Ότο Χαν και Λίζα Μάιτνερ, το 1938 στο Βερολίνο. Οι δυο τους “βομβάρδισαν” ουράνιο με νετρόνια, σε μια προσπάθεια να το μετατρέψουν στο άγνωστο τότε στοιχείο με ατομικό αριθμό 93 (το ουράνιο έχει Α.Α. 92 και η προσθήκη στον πυρήνα του ενός νετρονίου θα έπρεπε, όπως είχε ήδη διαπιστωθεί ότι συνέβαινε με ελαφρύτερα στοιχεία, να το μετασχηματίσει σε ένα νέο στοιχείο με ένα πρωτόνιο παραπάνω). Το παραγόμενο όμως στοιχείο είχε ιδιότητες πολύ διαφορετικές από τις αναμενόμενες (για ένα βαρύ στοιχείο με Α.Α. 93), γεγονός ανεξήγητο για τους δύο επιστήμονες.

Εκείνη την περίοδο η Μάιτνερ λόγω της εβραϊκής καταγωγής της υποχρεώθηκε να εγκαταλείψει το Βερολίνο και ο Χαν συνέχισε τα πειράματά του με τον επίσης γερμανό φυσικό Φριτζ Στράσμαν. Σύντομα οι τρεις (η Μάιτνερ εξόριστη στη Σκανδιναβία) κατέληξαν σε ένα πολύ τολμηρό συμπέρασμα: Το παραγόμενο στοιχείο με τις αναπάντεχες ιδιότητες ήταν βάριο, που έχει Α.Α. μόλις 56. Αυτό σήμαινε ότι με κάποιο τρόπο η προσθήκη νετρονίου στον πυρήνα του ουρανίου προκαλούσε τη “σχάση” του, όπως ονόμασε τη διαδικασία η Μάιτνερ, σε δύο στοιχεία: Το Βάριο που ήδη ήταν γνωστό και ένα ακόμα στοιχείο (το οποίο αργότερα ονομάστηκε Τεχνήτιο) με Α.Α. 43, απελευθερώνοντας μάλιστα τεράστια ποσά ενέργειας. Εκείνο όμως που έκανε ακόμα πιο ενδιαφέρουσα την ανακάλυψη, ήταν η απελευθέρωση (με τη σχάση) δύο νετρονίων, παρέχοντας τη δυνατότητα για μια αλυσιδωτή αντίδραση. Έτσι, τα δύο νετρόνια που απελευθερώνονται κατά τη σχάση του πυρήνα Ουρανίου προκαλούν τη σχάση δύο πρόσθετων πυρήνων Ουρανίου, απελευθερώνοντας 4 νετρόνια που με τη σειρά τους προκαλούν τη σχάση τεσσάρων πυρήνων κοκ. Με τον τρόπο αυτό μια ελάχιστη ποσότητα Ουρανίου μπορεί να απελευθερώσει με την αλυσιδωτή σχάση της ένα γιγαντιαίο ποσό ενέργειας, που -όπως έγινε σύντομα κατανοητό- είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί είτε για ειρηνικούς σκοπούς (την κάλυψη ενεργειακών αναγκών) είτε για την κατασκευή πυρηνικών βομβών.

  ΕΝΟΤΗΤΑ 3

Πυρηνικός αντιδραστήρας ονομάζεται η διάταξη εκείνη εντός της οποίας παράγεται ενέργεια με ελεγχόμενη αντίδραση σχάσης. Ο Πυρηνικός αντιδραστήρας θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί σαν μια μεγάλη δεξαμενή όπου το πυρηνικό καύσιμο υφίσταται πυρηνική σχάση απελευθερώνοντας έτσι θερμότητα. Τα άτομα του εν λόγω καυσίμου υπό ορισμένες συνθήκες διασπώνται αυθόρμητα εκπέμποντας νετρόνια, τα οποία στη συνέχεια προκαλούν τη διάσπαση άλλων ατόμων, με τελικό αποτέλεσμα μια γεωμετρικά αυξανόμενη αλυσιδωτή αντίδραση.

