Sojusz Fallen

Ricko

ELEKTROWNIA ATOMOWA

Budowa

Struktura elektrowni atomowej podzielona jest na dwie części. Pierwsza z nich jest cześć konwencjonalna, którą można spotkać w większości elektrowni cieplnych na świecie. Drugą jest część jądrowa, w której zachodzi kluczowy proces kontrolowanego rozszczepienia jąder atomowych.
Podstawowymi elementami obu tych części są obiegi wodne. Wyróżniamy trzy podstawowe: obieg pierwotny – występujący w części jądrowej, łączy wszystkie jej elementy: reaktor, regulator ciśnienia oraz wytwornicę pary; obieg wtórny – stanowi połączenie między częścią jądrową (a konkretnie wytwornicą pary) a elementami części konwencjonalnej (turbinami, skraplaczem pary oraz generatorem, czyli tzw. maszynownią elektrowni); ostatnim obiegiem jest dodatkowy układ wodny dostarczający chłodną wodę (najczęściej z rzeki lub chłodni kominowej) do skraplacza pary
Główny element elektrowni stanowi reaktor jądrowy. Wyróżniamy kilka typu reaktorów:
-wodny wrzący
-wodny ciśnieniowy
-powielający
-wysokotemperaturowy
-niejednorodny ze stałem spowalniaczem
-jednorodny
Najczęściej stosowane są reaktory wodne ciśnieniowe. Zbudowane są one ze zbiornika ciśnieniowego, prętów sterujących oraz elementów paliwowych. Całość uzupełnia obieg wodny pierwotny łączący reaktor z wytwornicą pary.
_____________________________________________________________

Zasada Działania

Centralnym elementem elektrowni atomowej jest jej reaktor, w którym to zachodzą reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Paliwo do tych reakcji (najczęściej Uran) zawarte jest w tzw. prętach paliwowych. Rozpad jąder powoduje podgrzewanie wody znajdującej się w zbiorniku reaktora. Gorąca i będąca pod dużym ciśnieniem woda odprowadzana jest za pomocą obiegu pierwotnego do wytwornicy pary. Po drodze spotyka Regulator ciśnienia, którego zadaniem jest wyrównanie ciśnienia panującego w obiegu pierwotnym tak, aby ilość wody nie zmieniała się.
W wytwornicy pary gorąca woda spotyka się z zimną i będącą pod małym ciśnieniem wodą doprowadzaną przez obieg wtórny. Efektem tego spotkania jest wytworzenie się pary o dużym ciśnieniu oraz schłodzonej wody wracającej obiegiem pierwotnym do reaktora. Para odprowadzana jest za pomocą obiegu wtórnego do konwencjonalnej części elektrowni. Za pomocą turbin ciśnieniowych jest rozprężana, tak aby w końcu dotrzeć do turbiny parowej połączonej z generatorem. Obracanie się wału generatora powoduje wytwarzanie się prądu elektrycznego, który następnie trafia do transformatora, w którym podnoszone jest jego napięcie, tak aby można go było swobodnie transportować. Rozprężona para z kolei trafia do skraplacza pary, gdzie przy pomocy wody chłodzącej jest skraplana i z powrotem kieruje się w stronę wytwornicy pary. Woda chłodząca dostarczana jest z rzeki lub z chłodni kominowej.
_____________________________________________________________

BOMBA ATOMOWA

Budowa

ELEMENTY:

Wysokościomierz
W normalnym wysokościomierzu lotniczym wykorzystuje się aneroid barometryczny, dzięki któremu możemy zmierzyć zmiany od wysokości ciśnienia. Ale wpływ pogody na ciśnienie powiększa błąd odczytu wysokości. By wyznaczyć poziom zerowy bomby korzystniejszy jest w zastosowaniu wysokościomierz radarowy albo radiowy.

Detonator ciśnieniowy
Detonator czuły na ciśnienie powietrza może być mechanizmem bardzo złożonym, ale do celów praktycznych wykorzystuje się bardzo często prostszy typ. Gdy ciśnienie powietrza uzyska wymagany przez nas poziom, zainicjuje wybuch.

Głowica detonacyjna
Głowica detonacyjna (albo głowice), ulokowana w konwencjonalnej substancji wybuchowej jest taka sama jak zwyczajna spłonki. Wykorzystuje się jako katalizator podstawowego wybuchu. Bardzo istotna jest kalibracja tego przyrządu. Jeżeli będzie niewielka głowica detonacyjna, wówczas może ona się stać przyczyną ogromnego niewypału. Głowica detonacyjna uzyska impuls elektryczny z detonatora ciśnieniowego albo z wysokościomierza radarowego. Uzależnione są one od wykorzystanego rodzaju.

