ΣΙΣΛΟ ΜΑΘΗΜΑΣΟ: ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝ & ΔΝΔΡΓΔΙΑ ΔΝΟΣΗΣΑ: 3. Πσρηνική ΟΝΟΜΑ ΚΑΘΗΓΗΣΗ: Γ. ΚΑΡΑΜΑΝΗ ΣΜΗΜΑ: Σμήμα Γιατείριζης Περιβάλλονηος και Φσζικών Πόρων

Transcript

1 ΣΙΣΛΟ ΜΑΘΗΜΑΣΟ: ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝ & ΔΝΔΡΓΔΙΑ ΔΝΟΣΗΣΑ: 3. Πσρηνική ΟΝΟΜΑ ΚΑΘΗΓΗΣΗ: Γ. ΚΑΡΑΜΑΝΗ ΣΜΗΜΑ: Σμήμα Γιατείριζης Περιβάλλονηος και Φσζικών Πόρων ΑΓΡΙΝΙΟ

2 Άδεηεο Χξήζεο Τν παξόλ εθπαηδεπηηθό πιηθό ππόθεηηαη ζε άδεηεο ρξήζεο Creative Commons. Γηα εθπαηδεπηηθό πιηθό, όπωο εηθόλεο, πνπ ππόθεηηαη ζε άιινπ ηύπνπ άδεηαο ρξήζεο, ε άδεηα ρξήζεο αλαθέξεηαη ξεηώο.

3 Χρημαηοδόηηζη Τν παξόλ εθπαηδεπηηθό πιηθό έρεη αλαπηπρζεί ζηα πιαίζηα ηνπ εθπαηδεπηηθνύ έξγνπ ηνπ δηδάζθνληα. Τν έξγν «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα ζηο Πανεπιζηήμιο Παηρών» έρεη ρξεκαηνδνηήζεη κόλν ηε αλαδηακόξθωζε ηνπ εθπαηδεπηηθνύ πιηθνύ. Τν έξγν πινπνηείηαη ζην πιαίζην ηνπ Δπηρεηξεζηαθνύ Πξνγξάκκαηνο «Δθπαίδεπζε θαη Γηα Βίνπ Μάζεζε» θαη ζπγρξεκαηνδνηείηαη από ηελ Δπξωπαϊθή Έλωζε (Δπξωπαϊθό Κνηλωληθό Τακείν) θαη από εζληθνύο πόξνπο.

4 ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝ & ΔΝΔΡΓΔΙΑ ΓΗΜΗΣΡΗ ΚΑΡΑΜΑΝΗ Αλαπιεξωηήο Καζεγεηήο Δλαιιαθηηθώλ Πεγώλ Δλέξγεηαο Δπηθνηλωλία: Ηιεθηξνληθό Ταρπδξνκείν:

5 Οριςμοί - Νουκλίδιο: Σο πυρθνικό είδοσ με ςυγκεκριμζνο αρικμό πρωτονίων και νετρονίων Νουκλεόνιο: πρωτόνιο ι νετρόνιο, Μαηικόσ Αρικμόσ = Α =αρικμόσ νουκλεονίων =Ν+Ζ Ατομικόσ Αρικμόσ= Ζ =αρικμόσ πρωτονίων - Ιςότοπα: ίδιο Ζ, διαφορετικό Α H (πρωτόνιο) H (δευτζριο) H (τρίτιο) Ιςοβαρι: ίδιο Α, διαφορετικό Ζ Cs Ba La Ce Ιςότονα: ίδιο Ν, διαφορετικό Α C Ν Ο Ατομικι Μονάδα Μάηασ (amu): 1 amu =1/12 τθσ μάηασ του 12 C - Μάηεσ ατομικϊν ςωματίων Μp = amu = μάηα πρωτονίου (αναλλοίωτθ μάηα (74) kg) Μn = amu = μάηα νετρονίου (αναλλοίωτθ μάηα (74) kg) Me = amu = μάηα θλεκτρονίου (αναλλοίωτθ μάηα (40) kg)

6 Οριςμοί - Μονάδεσ ραδιενζργειασ curie (Ci) = 3.7 x διαςπάςεισ /s = 3.7 x Bq millicurie (mci) = 10-3 Ci microcurie (μci) = 10-6 Ci - Σρείσ βαςικοί Σρόποι Ραδιενεργϊν Αποδιεγζρςεων Αποδιζγερςθ-α Q=4.28 MeV, Eα=234/238 x 4.28 MeV = 4.21 MeV Αποδιζγερςθ β και ςφλλθψθ θλεκτρονίου Αποδιζγερςθ γ Q β =156 kev, Eβ=0 ζωσ Q β - Νόμοσ ραδιενεργοφ αποδιζγερςθσ Ραδιενζργεια Α = ςτακερά αποδιζγερςθσ λ x αρικμό πυρινων Ν ι dn dt N ι Ν t = N o e -λ t Για Α t = 0.5 A o t = t 1/2 (χρόνοσ θμιηωισ)

