Jadrová elektráreň (atómová elektráreň)
je elektráreň, v ktorej je zdrojom tepla jadrový reaktor. Teplo sa z reaktora odvádza primárnym okruhom do generátora pary. Vyvinutá para sa sekundárnym okruhom privádza na turbogenetátor, z ktorého sa odvádza elektrická energia do elektrickej siete.
Keďže v reaktore vznikajú rádio aktívne látky, musí byť elektráreň zabezpečená proti úniku týchto látok. Jadrové elektrárne majú reaktor, primárny okruh a generátor pary umiestnený v špeciálnej železobetónovej budove, ktorú možno v prípade jadrovej havárie vzduchotesne a vodotesne uzavrieť.
Jadrový reaktor
je zariadenie, v ktorom prebieha reťazová jadrová reakcia a udržiava sa tak, aby sa jadrová energia uvoľňovala požadovanou rýchlosťou. Reťazová reakcia prebieha v aktívnej zóne reaktora, do ktorej sú vsunuté palivové články (uránové tyče ) a regulačné (riadiace) kadmiové tyče.
Táto zóna ja vyplnená moderátorom (spomaľovačom) neutrónov, ktorým najčastejšie býva grafit alebo ťažká voda (deutérium). Spomalením neutrónov sa zvyšuje pravdepodobnosť, že vyvolajú ďalšie štiepenie jadier. Reakciu spomaľujú aj regulačné kadmiové tyče, lebo silno pohlcujú neutróny. Uvoľnenú energiu odvádza chladiaci okruh, ktorý pozostáva zo sústavy rúrok prechádzajúcich aktívnou zónou, cez ktoré preteká plyn, kvapalina alebo ľahko taviteľný kov.
Štiepenie paliva sprevádza intenzívne neutrónové žiarenie a žiarenie gama, preto musí byť reaktor obložený účinnými ochrannými vrstvami- vodou proti neutrónom, betónom a olovom proti žiareniu gama.
Radiačne žiarenie
Rádioaktívne prvky sa rozpadajú rôznymi rýchlosťami. Polčas rozpadu je čas, za ktorý sa rozpadne polovica pôvodného množstva rádioktívneho prvku.
-Rádioaktívne materiály sa často uchovávajú vo vode. Voda pôsobí ako štít pohlcujúci žiarenie. Častice gama prechádzajúce cez vodu vyvolajú v nej slabé modrasté svetielkovanie.
Tento jav sa nazýva Čeronkovovo žiarenie podľa ruského fyzika Pavla Čerenkova, ktorý za jeho objav dostal Nobelovu cenu.
-Žiarenie rádioaktívnych látok môže byť aj smrtiace, preto sa musí s nimi narábať veľmi opatrne. Ale dá sa využiťaj na dobré účely. Kardiostimulátory majú jadrový zdroj energie, ktorý vydrží oveľa dlhšie ako obyčajné batérie. Pomocou rádioaktívneho žiarenia možno diagnostikovať i liečiť rakovinu.
Urýchľovače:
Pokusy dosiahnuť kontrolovanú jadrovú syntézu sa robia aj v zariadeniach nazývaných urýchľovače častíc. Urýchľovač dokáže nasmerovať elektrický výboj s výkonom 100 triliónov wattov na guľôčku deutéria veľkú ako hrášok. Keď je zväzok častíc vystrelený, plyn sa na niekoľko bilióntin sekundy zohreje na teplotu až niekoľko miliónov stupňov Celzia- na začatie syntézy to však nestačí.
Účinky jadrového výbuchu-Prvý účinok,ktorý obeti bombardovania pocítia je silný tok fotónov z výbuchu,ktorý uvoľní 70 – 80 % energie bomby.Účinky siahajú až k tepelným popáleninám 3.stupňa.Prvé úmrtia zpôsobuje práve tento efekt výbuchu.
-Daľším javom je nadzvuková tlaková fronta. Vidíte ju skôr ako ju počujete.Tlaková fronta zmetie všetko, čo jej stojí v ceste
-Po tlakovej fronte prichádza pretlaková fáza.Vyvolá pocit pobytu pod vodou v hĺbke niekoľko sto metrov.Tlak postupne odoznie a nastane fáza negatívneho pretlaku so silným vetrom v opačnom smere.Toto obrátenie vzdušného prúdenia zpôsobuje vzduch rútiaci sa zpäť aby vyplnil prázdnotu zanechanú výbuchom.
-Vzduch sa postupne vracia k normálnemu atmosférickému tlaku.Vtejto fázi zmenia ohne zpôsobené elektrickými výbojmi a zapálené trosky zasiahnutú oblasť na ohnivé more
-Potom prichádzajú strednedobé účinky ako tvorba keloidov a retinálne blastomy. Genetické poruchy sa môžu objaviť až po 40 rokoch po počiatočnom ožiarení.
Atómový hríb
Teplo jadrovej fúzie a štiepenia okamžite zahreje okolný vzduch na desať miliónov stupňov celzia. Táto superžeravá vzdušná plazma vydáva toľko svetla, že vyzerá jasnejšie ako slnko a je vidieť na stovky kilometrov ďaleko. Výsledná ohnivá guľa sa rýchlo rozpína. Pozostáva s horúceho vzduchu a preto stúpa rýchlosťou niekoľko sto metrov za sekundu. Asi po jednej minúte ohnivá guľa vystúpi do výšky niekoľko kilometrov a vychladne natoľko, že už ďalej nežiari. Vnútroný materiál sa postupne rozpína do hríbovitého mraku kvôli tepelnému prúdeniu. Ak dôjde k výbuchu na zemi, zem a rádioaktívne trosky sú nasávané do nohy hríbu, ktorá sa nachádza pod ohnivou guľou. Zrážky a ionozácia častíc mraku spôsobujú, že sa na zem vybíjajú mohutné blesky. V záverečných fázach môže mať mrak až sto kilometrov v priemere a výšku až štyridsať kilometrov pri výbuchu megatonovej triedy.
Elektromagnetický impulz /EMI/
Jadrový výbuch vyžaruje na všetkých vlnových dĺžkach. Časť vyžarovania je v rádiovej a radarovej časti spektra. To je EMI. EMI je tým silnejší, čím vyššie v atmosfére idete. Výbuchy vo vysokých výškach môžu vyradiť elektroniku indukciou prúdových rázov v uzavretých okruhoch z kovových predmetov – v elektronike, elektrickom vedení, telefónnych linkách, televízoroch, rádiach atď. Dosah škôd môže byť cez 1000 km.
Prehľad okamžitých účinkov.
Tri kategórie opkamžitých účinkov sú nasledujúce: tlaková vlna, tepelné vyžarovanie a okamžitá ionizácia alebo prenikavé žiarenie. Ich pomerný význam sa mení s kalibrom bomby.
-Pri nízkych kalibroch môžu byť významným zdrojom zranení všetky tri. Pri výbušnom ekvivalente asi 2,5 kT sú tieto tri účinky zhruba rovnaké, všetky môžu spôsobiť smrteľné zranenia v oktuhu 1 km.
- Pri malom jadrovom útoku, kalibru bomby približne 15 kT,
Budú mať zranenia vrátane smrteľných všetky 3 príčiny. Dve tretiny tých ktorý zomrú prvý deň budú obeťami popálenín a oblasť ich výskytu bude najväčšia. Zranenia spôsobené tlakovou vlnou a popáleniny sa budú vyskytovať u 60 až 70 percent všetkých ešte živých. Ľudia dosť blízko na to aby sa u nich objavila výrazná choroba z ožiarenia sa budú nachádzať hlboko v hraniciach smrteľných účinkov tlakovej a tepelnej vlny. V dôsledku toho sa iba u 30 percent tých čo prežili prejaví choroba z ožiarenia.
- Pri kalibroch radu stoviek kiloton alebo väčších-typických pre strategické hlavice-účinkyokamžitého ožiarenia prestávajú mať význam.Nebezpečné intenzity žiarenia sa vyskytujú iba tak blízko výbuchu,že sa prežitie v týchto miestach stáva nemožným.Dvadsaťmegatonová bomba môže spôsobiť potenciálne smrteľné popáleniny do vzdialenosti 40 km, kde tlaková vlna dokáže len o málo viac než rozbiť okná a zapríčiniť povrchové zranenia.
Prehľad dlhodobých účinkov.
Radioaktívne zamorenie:
Hlavným dlhodobým účinkom je vznik veľkých objemov radioaktívneho materálu s dlhodobou aktivitou-polčasy rozpadu siahajú od dní po tisícročia.Hlavním zdrojom týchto produktou sú zbytky po štepných reakciách.
Keď sa atómy štiepia môžu sa deliť asi 40 rôznymi, čo vytvára kombináciu zhruba 80 rôznych izotopov. Tieto izotopy sa výrazne líšia svojou vo svojej stabilite, niektoré sú stabilné, zatiaľčo iné podliehajú rádioaktívnemu rozpadu s polčasmi zlomkou sekundy. Rozkladajúce sa izotopy samy môžu vytváraťstabilné alebo nestabilné dcérske izotopy. Výsledná zmes sa ďalej komplikuje, v štepných produktoch bolo identifikovaných 300 izotopov 36 prvkov.