Στην “καρδιά του αντιδραστήρα” φέρονται επιβραδυντικό υλικό και ρυθμιστικές ράβδοι (ή “ράβδοι ελέγχου” ή “ράβδοι ρύθμισης“) που συγκρατούν την αλυσιδωτή αντίδραση σε σταθερό ρυθμό ανάπτυξης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η ομαλή ροή της θερμότητας. Ένα “ψυκτικό μέσο” (που μπορεί να είναι αέριο ή υγρό όπως το νερό) κυκλοφορεί μέσα στον αντιδραστήρα και θερμαίνεται. Στη συνέχεια αυτό οδηγείται σε ένα “εναλλάκτη θερμότητας” όπου προκαλεί βρασμό σε νερό που υπάρχει εκεί. Ο παραγόμενος ατμός στη συνέχεια θέτει σε κίνηση στροβίλους που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα αλλά και κινητική ενέργεια (π.χ. πυρηνοκίνητα πλοία).

Ο Πυρηνικός αντιδραστήρας εκπέμπει έντονη ακτινοβολία που αξιοποιείται στη παραγωγή ραδιοϊσοτόπων. Η διαρροή της ακτινοβολίας αυτής εμποδίζεται από τα προστατευτικά στρώματα της “θωράκισης” του αντιδραστήρα. Όλοι όσοι εργάζονται σε τέτοιους χώρους υποχρεούνται να είναι εφοδιασμένοι με ειδικούς φορητούς ανιχνευτές ραδιενέργειας.

Είδη πυρηνικών αντιδραστήρων

■            Οι Πυρηνικοί αντιδραστήρες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζονται Πυρηνικοί αντιδραστήρες ισχύος ή Πυρηνικοί σταθμοί ισχύος και διακρίνονται σε τέσσερις βασικούς τύπους στους οποίους όλοι χρησιμοποιούν νερό ως ψυκτικό μέσο και κατηγοριοποιούνται ανάλογα με το είδος του νερού που χρησιμοποιούν ως επιβραδυντή. Αυτοί οι τύποι είναι:

■            Α. Αντιδραστήρες ελαφρού ύδατος (LWRLight-Water Reactors). Αυτοί διακρίνονται στους δύο επιμέρους τύπους:

  1. Αντιδραστήρας πεπιεσμένου ύδατος (PWRPressurized-Water Reactors) και
  2. Ζέοντος ύδατος (BWRBoilling-Water Reactors).

■            Β. Αντιδραστήρες βαρέoς ύδατος (HWRHeavy-Water Reactors) που με τη σειρά τους διακρίνονται σε:

  1. Πιεσμένου ύδατος (HPWR – και Heavy Pressurized-Water Reactors)
  2. Ζέοντος ύδατος (HBWRHeavy Boilling-Water Reactors).

 

Οι τύποι Α1 και Α2 αποτελούν το 72% των εγκατεστημένων Πυρηνικών Σταθμών ισχύος. Επίσης τύπου Α1 (που είναι μικρότερου όγκου) είναι εκείνοι που φέρονται στα πυρηνοκίνητα πλοία.

Υπάρχουν επίσης οι αεριόψυκτοι πυρηνικοί αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν ως επιβραδυντή γραφίτη και ως ψυκτικό μέσο διοξείδιο του άνθρακα. Δε χρησιμοποιούνται εκτεταμένα πλέον και γίνονται προσπάθειες ώστε να εγκαταλειφθεί η χρήση τους για λόγους ασφάλειας και ελαχιστοποίησης του κινδύνου επιβάρυνσης του περιβάλλοντος.