7 Αντιδράςεισ Παραγωγισ Πυρθνικισ Ενζργειασ Πυρηνική Σφντηξη Η ενζργεια ςφντθξθσ προκφπτει όταν δφο ελαφροί πυρινεσ ενϊνονται για το ςχθματιςμό άλλων πυρινων, ςωματιδίων και τθν ταυτόχρονθ απελευκζρωςθ ενζργειασ. Πυρηνική Σχάςη νετρόνια διαςποφν τουσ πυρινεσ ατόμων όπωσ U-Pu απελευκζρωςθ ενζργειασ (κερμότθτα) 200 MeV/ςχάςθ, 8.2x10 13 J/kg παραγωγι νετρονίων (2.5 n/ςχάςθ) Από το 1950, οι προςπάκειεσ παραγωγισ ενζργειασ ςφντθξθσ Πρόγραμμα ITER Ιςχφοσ 500 MW (10 φορζσ μεγαλφτερθ από τθν ενζργεια που απαιτείται για τον περιοριςμό του πλάςματοσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ) Κόςτοσ Καταςκευισ (10 χρόνια): 5 G Κόςτοσ Λειτουργίασ (20 χρόνια): 5 G Σόποσ καταςκευισ: Cadarache, Νότια Γαλλία Επιλογι ςτθ δεκαετία του 50 ανάπτυξθσ κφκλου U-Pu και όχι Th-U

8 Απϊλειεσ n n Σχάςη Αρχι Λειτουργίασ Πυρθνικών Αντιδραςτιρων Αλυςιδωτή αντίδραςη n Σφλληψη n 200 MeV/ςχάςθ 2.5 n/ςχάςθ n Σχάςη n Ενεργόσ πολλαπλαςιαςτικόσ παράγων νετρονίων Πυρθνικόσ Αντιδραςτιρασ Παραγωγι k = Απορρόφθςθ + Απϊλειεσ Αυτοςυντθροφμενθ k=1 k < 1 αντιδραςτιρασ ςταματά k > 1 αντιδραςτιρασ υπερκρίςιμοσ χρονικι παράγωγοσ ιςχφοσ ρυκμίηεται ίςθ με το μθδζν Ενιςχυτισ Ενζργειασ Νζα Πυρθνικά υςτιματα Τποβοθκοφμενα από Επιταχυντι Accelerator Driven Systems (ADSs) Απϊλειεσ Πυρηνικόσ καταιγιςμόσ 200 MeV/ςχάςθ 2.5 n/ςχάςθ Σχάςη Σφλληψη Σχάςη Υψηλοενεργειακό πρωτόνιο (1 GeV) Εξωτερικά υποβοθκοφμενθ διαδικαςία: k < 1 (k=0.98) E tot = G x E p Παραγόμενθ Ενζργεια Ενζργεια Δζςμθσ τακερι Ενίςχυςθ Ενζργειασ G=30, Pπαραγ=1 W για πρωτόνια/sec με Ep=1 GeV --> 1000 MW EA για Ιp= ma

9 Πυρθνικοί Αντιδραςτιρεσ Ιςχφοσ Γενιάσ ΙΙ Pressurized Water Reactors (PWR) Boiling Water Reactors (BWR) Canadian Deuterium Uranium- PHWR (CANDU) Reactor Boishoi Moschnosti Kanalynyi (RBMK) Channelized Large Power Reactor

10 φγκριςθ των εκπομπών του κφκλου ηωισ Ιςοδφναμοι Σόνοι CO 2 /GWh Λιγνίτθσ 979 Αζρια 462 Βιομάηα 253 Φωτοβολταϊκό 53 Γεωκερμικι 42 Τδροθλεκτρικι 26 Πυρθνικι 13 Αιολικι 12

11 Όμωσ: Προβλιματα Πυρθνικισ Ενζργειασ 1. χριςθ για ςτρατιωτικοφσ ςκοποφσ 2. διακεςιμότθτα πυρθνικϊν καυςίμων 3. πυρθνικά ατυχιματα (Chernobyl, Fukushima) 4. ςυςςϊρευςθ πυρθνικϊν αποβλιτων Πυρθνικά Απόβλθτα Α.Υπερουράνια Στοιχεία (1.1 %) (Np, Pu, Am, Cm κλπ.) Παράγονται λόγω νετρονιακισ ςφλλθψθσ και τισ ακόλουκεσ αποδιεγζρςεισ (πχ. n U ---> 239 U (t 1/2 : 23 mn --> 239 Pu κλπ.) (100 τον/χρόνο 239 Pu παράγονται παγκοςμίωσ ςτουσ αντιδραςτιρεσ + Pu για ςτρατιωτικοφσ ςκοποφσ) Β. Προϊόντα Σχάςεωσ (98.9 %) - Μακρόβια ( 129 Ι, 99 Tc, 135 Cs ) - Βραχφβια ( 137 Cs, 90 Sr ) n (λεηξόλην) n 235 U Xe 143 Cs Πξνϊόληα Σράζεο 143 Ba 143 La 143 Ce 143 Pr 143 Nd 0.3 s 1.78 s s 14.2 mn 33 h d Stable n n Αθηηλνβνιία 90 Br 90 Kr 90 Rb 90 Sr 90 Y το τζλοσ τθσ ηωισ των ςθμερινϊν αντιδραςτιρων: 0.33x10 6 τόνοι αποβλιτων, Ραδιενζργεια: 3.3x10 13 Sv (Επιτρεπτό όριο 2.0 msv/χρόνο) Επαναφορά ςτην αρχική ραδιενζργεια μετά από εκατομμφρια χρόνια 90 Zr 1.92 s s 2.63 mn y 64.1 h Stable

12 Πυρθνικά Απόβλθτα Δφο Κατθγοριών Cs- 90 Sr: Δθμιουργοφν το πρόβλθμα για τα επόμενα 300 χρόνια Οι προςπάκειεσ επικεντρϊνονται ςτθ ςτερεοποίθςθ των αποβλιτων μζςω δεςμευτϊν και τθν αποκικευςθ για μακρά διάρκεια. Μζχρι ςιμερα δεν υπάρχει υπάρχει κατάλλθλοσ και φτθνόσ δεςμευτισ κεςίου και ςτροντίου Προτακζντεσ Λφςεισ: Ionsiv, Srtreat 2. Ακτινίδεσ και Προϊόντα χάςθσ ( 129 I, 99 Tc, 135 Cs) με πρόβλθμα > 300 χρόνια Προβλιματα: Δε γίνεται να παρακολουκοφνται για 10 6 χρόνια Φόβοι πικανϊν διαρροϊν ςτθ βιόςφαιρα Φόβοι χριςθσ για ςτρατιωτικοφσ ςκοποφσ Λφςεισ: Μόνιμθ αποκικευςθ ςε κατάλλθλα διαμορφωμζνουσ χϊρουσ χωρίσ παρακολοφκθςθ ι Μεταςτοιχείωςθ ςε λιγότερο βλαβερά ςτοιχεία

13 Ραδιενεργά απόβλθτα Λφςεισ; Γεωλογικι εναπόκεςθ Επιφανειακι αποκικευςθ Βακιά ςτθ γθ Θαλάςςια εναπόκεςθ Τπο-καλάςςια εναπόκεςθ Ανταρκτικι Διάςτθμα Πολφ-φραγματικόσ περιοριςμόσ

14 ημείωμα Ιζηορικού Δκδόζεων Έργοσ Τν παξόλ έξγν απνηειεί ηελ 1 η έθδνζε. ημείωμα Αναθοράς Copyright Παλεπηζηήκην Παηξώλ, Γεκήηξεο Καξακάλεο, Γεκήηξεο Καξακάλεο, «Πεξηβάιινλ - Δλέξγεηα». Έθδνζε: 1.0. Αγξίλην Γηαζέζηκν από ηε δηθηπαθή δηεύζπλζε: ημείωμα Αδειοδόηηζης Τν παξόλ πιηθό δηαηίζεηαη κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο ρξήζεο Creative Commons Αλαθνξά Γεκηνπξγνύ, Απαγόξεπζε Δκπνξηθήο Χξήζεο θαη Όρη Παξάγωγα Έξγα. Δμαηξνύληαη ηα απηνηειή έξγα ηξίηωλ π.ρ. θωηνγξαθίεο, δηαγξάκκαηα θ.ι.π., ηα νπνία εκπεξηέρνληαη ζε απηό θαη ηα νπνία αλαθέξνληαη καδί κε ηνπο όξνπο ρξήζεο ηνπο ζην «Σεκείωκα Χξήζεο Έξγωλ Τξίηωλ». «Σο σλικό ηης παροσζίαζης προέρτεηαι από ηις πανεπιζηημιακές παραδόζεις ηοσ καθηγηηή Γ. Καραμάνη».

15 Σο Έργο ασηό κάνει τρήζη ηων ακόλοσθων έργων: Γιαθάνεια 6: Γιαθάνεια 7: Γιαθάνεια 9: