1

Chemia Jądrowa

JMSS - PX2512

1

Marek Sikorski

Chemia Jądrowa

Marek Sikorski

2

Terminy wyk

ładów

wtorek 8.00 – 9.30

prof. UAM dr hab.

Marek Sikorski

Termin konsultacji

czwartek 10.30 – 12.00

3

Pracownia Fotochemii Stosowanej

pok. 212

tel. [phone]

e-mail.

[e-mail]

http://www.staff.amu.edu.pl/~photolab/

4

1912 — George de Hevesy

Twórca metody znakowania

promieniotwórczego.

Wykorzystał izotopy ołowiu aby

dowieść używania starej żywności

dowieść używania starej żywności

przez gospodynię domu w którym

wynajmował mieszkanie.

Otrzymał Nagrodę nobla z chemii w

1943 r.

Przedrostek

Symbol

Liczba

Mnożnik

tera

T

1,000,000,000,000 10

12

giga

G 1,000,000,000 10

9

mega

M 1,000,000

10

6

kilo

k 1,000

10

3

hekto h 100

10

2

d k

d

10

10

1

Tabela

6

deka

da 10 10

1

-----

----

1

10

0

decy

d

0.1

10

-1

centy

c 0.01

10

-2

mili

m 0.001

10

-3

mikro

μ

0.000 001

10

-6

nano n 0.000 000 001

10

-9

pico

p 0.000 000 000 001

10

-12

femto f 0.000 000 000 000 001

10

-15

2

7

8

9

10

Powierzchnia w przeliczeniu na moc (km

2

/

MW)

Źródło : J. Davidson (2000)

El. jądrowa

0.001/0.01

Biomasa

5 2

El.

Węglowa

0.01/0.04

Elektrownia o mocy

1000 MW działająca

ze sprawnością 100 %

11

Wind

0.79

PV

0.12

Solar

Thermal

0.08

Hydro

0.07-0.37

5.2

Geotermaln

0.003

p

ą

(8766 GWh/rok)

Emisja CO

2

(kg CO

2

/ kWh)

atu

ral

Gas

1

1.2

1.4

k

g CO

2

/kWh)

1.04

* Source: J. Davidson (2000)

12

Hy

d

ro

Ge

oth

erm

al

Coal

N

So

la

r-

PV

Nuclear

W

ind

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Em

isj

a

(k

0.004

0.025

0.06

0.025

0.38

0.47

0.022

0.1

0.79

0.58

3

Top 10 Nuclear Countries

(1999)

727.9

375

306.9

400

500

600

700

800

low

a

tt

-h

o

u

rs

U.S. nuclear electricity generation is:

X

as large as France and Japan (#2

and #3) combined; and

X

larger than the other 7 nations in

the top 10 combined

13

306.9

160.4

110.9

97.8

91.2

70.4

70.1

67.4

0

100

200

300

US

France

Japan

Germany

Russia

Korea RP

UK

Canada

Sweden

Ukraine

billion ki

l

Source

: IAEA

Ropa

naftowa

Gaz

ziemny

W

ęgiel

Energia
j

ądrowa

Energia

wodna

Świat
Kraje OECD
Unia Europejska (25)
Polska

36,8
40,9
40,4
23,2

23,7
23,0
24,4
13,0

27,2
21,2
17,9
62,9

6,1
9,6

13,0

-

6,2
5,3
4,3
0,9

SKĄD CZERPIĄ ENERGIĘ POSZCZEGÓLNE KRAJE?

•

Kraje bazuj

ące na odnawialnej energii wodnej:

Norwegia

(63,3%), Islandia (61,5), Brazylia (38,6) i dalej Peru, Kolumbia,
Nowa Zelandia, Szwajcaria, Szwecja i Kanada (wszystkie co

14

najmniej 25%). Te dziewi

ęć krajów to niewątpliwie liderzy świa-

towej energetyki, ale ich pozycja wynika wy

łącznie z korzyst-

nych warunków geograficznych.

•

Kraje z rozwini

ętą energetyką jądrową:

Francja (38,6%), Litwa

(37,8), Szwecja (35,7) i dalej Szwajcaria (21,1), S

łowacja, Bułga-

ria, Finlandia, Belgia, Ukraina, Korea Po

łudniowa, Czechy, Ja-

ponia, Niemcy i W

ęgry (wszystkie ponad 10%). Przynależność

do tej grupy 14 pa

ństw wynika wyłącznie z decyzji władz danego

kraju (jedynie Litwa mog

ła dostać się do tej grupy przypadko-

wo). Jak wida

ć, Francja i Szwecja zbudowały całkowicie nową

energetyk

ę na miarę XXI wieku, a inne kraje idą ich śladem.

•

Kraje bazuj

ące na gazie ziemnym:

19 pa

ństw ma udział ga-

zu ziemnego wynosz

ący ponad 40%, w tym Argentyna,

Bia

łoruś, Holandia, Rosja, Rumunia, Ukraina i Węgry, a

tak

że Bangladesz, Pakistan i Malezja. I ta duża grupa to

budowniczowie nowej energetyki, nale

żą do niej zarówno

kraje z bogatymi z

łożami węglowodorów, jak i państwa ze

świadomą polityką gazyfikacji bez własnych zasobów (jak
np. W

ęgry).

•

Kraje bazuj

ące na ropie naftowej:

15 pa

ństw ma udział ro-

py naftowej wynosz

ący ponad 50%, w tym m. in. Belgia,

Grecja, Irlandia, Hiszpania i Portugalia. W grupie tej jest
wiele krajów rozwini

ętych, które już w połowie XX wieku

j

ę y

j

p

podj

ęły decyzję o zastąpieniu węgla paliwami ropopo-

chodnymi.

•

Kraje o zrównowa

żonym bilansie paliwowym,

podobnym

do bilansu

światowego: Austria, Czechy, Dania, Niemcy,

S

łowacja, Turcja, Wielka Brytania, Włochy, USA, Australia,

Japonia, Korea P

łd. i inne. Są to z reguły kraje o dużym zu-

życiu i imporcie energii, rozwijające równomiernie wszyst-
kie

źródła energii, w tym te nowoczesne – gazownictwo,

energetyk

ę jądrową i odnawialną.

15

Gaz ziemny

W

ęgiel

Energia nuklearna

Energia wodna

60%

80%

100%

USA 1965-2004

16

Ropa naftowa

0%

20%

40%

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

W

ęgiel w licznych krajach europejskich (Austria,

Belgia, Bia

łoruś, Dania, Francja, Irlandia, Litwa,

Norwegia i Szwajcaria) zajmuje ostatni

ą pozycję

jako

źródło energii.

Energia wodna

80%

100%

POLSKA

17

Ropa naftowa

Gaz ziemny

W

ęgiel

0%

20%

40%

60%

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Gaz ziemny

W

ęgiel

Energia nuklearna

Energia wodna

60%

80%

100%

Ropa naftowa

0%

20%

40%

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

FRANCJA

18

4

PODSUMOWANIE

Ropa naftowa

Gaz ziemny

W

ęgiel

Energia wodna

0%

20%

40%

60%

80%

100%

POLSKA

Ropa naftowa

Gaz ziemny

W

ęgiel

Energia j

ądrowa

0%

20%

40%

60%

80%

100%

W

ĘGRY

19

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Ropa naftowa

Gaz ziemny

W

ęgiel

Energia j

ądrowa

Energia wodna

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

NIEMCY

Ropa naftowa

Gaz ziemny

W

ęgiel

Energia nuklearna

Energia wodna

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

FRANCJA

ENERGIA JĄDROWA

• W końcu 2004 r. na świecie pracowało 440 energetycznych

reaktorów jądrowych, dających około 16% energii elektrycznej

świata

• W Ameryce Północnej pracowało 121 reaktorów (USA - 104,

Kanada - 17)

• Na Dalekim Wschodzie pracują 104 bloki (Japonia - 54 reaktory,

Korea Płd. - 19)

20

)

• Europa Zachodnia - 137 reaktorów, Unia Europejska - 156

(Francja - 59 reaktorów)

• Europa Środkowa i Wschodnia - 69 reaktorów (Rosja - 31,

Ukraina - 15, Słowacja - 6, Czechy - 6, Węgry - 4, Bułgaria - 4)

W promieniu 300 km wokół Polski znajduje się kilkadziesiąt

pracujących energetycznych reaktorów jądrowych!!!

Worldwide Nuclear Power Plants

21

Chemia Jądrowa

Rutherford – odkrycie j

ądra atomowego

Poj

ęcie “proton” – 1920

Poj

ęcie “neutron” - 1921

Odkrycie neutronu to jednak Chadwick - 1932

Ernest Rutherford

1871-1937

JMSS - PX2512

22

m

e

= 9.1 x 10

-31

kg

m

N

= 1.6749 x 10

-27

kg

m

P

= 1.6726 x 10

-27

kg

James Chadwick

1891-1974

J

ądro atomowe

Marek Sikorski

Izotopy, Izotony, Izobary,

Izomery

Charakterystyka:

N

X

A

Z

Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)

A liczba masowa = liczba neutronów + protonów

X

A

Z

X

A

JMSS - PX2512

23

Liczba neutronów = A-Z

Liczba protonów = Z

Izotopy – ta sama liczba atomowa, ró

żna liczba masowa

Izotony – ta sama liczba neutronów, ró

żna liczba protonów

Izobary – ta sama masa, ró

żna liczba protonów i neutronów

Izomery – j

ądra atomowe w stanie wabudzonym, (z tau>1 ns)

Marek Sikorski

Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery

X

A

Z

Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)

A liczba masowa = liczba neutronów + protonów

m

C

60

JMSS - PX2512

24

Liczba neutronów = A-Z

Liczba protonów = Z

C

14

N

14

Marek Sikorski

C

12

N

13

5

Izotopy, Izotony, Izobary, Izomery

m

C

60

C

14

N

14

C

12

N

13

Izomer

Izotopy C

Izotopy N

JMSS - PX2512

25

Marek Sikorski

C

14

N

14

C

12

N

13

Izobary (A=14)

Izotony (N=6)

X

A

Z

Z liczba atomowa = liczba elektronów (lub protonów)

A liczba masowa = liczba neutronów + protonów

Liczba neutronów = A-Z

Liczba protonów = Z