Ένας άλλος τύπος πυρηνικών αντιδραστήρων που έχουν κατασκευαστεί είναι οι αναπαραγωγικοί αντιδραστήρες (breeder reactors). Αυτοί δε χρησιμοποιούνται για παραγωγή ενέργειας, αλλά ο σκοπός της λειτουργίας τους είναι η παραγωγή σχάσιμων ισοτόπων για χρήση από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες ισχύος. Σε αυτούς χρησιμοποιείται το Th232, για παραγωγή U233, και το U238, για παραγωγή Pu239 και αναπόφευκτα Pu240.

ENOTHTA 4

Από όλες τις δυνατότητες εκμετάλευσης  της πυρηνικής σχάσεως πολύ μεγάλη σημασία έχει η  χρησιμοποίηση της εκλιόμενης ενέργειας για ειρηνικούς σκοπούς . Έτσι με την βοήθεια ειδικών εγκαταστάσεων οι οποίες αποτελούν τους καλούμενους ατομικούς ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς ή πυρηνοηλεκρικούς σταθμούς παράγεται ηλεκτρική ενέργεια από την μετατροπή της θερμότητας του πυρηνικού αντιδραστήρα . Μια άλλη ειρηνική χρήση της γίνεται στην κίνηση υποβρηχίων , τα οποία μπορούν να παραμείνουν πολλές μερές κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, και πλοίων.

Στον αντίποδα των ανωτέρω δυστυχώς έχουμε την χρήση της πυρηνικής ενέργειας στα πυρηνικά και ατομικά όπλα τα καταστροφικά αποτελέσματα των οποίων γνώρισε ήδη η ανθρωπότητα στην Χιροσίμα και στο Ναγκασάκι κατά το τέλος του δευτέρου παγκοσμίου πολέμου.

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ

1.THREE-MILE ISLAND:Το πρώτο και χειρότερο ατύχημα στις Η.Π.Α

28 Μαρτίου του 1979. Η ηµέρα που σηµειώθηκε το πρώτο µεγάλο πυρηνικό ατύχηµα στην ανθρώπινη ιστορία,και το χειρότερο στην ιστορία της αµερικανικής πυρηνικής βιοµηχανίας. Ο σταθµός πυρηνικής ενέργειας του Three-mile island, του Νησιού των Τριών Μιλίων στην Πενσιλβάνια των ΗΠΑ,περιελάµβανε δύο αντιδραστήρες πεπιεσµένου ύδατος (PWR) των 900 µεγαβάτ. Μια αλληλουχία τεχνικών προβλημάτων και ανθρώπινων λαθών προκάλεσε βλάβη στο σύστηµα ψύξης µε νερό της Μονάδας 2 – η οποία βρισκόταν τότε σε λειτουργία λιγότερο από τρεις µήνες. Το επίπεδο του νερού στον πυρήνα του αντιδραστήρα μειώθηκε, τµήµα των ράβδων καυσίµου υπέστησαν τήξη και ραδιενεργά αέρια απλώθηκαν στον ουρανό – απελευθερώθηκαν έως και 481 PBq ραδιενεργών αερίων, αλλά λιγότερο από 74 GBq του ιδιαίτερα επικίνδυνου ιωδίου-131. Επιθεώρηση που πραγµατοποιήθηκε έξι χρόνια αργότερα κατέδειξε πως είχε υποστεί τήξη το 45% του πυρήνα και περίπου 20 τόνοι ουρανίου είχαν κατακαθίσει στον πυθµένα του κελύφους.Το προστατευτικό περίβληµα του αντιδραστήρα όµως επιτέλεσε σωστά τον ρόλο του και η ραδιενεργή µόλυνσητου περιβάλλοντος υπήρξε όπως επισηµαίνει η «Monde» αµελητέα. Αρκετές επιδηµιολογικές έρευνες που έχουν γίνει έκτοτε στήριξαν το πρώτο πόρισµα πως η έκλυση ραδιενέργειας από τον αντιδραστήρα δεν είχε διακριτές επιπτώσεις στη συχνότητα του καρκίνου στους κατοίκους της περιοχής.