Konwencjonalne ładunki wybuchowe
Ładunek ten jest konieczny do wstrzelenia (oraz zespolenia) w środku obudowy bomby niewielkiej ilości uranu z częścią znaczną. Do tego wykorzystuje się najlepiej plastyczną substancję wybuchową, można albowiem go jak tylko chcemy kształtować, zależnie od potrzeby do bomby uranowej albo plutonowej.

Reflektor neutronów
Reflektor neutronów złożony jest z czystego U-238. Jest nie tylko nierozszczepialny, ale także ma właściwość zawracania neutronów z powrotem. Zrobiony z U-238 reflektor neutronów wykorzystuje się do dwóch celów. W bombie uranowej wykorzystuje się go jako dodatkowe zabezpieczenie przed utworzeniem się masy nadkrytycznej z dwóch oddzielnych części U-235. W bombie plutonowej reflektor pomniejsza straty neutronów w segmentach plutonu poprzez zawracanie ich w kierunku centralnej części przyrządu.

Uran oraz pluton
Wydzielenie U-235 jest bardzo trudne. Z każdych 25.000 ton wydobytej rudy otrzymuje się jedynie 50 ton metalicznego uranu, gdzie 99,3 % stanowi U-238, który nie nadaje się do eksplozji jądrowych. Co gorsza, do separacji tych dwóch izotopów nie nadaje się żaden możliwy chemiczny sposób ekstrakcji, ich właściwości chemiczne są albowiem takie same. W praktyce do podzielenia ich wykorzystuje się tylko sposoby mechaniczne. U-235 jest trochę lżejszy od U-238. Do ich wstępnej separacji jest wykorzystywany system dyfuzji gazowej. Uran jest doskonałą substancją rozszczepialną, ale nie jest natomiast jedyną. W bombie atomowej można także wykorzystać plutonu. Ulokowany przez długi okres w reaktorze jądrowym U-238 wchłania neutrony oraz stopniowo przekształca się w pluton. Pluton jest rozszczepialny, choć nie tak łatwo jak U-235. Uran jest możliwy do zdetonowania. Jest jak prosty przyrząd z dwóch wstrzeliwanych do siebie części, ale pluton, ulokowany w formie bardziej złożonej, 32-częściowej komory implozyjnej, koniecznie trzeba detonować mocniejszym konwencjonalnym materiałem wybuchowym, o większej szybkości reagowania. Natomiast mechanizm detonujący ta substancję powinien zapewniać równoczesność zapłonu wszelkich jego elementów. Oprócz tej detonacji konieczna jest również czysta mieszanka polonu z berylem.

Detonator uranu
Złożony jest on z dwóch części. Większość posiada formę kulistą z wnęką. Forma mniejszej odpowiada formie wnęki. Zdetonowanie ładunku konwencjonalnego sprawia, że następuje szybkie wbicie niewielkiej masy w większą oraz ich zespolenie. Zostaje przekroczona masa krytyczna i w czasie jednej milionowej sekundy rozwija się reakcja łańcuchowa rozszczepiania.

Detonator plutonu
Złożony jest z 32 oddzielnych segmentów, które razem tworzą wydrążoną kulę, która obejmuje mieszankę plonu z berylem. Formy oraz masa wszelkich segmentów powinny być takie same. Forma detonatora przypomina piłkę. Detonacja substancji konwencjonalnej powinna doprowadzić do równoczesnego scalenia wszelkich 32 sekcji z mieszanką polonu z berylem w czasie jednej dziesięciomilionowej części sekundy.

Osłona ołowiana
Głównym zadaniem osłony ołowianej jest chronienie mechanizmów bomby przed radioaktywnością ładunku. Gęstość strumienia neutronów ładunku wystarcza do wyprodukowania zwarć wewnętrznych obwodów elektronicznych oraz spowodowania przedwczesnego przypadkowego wybuchu.
_____________________________________________________________

Zasada Działania

Zasada działania bomby atomowej polega na wytworzeniu/przekroczeniu w jak najkrótszym czasie masy krytycznej ładunku jądrowego. Przekroczenie masy krytycznej zazwyczaj uzyskuje się na jeden z dwóch sposobów: poprzez połączenie kilku porcji materiału rozszczepialnego (tzw. metoda działa) lub zapadnięcie materiału uformowanego w powłokę (tzw. metoda implozyjna). Połączenie to musi odbyć się szybko by reakcja nie została przerwana już w początkowej fazie w wyniku rozproszenia energii powstającej podczas rozszczepiania jąder, dlatego do połączenia materiałów rozszczepialnych używa się konwencjonalnego materiału wybuchowego. Reakcja łańcuchowa wydziela ogromną ilość energii. Wysoka temperatura i energia produktów rozpadu powodują błyskawiczne rozproszenie materiału rozszczepialnego i przerwanie reakcji łańcuchowej. Jako ładunku nuklearnego przy metodzie działa używa się uranu-235, zaś przy metodzie implozyjnej - plutonu-239.