Krátko žijúce izotopy rýchlo uvoľnujú svojú rozopadovú energiu, vytvárajú silné radiačné polia, ktoré rýchlo slabnú. Dlho žijúce izotopy uvoľňujú energiu po dlhšiu dobu, vydávajú žiarenie, ktoré je oveľa menej intenzívne, ale trvalejšie. Štepné produkty tak majú zpočiatku veľmi vysokú úroveň radiácie, ktorá rýchlo slabne, ale keď klesne intenzita žiarenia poklesne aj rýchlosť jej slabnutia.
Tieto radioaktívne produkty sú najnebezečnejšie, keď sa ukladajú na zem ako spad.Rýchlosťusadzovania spadu veľmi silno závisí na výške, v ktorej k výbuchu došlo a v menšej miere tiež na sile výbuchu..
Tak ako vonkajšie vystavenie prenikavému žiareniu,tak aj vnútorné ožiarenie –požitie rádioaktívneho materiálu-predstavuje vážne zdravotné rizika.
Ako funguje jadrová zbraň?
Štiepenie je proces, pri ktorom sa atóm delí, a je podstatou atómových bômb. Termonukleárna reakcia je opačná - pri nej dochádza k zlučovaniu atómov, ktoré vytvoria nový väčší atóm. Uvoľňuje sa ešte väčšie množstvo energie ako pri štiepení- preto majú termonukleárne (vodíkové) bomby takú ničivú silu. Termonukleárna reakcia je asi aj zdrojom energie Slnka. Väčšina súčasných jadrových zbraní využíva obidva postupy.
Bomby založené na štiepnej reakcii musia obsahovať jednú z dvoch prísad - urán alebo plutňonium. Bomba zhodená 6. augusta 1945 na Hirošimu využívala urán, kým Nagasaki bolo 9. augusta 1945 zničené pluóniovou bombou. Urán i plutónium sú štiepne materiálny s jadrami, ktoré sa dajú rozbíjať elementárnymi časticami zvanými neutróny.
Pri každom štiepení jadra sa uvoľnia najmenej dva neutróny. Z malého množstva štiepneho materálu tieto častice neškodne vylietajú do vzduchu. Ale ak je kus plutónia či uránu dosť veľký (asi ako grapefruit) a dosiahne takzvanú kritickú hmotu, neutróny sa budú skôr, ako uniknú do ovzdušia, zrážať s ďalšími jadrami. výsledkom budú dve nové štiepenia, pri kotrých sa uvoľnia štyri nové neutróny a tie spôsobia štyri ďalšie štiepenia, z ktorých sa uvoľní osem neutrónov, atď.
Každý z týchto krokov trvá jednu stomilióntinu sekundy. Za čas kratší ako milióntina sekundy sa táto reťazová reakcia zopakuje toľkokrát, až dôjde k výbušnému uvoľneniu energie.
Energia sa uvoľňuje preto, že ľahké atómy, vzniknuté štiepením, majú menšiu hmotnosť ako pôvodný ťažký atóm. Hmota sa neničí, len sa jej časť premieňa na energiu, ktorá sa pohybuje rýchlosťou svetla. Tým sa spustí reťazová reakcia, ktorá sa skončí, len čo sa pôvodná hmota spotrebuje - alebo sa štiepna látka uvoľneným teplom odparí, vybuchne a neutróny v nej už nemôžu ďalej vyvolávať štiepnu reakciu.
Približne polovica energie sa vyvije pri výbuchu - bomba zodpovedajúca 20 000 tonám TNT dokáže zničiť budovy až do osemstometrovej vzdialenosti od výbuchu. Viac ako tretina energie má formu tepelného žiarenia, ktoré je také intenzívne, že zapíli všetko horľavé v okruhu 6,5 kilometrov. Zvyšok sa uvoľní v podobe radiácie - žiarenia gama, neutrónového a rentgenového. Po jadrovej ešxplózii na zem dopadnú milióny rádioktívnych čiastočiek, nazývaných spad.
Delenia:
Roznecovače (Výbušné jadrové zbrane; Jadrové zbrane v užšom zmysle)
Môžu to byť akékoľvek druhy atómových roznecovačov - letecká alebo hlbinná bomba (atómová, vodíková, kobaltová), raketová bojová hlavica, torpédo, delostrelecký náboj, mína a pod.
Delia sa na dve skupiny:
·Jadrové roznecovače (tzv. atómové bomby) sú atómové roznecovače s jadrovým materiálom na štiepenie jadra (napr. (klasická)atómová bomba – A-bomba).
·Termonukleárne roznecovače sú atómové roznecovače s jadrovým materiálom na jadrovú syntézu (napr. vodíková bomba = H-bomba)
Pojem atómová bomba môže v širšom zmysle označovať aj akýkoľvek atómový roznecovač bez vlastného pohonu.
Bojové radioaktívne látky (BRL)
Používajú sa na zamorenie terénu a ovzdušia kvapalnými alebo plynnými rádioaktívnymi látkami.
Kategórie podľa dosahu
·strategické jadrové sily (po anglicky Strategic Nuclear Forces): dosah do 5 500 km:
oIntercontinental Ballistic Missiles (ICBM, balistické interkontinentálne rakety)
oSea-launched Ballistic Missiles (SLBM, balistické rakety odpaľované na mori)
ostrategické diaľkové bombardéry
·jadrové sily stredného dosahu/doletu (po anglicky Intermediate-Range Nuclear Forces, INF): dosah 150 – 5500 km (bombardéry stredného doletu a stíhacie bombardéry, riadené strely s plochou dráhou letu, rakety stredného doletu):
oLonger-Range Intermediate Nuclear Forces (LRINF): 1000 – 5500 km
oShorter-Range Intermediate Nuclear Forces (SRINF): 150 – 1000 km
·jadrové sily krátkeho dosahu/doletu (po anglicky Short-Range Nuclear Forces, SNF): dosah do 150 km (jadrové delostrelecké zbrane; rakety krátkeho doletu)
·malé jadrové zbrane: zatiaľ sa na nich pracuje v USA (trhavý účinok do 5 kt, majú pod zemou zničiť nepriateľské bunkre a podobne)
Účinky výbuchu jadrovej výbušnej zbrane
Po výbuchu sa najprv ukáže oslnivý svetelný blesk, okolo ktorého sa vytvorí detonačný mrak. Potom vznikne ohnivá guľa, ktorý stúpa hore vytvárajúc akýsi „kmeň“ a berúc so sebou prach, zem alebo vodu, a na zemi pri mieste výbuchu je základný mrak. Výsledný útvar sa nazýva atómový hríb.
Jadrová výbušná zbraň má široké spektrum ničivého účinku:
·tepelný účinok(35% ničivého účinku): Na mieste výbuchu je teplota niekoľko miliónov stupňov Celzia. V prípade 1 Mt-ovej bomby sa napríklad v okruhu 14 km (!) od epicentra sám zapáli papier. Samozrejme, že aj ľudia a živočíchy utrpia popáleniny kože a podobne.
·nárazová tlaková vlna (50% ničivého účinku): Táto je účinná do niekoľkých kilometrov od epicentra. Sprevádza ju hromovitý tresk. V mieste detonácie je pretlak asi 1 milión barov, ktorý potom klesá nepriamo úmerne k vzdialenosti. Po pretlakovej vlne nasleduje podtlaková vlna, ktorá sa prejavuje ako silný ťah smerom k miestu výbuchu.
·svetelný účinok: Je účinný do niekoľkých kilometrov.
·radiácia (15% ničivého účinku): Táto je spôsobená tokom neutrónov (asi z 3%) a gama , alfa a beta žiarenia počas asi 1 minúty (počiatočná radiácia). Pre človeka je smrteľná v okruhu asi 2 km od epicentra. Časť žiarenia, ktorá ostane ešte po 1 minúte sa nazýva zvyšková radiácia. Pozostáva z radioaktívneho spádu a žiarenia indukovaného neutrónmi (alfa, beta, gama žiarenie). Žiarenie asi po týždni od výbuchu klesne na hodnoty bezpečné pre človeka.
Radioaktívny spád sa delí na lokálny (padá 10-20 hodín po výbuchu do vzdialenosti 400 km), kontinentálny (padá do týždňa po výbuchu do vzdialenosti 4000 km) a celosvetový (padá až po mesiacoch či rokoch).
Podiel radiácie (a najmä neutrónov) sa dá zvýšiť na úkor ostatných ničivých účinkov, potom hovoríme o tzv. neutrónovej bombe (správny názov je „zbraň so zvýšenou radiáciou“).
Jadrové štáty
V roku 2005 majú tieto krajiny jadrové zbrane: USA, Rusko, Spojené kráľovstvo, Francúzsko, Čína, India, Pakistan. Kórejská ľudovodemokratická republika oznámila, že ich má, o Iráne a Izraeli sa len tvrdí, že ich majú, a Južná Afrika ich svojho času mala, ale zničila ich (údajne).