Το ατύχηµα όµως άλλαξε τη στάση των πολιτών απέναντι στην πυρηνική ενέργεια.

2.ΤΣΕΡΝΟΜΠΙΛ:Επηρέασε την υγεία εκατομμυρίων Ευρωπαίων

Ο αντιδραστήρας Νο 4 του πυρηνικού σταθµού παραγωγής ενέργειας του Τσερνόµπιλ, στην τότε ΕΣΣ∆ και σηµερινή Ουκρανία, εκρήγνυται στη 1.23 π.µ. της 26ης Απριλίου του 1986. Πρόκειται για έναν αντιδραστήρα ζέοντος ύδατος µε επιβραδυντή γραφίτη, τύπου RBMK-1000, σοβιετικής κατασκευής, χωρίς προστατευτικό κέλυφος. Κατασκευαστικά προβλήµατα και παραβιάσεις των κανονισµών ασφαλείας προκαλούν δύο εκρήξεις, στη διάρκεια προγράµµατος ελέγχου. Στην οροφή του κτιρίου ανοίγει τρύπα, ο πυρήνας του αντιδραστήρα έρχεται σε επαφή µε το εξωτερικό περιβάλλον, µεγάλο µέρος του ουρανίου που χρησιµοποιούνταν ως καύσιµο φεύγει στον αέρα µαζί µε υπερουράνια στοιχεία και προϊόντα της σχάσης από τον πυρήνα του αντιδραστήρα. Η στήλη του καπνού φτάνει σε ύψος το ένα χιλιόµετρο, το ραδιενεργό σύννεφο εξαπλώνεται, θα επηρεάσει ολόκληρη την Ευρώπη – αλλά οι αρχές θα παραδεχθούν την αλήθεια µόνο τρεις ηµέρες µετά το τραγικό συµβάν. Για να περιοριστούν οι εκποµπές, ο κατεστραµµένος πυρήνας θα «πνιγεί» κάτω από 5.000 τόνους υλικά. Κάπου 600.000 «ρευστοποιητές» (στρατιώτες και εργάτες) από ολόκληρη την ΕΣΣ∆ θα συµµετάσχουν στον καθαρισµό και την κατασκευή µιας σαρκοφάγου. Πέραν των περίπου 30 ανθρώπων που πέθαναν εξαιτίας της έκθεσης σε ραδιενέργεια αµέσως µετά το δυστύχηµα, εκτιµάται πως λόγω της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος επηρεάστηκε η υγεία εκατοµµυρίων ανθρώπων. Μέχρι και σήµερα, το Τσερνόµπιλ παραµένει το χειρότερο πυρηνικό ατύχηµα, το µέγιστο προβλεπόµενο στην επταβάθµια ∆ιεθνή Κλίµακα Πυρηνικών Συµβάντων.

3.ΦΟΥΚΟΥΣΙΜΑ:Το επίπεδο σοβαρότητας, στο 5 της επταβάθµιας κλίµακας (στο 6 για τους Γάλλους)

Τη στιγµή που σηµειώθηκε ο σεισµός των 9 ρίχτερ στην Ιαπωνία, οι αντιδραστήρες 1, 2 και 3 του πυρηνικού σταθµού της Φουκουσίµα τέθηκαν αυτόµατα, όπως ακριβώς προβλεπόταν, εκτός λειτουργίας.Οι υπόλοιποι τρεις αντιδραστήρες του βρίσκονταν ήδη εκτός λειτουργίας για λόγους συντήρησης.

Πώς έφτασε λοιπόν η Ιαπωνία και ο πλανήτης ολόκληρος να φοβάται µια πυρηνική καταστροφή; Ο λόγος είναι πως ο σεισµός και το τσουνάµι που ακολούθησε διέκοψαν την ηλεκτρική τροφοδοσία του σταθµού.Οι ηλεκτρογεννήτριες έκτακτης ανάγκης δεν λειτούργησαν.