Powyżej Metoda Działa
Poniżej Metoda Implozyjna
_____________________________________________________________

BOMBA TERMOJĄDROWA (WODOROWA)

Zwana jest też bombą termojądrową. Zasada działania bomby wodorowej opiera się na wykorzystaniu reakcji termojądrowej, czyli łączenia się lekkich jąder atomowych (np. wodoru lub helu) w cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie ogromnej ilości energii.
Ponieważ rozpoczęcie i utrzymanie fuzji wymaga bardzo wysokiej temperatury, bomba wodorowa zawiera ładunek rozszczepialny (pierwszy stopień), którego detonacja inicjuje fuzję w ładunku drugiego stopnia. Ciśnienie uzyskane z pierwszego stopnia kompresuje drugi stopień, otoczony płaszczem ze zubożonego uranu. Jednocześnie zawarty wewnątrz rdzeń ze wzbogaconego uranu w wyniku implozji osiąga masę krytyczną i staje się bardzo silnym źródłem neutronów. W tych warunkach w wodorowo-helowym paliwie rozpoczyna się niezwykle szybki i gwałtowny proces fuzji jąder, dzięki czemu w bardzo krótkim czasie emitowana jest energia wielokrotnie przekraczająca tę uzyskaną z pierwszego stopnia.
Ładunki drugiego stopnia mogą być łączone w prawie dowolnej ilości i wielkości (jedna reakcja fuzji inicjuje następną). To, jak i brak ograniczenia przez masę krytyczną oraz znacznie większa niż w przypadku ładunków rozszczepialnych wydajność, umożliwiają budowę broni o mocy daleko większej niż w przypadku zwykłej bomby atomowej.
_____________________________________________________________

SZKODLIWY WPŁYW IZOTOPÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH NA ORGANIZMY ŻYWE

Wpływ jaki na organizmy żywe, a więc i na człowieka, wywiera promieniowanie zależy od jego rodzaju, a także energii jaką z sobą niesie — wiemy, że mogą to być m.in. cząstki α, β, γ. Promieniowanie gamma jest najbardziej niebezpieczne dla żywych organizmów. Dzięki swojemu charakterowi falowemu może przenikać poprzez różne przeszkody. Osłoną przeciw niemu może być np. gruba ściana ołowiu. Z kolei przed promieniowaniem alfa można się ochronić kartką papieru, a przed beta np. grubą deską.
Podstawą szkodliwego biologicznego działania promieniowania na organizmy leżą procesy jonizacji molekuł organizmu wywoływane przez promieniowanie. W wyniku tych procesów w tkankach tworzą się pary jonów stanowiących wysokie aktywne chemicznie rodniki oraz następuje uszkodzenie struktury dużych cząstek przez ich rozrywanie lub zlepianie. Prowadzi to do zakłóceń biochemicznych , warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułymi są mózg i mięśnie.
W wyniku pochłonięcia przez organizm dużych dawek promieniowania mogą nastąpić uszkodzenia popromienne, które dzielimy na: somatyczne, tj. wpływające na procesy odpowiedzialne za utrzymanie organizmu przy życiu, oraz genetyczne tj. naruszające zdolność organizmu do prawidłowego przekazywania cech swemu potomstwu. Typowym skutkiem poważnych uszkodzeń somatycznych jest choroba popromienna. Składają się na nią mdłości , bóle i zawroty głowy, ogólne osłabienie, zmiany we krwi, a następnie biegunki , czasami krwawe z powodu owrzodzeń jelit, skłonności do krwawych wybroczyn w tkankach, niedokrwistość, wrzodziejące zapalenie gardła, obniżenie odporności organizmu i wypadanie włosów. W zależności od stopnia uszkodzeń może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu zakończonym najczęściej białaczką lub anemia aplastyczną i ostatecznie opóźnioną śmiercią. Jednakże nawet po słabych objawach choroby popromiennej po wielu latach mogą wystąpić tzw. skutki późne. Są to: przedwczesne starzenie, skrócenie życia, niedokrwistość, białaczka, nowotwory, zaćma.
Uszkodzenia genetyczne polegają na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek rozrodczych. Ich następstwem są mutację przejawiające się w zmianie dziedziczonych przez potomstwo cech ustroju. Uszkodzenia chromosomów, a właściwie zmiany w składających się na nie genach, są kopiowane przez następne generację komórek.
Zmieniony nieprawidłowy kod genetyczny może być tak samo stabilny i czynny jak jego poprawny odpowiednik. Powoduje to różnego rodzaju wady dziedziczne potomstwa w kolejnych pokoleniach.
Skutki promieniowania zależą od pochłoniętej przez organizm dawki, tzn. od ilości substancji promieniotwórczej oraz od odległości i czasu przebywania w jej pobliżu.
Narządy ciała narażone na działanie pierwiastków promieniotwórczych wytworzonych sztucznie (próbne wybuchy jądrowe, odpady promieniotwórcze, awarie reaktorów, syntezy jądrowe w reaktorach i innych urządzeniach tego typu):
-płuca – rad 222, uran 233, pluton 239, krypton 85;
-tarczyca – jod 131;
-wątroba – kobalt 60;
-mięśnie – potas 40, cez 137;
-kości – rad 226, stront 90, fosfor 32, węgiel 14
_____________________________________________________________

REAKCJE

Rozszczepienie

Rozszczepienie jądra atomowego to przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa (rzadziej na więcej) fragmenty o zbliżonych masach. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów, a także kwantów gamma, które unoszą znaczne ilości energii. Ponieważ jądra ulegające rozszczepieniu zwykle są jądrami ciężkimi, które posiadają więcej neutronów niż protonów, obydwa fragmenty powstałe w rozszczepieniu są jądrami neutrono-nadmiarowymi. Nadmiar neutronów jest z nich
emitowany podczas aktu rozszczepienia (neutrony natychmiastowe) lub z pewnym opóźnieniem (neutrony opóźnione).

Synteza

Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa – zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe, w wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.
Różne jądra atomowe mają różną energię wiązania przypadającą na nukleon. Największą energię wiązania przypadającą na jeden nukleon ma żelazo.
W wyniku reakcji egzotermicznej wydzielona energia (w postaci energii kinetycznej produktów i promieniowania gamma), zostaje rozproszona na otaczających atomach i przekształca się na energię cieplną. Energię wydzielającą się podczas reakcji można wyznaczyć bez przeprowadzania reakcji na podstawie deficytu masy, czyli różnicy mas składników i produktów reakcji.
Jądra atomowe mają dodatni ładunek elektryczny i dlatego się odpychają – aby doszło do ich połączenia muszą zbliżyć się na tyle, aby siły oddziaływań jądrowych pokonały odpychanie elektrostatyczne. Niezbędnym warunkiem do tego jest prędkość (energia kinetyczna) jąder. Wysoką energię jąder uzyskuje się w bardzo wysokich temperaturach lub rozpędzając jądra w akceleratorach cząstek.
Przedrostek termo pochodzi od głównego sposobu, w jaki wywoływana jest ta reakcja w gwiazdach i bombie wodorowej, czyli przez podniesienie temperatury do kilkunastu milionów kelwinów. W skali atomowej oznacza to bardzo dużą energię zderzenia cząstek. Istnieje hipoteza, że synteza jądrowa może zachodzić również w niższych temperaturach (zimna fuzja).

Anihilacja
Anihilacja – proces oddziaływania cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione na fotony (zasada zachowania pędu nie dopuszcza możliwości powstania jednego fotonu – zawsze powstają co najmniej dwa) o sumarycznej energii równoważnej ich masom, zgodnie ze wzorem Einsteina: E=mc2 (zobacz: Szczególna teoria względności).
Z punktu widzenia klasycznej elektrodynamiki jest to więc zamiana materii na promieniowanie elektromagnetyczne.
_____________________________________________________________

MASA KRYTYCZNA

Masa krytyczna materiału rozszczepialnego – minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym zaniknie, w masie większej od masy krytycznej reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy, tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno rozszczepienie.
W materiale rozszczepialnym reakcja rozszczepienia może zajść w wyniku samorzutnego rozszczepienia jądra atomowego. W wyniku tego aktu rozszczepienia emitowane jest kilka neutronów; Część z tych neutronów opuści materiał, część zostanie pochłonięta przez jądra nie ulegające rozszczepieniu, a niektóre wywołają rozszczepienie następnego jądra.
Masa krytyczna danego materiału rozszczepialnego zależy od zanieczyszczeń, kształtu próbki jej otoczenia, w których zachodzi ewentualna reakcja. Najmniejsza masa jest dla próbki o kształcie kuli otoczonej materiałem odbijającym neutrony, a dla niektórych izotopów będących moderatorami.
Masa krytyczna dla kuli, nie otoczonej innymi substancjami, dla czystego izotopu uranu 235 wynosi 52 kg, zaś dla plutonu (238 i 239) jest to 10 kg. Pluton w postaci tlenku plutonu ma masę krytyczną około 25 kg. Dla kuli otoczonej ekranem odbijającym neutrony, masa ta jest mniejsza i zależy od materiału ekranu. Przykładowo dla plutonu 238 otoczonego wodą 7,4 kg, a stalą – 4,9 kg.
Orientacyjne wartości masy krytycznej materiału ułożonego w kształcie kuli nie otoczonej substancją odbijającą neutrony dla wybranych izotopów:

Ricko

ELEKTROWNIA ATOMOWA
Budowa:
Dwie części: konwencjonalna (maszynownia: turbiny, prądnica, skraplacz pary) i jądrowa (reaktor, regulator ciśnienia, wytwornica pary [wspólna da obu obiegów wodnych]); trzy obiegi wodne (pierwotny - obręb reaktora, wtórny odprowadza parę do maszynowni, trzeci - dostarcza chłodną wodę do skraplacza pary)
Zasada Działania:
Reaktor --> pręty --> rozszczepianie jąder atomowych --> podgrzewanie wody --> regulacja ciśnienia --> zamiana w parę --> doprowadzenie do turbiny --> rozprężenie --> wytwarzanie prądu --> skraplanie --> powrót obiegiem wtórnym do wytwornicy pary

BOMBA ATOMOWA
Elementy:
Wysokościomierz (ciśnieniowy lub radiowy); Detonator ciśnieniowy (wybuch na określonej wysokości - ciśnienie powietrza); Głowica - służy do wywołania wybuchu; Konwencjonalne ładunki wybuchowe - plastyczne, służą do połączenia np. ładunków uranu, tak aby wywołać wybuch; Reflektor neutronów - nierozszczepialny, zawraca neutrony, bomba uranowa - dzieli ładunki, plutonowa - zawraca je; Uran lub Pluton - ładunek jądrowy; Osłona ołowiana - chroni elementy bomby przed promieniowaniem
Zasada Działania:
Wytworzenie/Przekroczenie masy krytycznej; metoda działa lub metoda implozji; użycie konwencjonalnego ładunku miotającego; reakcja łańcuchowa;

BOMBA TERMOJĄDROWA
Reakcje termojądrowe; jądra pierwiastków lekkich łączą się w jądro cięższych (wodór w hel), wydziela się energia, pierwszy stopień bomby normalny ładunek rozszczepialny, rdzeń uranowy wytwarza znaczne ilości neutronów - inicjuje reakcje fuzji jąder wodoru, znaczna energia;

WPŁYW IZOTOPÓW PROMIENIOTWÓRCZYCHPromieniowanie: gamma (przenika), procesy jonizacji molekuł organizmu; rozrywanie cząstek; narażone tkanki krwionośne i rozrodcze; skutki promieniowania: śmierć, opóźnianie jej (białaczki, anemie, nowotwory), szybsze starzenie, niedokrwistość; zmiany genetyczne: uszkodzone chromosomy; wady dziedziczne; niektóre organy narażone na specyficzne izotopy (tarczyca - jod 131)

REAKCJE:
Rozszczepienie - rozpad jądra na dwa fragmenty o zbliżonych masach, towarzyszy temu emisja neutronów i kwantów gamma;
Synteza - łączenie się jąder pierwiastków lekkich w jedno cięższe; powstają tez neutrony, protony, cząstki elementarne i alfa; powstaje też energia; potrzebna duża temperatura do zajścia tego typu reakcji;
Anihilacja - proces oddziaływania cząstki z antycząstką, w wyniku tego powstają co najmniej dwa fotony o energii równej ich masom E=mc2;

MASA KRYTYCZNA
Minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. Przekroczenie - wybuch, za mało - wygaśnięcie reakcji; kształt dla najlepszych reakcji - kula;

LEPTONY I HADRONY
Leptony - pojedyncze cząstki (elektrony, mion, taon neutrina: elektronowe, mionowe, taonowe); Hadrony - składają się z mniejszych cząsteczek - Kwarków; Hadrony dzielą się na Mezony i Bariony (zbudowane z trzech kwarków) ; ładunki kwarków to +-1/3 lub +-2/3;