Κατά συνέπεια, τα συστήµατα ψύξης, που διοχετεύουν νερό ώστε να µην υπερθερµαίνονται οι ράβδοι καυσίµου στον πυρήνα των αντιδραστήρων, διαδικασία απαραίτητη ακόµα και όταν ο αντιδραστήρας είναι εκτός, έπαψαν να λειτουργούν.Η πρώτη έκρηξη, στον αντιδραστήρα Νο 1, σηµειώθηκε µία ηµέρα µετά τον σεισµό, το Σάββατο. Οι ράβδοι καυσίµου είχαν υπερθερµανθεί, η µεταλλική τους θήκη είχε εν µέρει λειώσει. Κατασκευασµένη καθώς είναι από κράµα ζιρκονίου, αλληλεπίδρασε µε τον ατµό και δηµιούργησε ιδιαίτερα ασταθή αέρια υδρογόνου.Οταν οι τεχνικοί απελευθέρωσαν τα αέρια, το υδρογόνο εξερράγη.

Το κτίριο του αντιδραστήρα Νο 1 κατέρρευσε. Ο πυρήνας του υπέστη µερική τήξη. Παρά τις προσπάθειες των υπευθύνων να ψύξουν τους αντιδραστήρες ρίχνοντας θαλασσινό νερό, έκρηξη σηµειώθηκε τη ∆ευτέρα και στον αντιδραστήρα Νο 3, την Τρίτη ακολούθησε ο αντιδραστήρας Νο 2, πυρκαγιά ξέσπασε την ίδια ηµέρα στον αντιδραστήρα Νο 4, νέα πυρκαγιά σηµειώθηκε στον ίδιο αντιδραστήρα την Τετάρτη.Το επίπεδο σοβαρότητας του συµβάντος αναβαθµίστηκε από το 4 στο 5 της επταβάθµιας κλίµακας, χαµηλά επίπεδα ραδιενέργειας έφτασαν µέχρι το Τόκιο, 220 χιλιόµετρα µακριά, και η κατάσταση χειροτερεύει. Μικρές ποσότητες ραδιενεργού ιωδίου ανιχνεύθηκαν σήμερα στο νερό βρύσης στο Τόκιο και σε άλλες πέντε ιαπωνικές περιφέρειες εντείνοντας τους φόβους για τη διαρροή από τον πυρηνικό σταθμό της Φουκουσίμα.Επίσης, ανιχνεύθηκε ραδιενέργεια στο γάλα και το σπανάκι των περιοχών που βρίσκονται γύρω από τον πυρηνικό σταθμό.

ΕΝΟΤΗΤΑ 6

Για το καλό της ανθρωπότητας θα πρέπει να απαγορευτούν η παραγωγή και η εξάπλωση και η χρήση των  πυρηνικών και ατομικών όπλων.Για την χρήση δε της πυρηνικής ενέργειας για ειρηνικούς σκοπούς θα πρέπει να αξιοποιηθεί η αποκτηθήσα εμπειρία από τα ατυχήματα που έγιναν σε διάφορες πυρηνικές εγκαταστάσεις έτσι ώστε με μεγαλη προσοχή και σύνεση και εφόσον δεν γίνεται διαφορετικά να την χρησιμοποιήσουμε. Θα ήταν δε ευχής έργο εάν η επιστημονική έρευνα κατόρθωνε να δώσει λύσεις στο ενεργειακό πρόβλημα του πλανήτη αξιοποιώντας ασφαλέστερες πηγές ενέργειας όπως είναι η ηλιακή , η αιολική και οι υπόλοιπες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1)         WWW.WIKIPEDIA.COM

2)         WWW.PHYSICS4U.GR

3)         WWW.PASP-EMP.GR

4)         ΚΛΑΣΙΚΗ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ του K.W.FORD

Συγγραφέας: στις 6 Απριλίου 2011 στις 12:06 μμ


Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *