Monday, March 14, 2011

Japonski armagedon

   Najwyzszy od czasu do czasu poddaje nas probom, ktorych celem jest zwrocenie uwagi na sposoby postepowania, obyczaje czy decyzje, ktore nie zyskuja Jego aprobaty. Ostatnia taka sugestia na wieksza skale bylo zniszczenie Sodomy. Aktualne wydarzenia w Japonii sugeruja, ze nasze decyzje dotyczace stosowania energii jadrowej takze nie spotykaja sie z aprobata w Niebiesiech. Dzieki wykazaniu mocy Najwyzszego w postaci trzesienia Ziemi oraz efektow z tym zwiazanych stanelismy bowiem rowniez przed problemem celowosci stosowania energetyki jadrowej. Jak wiemy, do trzech razy sztuka a ostatni wypadek jest wlasnie owym trzecim powaznym ostrzezeniem (po Three Mile Island i Czernobylu) mowiacym wyraznie, ze stosowanie energetyki jadrowej jest widziane nienajlepiej w sferach wyzszych a moze nawet jest grzechem smiertelnym. Spojrzmy bowiem jak wyglada sprawa bezpieczenstwa operacji takich urzadzen. Typowy reaktor energetyczny zawiera okolo trzech ton wzbogaconego uranu. Jego moc wynosi pare megawatow  (np. reaktor P-2 w Saclay zawiera 3  tony uranu  moderowane ciezka woda i generujace moc 2.4 MW). Strumien neutronow w takim reaktorze wynosi z grubsza 10^13 neutronow/(cm^2 sec). Nie znam niestety danych dotyczacych reaktorow japonskich ale typowe rozwiazanie przedstawione sa na rysunku. Jak dlugo wszystko jest w porzadku mamy do czynienia w zasadzie z luksusowa wersja kotla parowego, w ktorym przegrzana para wodna wytwarzana jest z nieco gorsza wydajnoscia energetyczna niz ta w urzadzeniach weglowych. Roznica nie jest duza ale istnieje i to na korzysc kotlow parowych ogrzewanych weglem.  Wydajnosc cyklu Carnot'a dla "kotla jadrowego" wynosi 0.47 a dla "kotla weglowego" 0.65.  Mowie tutaj o ulamku energii termicznej przetworzonej na energie obrotowa turbiny. Przetworzenie energii cieplnej na elektryczna wynosi 0.35 dla elektrowni jadrowej i 0.5 dla energii weglowej. Inaczej mowiac energetyka jadrowa jest mniej wydajna niz klasyczna energetyka paliwowa. Jest tez od niej znacznie drozsza w eksploatacji. Spojrzmy jednak na sytuacje awaryjna taka z jaka mamy do czynienia obecnie kiedy Japonia stanela w obliczu lokalnej wersji "China Syndrom". Zalozmy, ze w wyniku malo prawdopodobnego wydarzenia nastapila awaria systemu hamujacego normalny bieg reakcji rozszczepienia w reaktorze. Z jakiegos powodu prety kadmowe, ktorych zadaniem jest pochloniecie neutronow i przerwanie reakcji nie zeszly do objetosci reaktora oraz, ze zawiodlo takze chlodzenie rdzenia reaktora  na przyklad dlatego, ze przestala dzialac turbina generatora elektrycznego. Tymczasem reakcja jadrowa biegnie w najlepsze i temperatura wewnatrz reaktora zaczyna wzrastac. Wiemy, ze temperatura topnienia uranu wynosi okolo 1408 K (prawdopodobnie wiecej gdyz cisnienie wewnatrz reaktora moze byc wysokie). Cieplo wlasciwe uranu wynosi okolo 113 J/(kg K). Przyjmijmy, ze normalna temperatura pracy reaktora wynosi 770 K.  Ilosc ciepla potrzebna do ogrzania trzech ton uranu do temperatury topnienia wynosi  3000kgx113 J/(kg K)x (1408-770)K = 2.16x10^8 J.  Jesli reaktor pracuje pelna moca (prety kadmowe nie zeszly) to potrzeba tylko 2.16x10^8/(2.4x10^6 J/s) = 90 sekund czyli 1.5 minuty na to aby uran osiagnal temperature topnienia. Pamietajmy jednak, ze w reaktorze jest woda (byc moze ciezka) oraz, ze bedziemy tez topic metalowe oslony paliwa uranowego. To wszystko wymaga czasu. Ponadto wzrost temperatury na ogol powoduje wzrost temperatury neutronow. To zas owocuje zmniejszeniem przekroju czynnego na rozszczepienie. Przyjmijmy wiec, ze kumulacja tych efektow zmnieszyla moc reaktora 1000-krotnie . Reaktor pracuje wiec na 0.1% pelnej mocy. Zamiast 1.5 minuty potrzebujemy wiec az 1500 min= 25godzin (okolo dnia) na to aby temperatura uranu osiagnela poziom topnienia. No i oczywiscie uran ogrzany do temperatury topnienia to jeszcze nie jest uran stopiony. Cieplo topnienia uranu stalego do fazy stopionej wynosi 36600 J/kg. Calkowita ilosc ciepla potrzebna do stopienia zawartosci reaktora wynosi wiec 3000kg x 36600 J/kg = 1.1x 10^8 J. Przyjmujac, ze reaktor produkuje tylko 1/1000 pelnej mocy stopienie uranu znajdujacego sie w reaktorze zajmie nam okolo 1.1x10^8/(2.4x 10^3)= 4.2x10^4 sec = 12 godzin czyli pol dnia. Po uplywie poltora dnia mamy wiec do czynienia z 3000 kg plynnego uranu o temperaturze 1408 K siedzacego na dnie stalowego pojemnika. Temperatura topnienia stali wynosi okolo 1810 K wiec nie boimy sie niczego i chwalimy potege zabezpieczen nowoczesnej technologii. No ale reakcje rozszczepienia biegna nadal w stanie stopionym. Kadm z pretow kontrolnych jest metalem latwiej topliwym i mniej gestym niz uran wiec plywa on sobie pogodnie po powierzchni stopionego paliwa jadrowego w minimalny sposob przechwytujac neutrony. Przyjmijmy, ze moc aktualna reaktora wynosi nadal 1 /1000 mocy nominalnej. Nie mniej energia rozszczepienia wytwarzana jest nadal i temperatura plynnego uranu nadal wzrasta. Wiemy, ze temperatura wrzenia uranu wynosi okolo 4134 K,(prawdopodobnie wiecej, ze wzgledu na wysokie cisnienie w objetosci reaktora, za  ktore odpowiedzialna jest glownie para wodna (D2O) z moderatora. Aby miec klopot musimy jednak tylko dojsc do temperatury topnienia zelaza czyli do okolo 2000K. Potrzeba na to ciepla 3000kgx 113 J/(kg K) (2000- 1408)K= 2.0x10^8 J. Nie moglem znalezc w tablicach ciepla wlasciwego stopionego uranu wiec przyjalem wartosc identyczna z wartoscia dla uranu w stanie stalym. Przy zalozonej mocy reaktora rzedu 2.4x10^3 J/sec ogrzanie cieklego uranu do temperatury topnienia stali wyniesie 8.4x104sec = 23 godziny. Trzeba bedzie jeszcze stopic dno reaktora ale z grubsza po trzech dniach powinnismy byc swiadkiem wylewu 3 ton stopionego uranu na betonowa podloge hali reaktora. China Syndrom jest na najlepszej drodze! Niedlugo  zrobimy Matce Gei lewatywe ze stopionego uranu.

28 comments:

Inspektor Lesny said...

Japonia nie posiada praktycznie zadnych paliw. Wazniejszych rud i mineralow tez nie. Trudno sie spodziewac, aby z tego powodu pokornie marzli i glodowali. Istotnie, z powodu niestabilnosci sejsmicznej, nie jest to najlepsze miejsce do budowy elektrowni atomowych. Raczej sie im nie dziwie. Majac do wyboru energie atomowa, pelny brzuch i niebezpieczenstwo vs nedze, zimno i brak niebezpieczenstwa, wybieraja to pierwsze.
Dziwic sie nalezy Polsce,ktora majac bogate zasoby wegla kamiennego i brunatnego, funkcjonujaca energetyke i gazownictwo dobrowolnie sie tego pozbyla, nic nie dostajac w zamian.
Wlasciwie tylko w imie idei i wiary w "swiezsze powietrze".

slav said...

Dzięki za obliczenia, daje Pan Profesor szanse na uratowanie dobrego imienia braci profesorskiej po ostatnich pyskówkach w TVN,
http://dwagrosze.blogspot.com/2011/03/wybuch-nuklearny-profesorow.html.

Mam tylko prośbę, aby dokonać analizy ostatniej aktywności Słońca i możliwości zmian pola geomagnetyczego Ziemi pod wpływem emisji cząstek naładowanych ze Słonca. Skutkować to mogło większą niż zwykle "sejsmicznością". No i zostaje problem badań HAARP, który będzie zawsze wracał jeśli cywilna kontrola nad tym projektem nie będzie możliwa, a prace Tesli nie zostaną odtajnione. A jeśli to energia fal radiowych emitowane w jonosferę przez HAARP są przyczyna obecnie obserwowanego nasilenia ekstremalnych wstrząsów, to proszę Pan Profesora , aby Pana Boga na razie w to nie mieszał ;-)

http://www.liiil.pl/1264429560,Amerykanski-HAARP-pracowal-pelna-moca-przez-44-god.htm

http://www.globalnaswiadomosc.com/trzesieniawkosmosie.htm

http://news.astronet.pl/6006

slav said...

A tu wynik z ostatnich pomiarów HAARP Induction Magnetometer, mamy emisje HAARP modulowaną na 2,5Hz wyłączoną koło 10.00 11.03.2011:

http://137.229.36.30/cgi-bin/scmag/disp-scmag.cgi?20110311

http://137.229.36.30/cgi-bin/scmag/disp-scmag.cgi?20110310


Oczywiście to przypadek jakich wiele, tylko pewna zbieżność dat.

Bobola said...

Niestety nic nie wiem o projektach Tesli ani o programie HAARP.

slav said...

Polecam książke:
Haarp: The Ultimate Weapon of the Conspiracy, Autor Jerry E. Smith

http://www.jerryesmith.com/index.php/4

polskie wydanie znalazłem w bibliotece WAT, nakład wyczerpany i nie dostępny:
http://nakanapie.pl/book/77713/haarp-bron-ostateczna.htm

kpp said...

Japonia to nie Ukraina czy ZSRR, tam podchodzą na serio do tematu. Myślę, że ta awaria nikomu nie zaszkodzi, w sensie biologiczno-zdrowotnym.

Bobola said...

@kpp
Byc moze ale na ogol brak kopuly cementowej byl cytowany jako glowny powod rozprzestrzenienia sie chmury radioaktywnej na Ukrainie. Scenariusze awarii licza sie z tym, ze kociol czy reaktor ulegnie rozerwaniu ale to co z niego ucieknie zostanie zatrzymane przez kopule. Tu kolejnosc jest odwrotna. Wybuchy mieszaniny piorunujacej zmiotly kopuly ochronne i same reaktory sa teraz odsloniete (jak na Ukrainie). Jezeli wybuchna albo stopieniu ulegnie dno kotla to cala zawartosc pojdzie do atmosfery.
Jasli tak sie stanie to Czernobyl bedzie smiesznym drobiazgiem jesli chodzi o skazenie.

slav said...

A tu o ostatniej masywnejaktywności Słońca

http://www2.nict.go.jp/pub/whatsnew/press/h22/110217/110217_e.html

nightwatch-er said...

Nie uważam że Bóg nie lubi energetyki jądrowej. Po prostu złośliwy staruch zrobił kawał Japończykom. Ale oni się nie przestraszą byle ględzenia o atomowej katastrofie, w końcu dwie już mieli i jakoś dali radę.

nightwatch-er said...

ps. pisząc o ględzeniu w żadnym wypadku nie miałem na myśli publikacji Gospodarza. Mam nadzieję że nikt tak nie pomyślał.

Browning said...

Dlaczego stopienie sie rdzenia reaktora w Fukushimie ma miec gorsze konsekwencje od pozaru w Czernobylu?

Przemo said...

Obawiam sie, ze wyliczenia oparte sa na blednych zalozeniach. Prety paliwowe wypelnione sa tlenkiem uranu, ktorego temp. topnienia wynosi duzo wiecej od uranu. Pastylki te zapakowane sa w koszulki z cyrkonu o tt 1800C, tworzac prety paliwowe. I to wlasnie ten pierwiastek zaczal sie topic i reagowac z woda tworzac wodor, ktory potem wybuchl.

Dlaczego do tego doszlo jest inna sprawa, rzeczywiscie dosc zagadkowa. Reaktory cisnieniowo-wodne powinny zatrzymac sie wraz z wyciekiem/brakiem/odparowaniem wody. Cos poszlo nie tak, a co - dowiemy sie wkrotce.

Co do energetyki weglowej - uwazam, ze Peak Coal niestety juz bedzie wkrotce faktem. Spalanie wegla niestety jest mniej ekologiczne niz 'spalanie' uranowcow. Ale oczywiscie kazdy ma inne zdanie.

slomski.us

hes said...

@przemo:"uwazam, ze Peak Coal niestety juz bedzie wkrotce faktem."

Niestety, zasoby uranu także są ograniczone, więc elektrowniom jądrowym także zabraknie paliwa (jak cały świat przestawi się na takie elektrownie). Obawiam się, że w perspektywie kilkudziesięciu lat z energią będzie kiepsko. "Zielona" energia w niczym nie pomoże, trzeba oszczędzać.

Bobola said...

@przemo
Ma Pan racje. Obliczenia sa bardzo przyblizone i maja na celu tylko ocenic skale czasowa mozliwych wydarzen. Trzeba jednak pamietac, ze uran japonski jest (jak mowia w prasie) wzbogacony. Zapewne w U-235 i Pu-239 oraz, ze tlenki ulegaja redukcji do metalu w atmosferze zawierajacej wodor atomowy.

Inspektor Lesny said...

Patrze na wiadomosci i te wybuchy w Japonii rozwijaja sie w czasie mniej wiecej tak, jak to Gospodarz opisal...

Mieczsilver said...

Dramaty,a szczególnie te życiowe dają impulsy do stawiania pytań JAKI ROZWÓJ?
Rośnie świadomość o konieczności traktowania praw stworzenia i natury jako nadrzędnych.Jednym z elementów jest wzrost temperatury na skutek wypalania się wodoru na Słońcu.
Przez analogię do zachowania przestrzeni życiowej dla obiegu wody,głównie cieków powierzchniowych,w planowaniu przestrzennym czy nie należy zacząć mówić o gospodarowaniu ryzykiem?
Czy potencjał do niszczenia i zabijania nie zacząć przemieniać na wykorzystanie dla zbożnych celów w gospodarowaniu tym ryzykiem?
Jedno co jest pewne to Japończyk po szkodzie prawdzie będzie jeszcze mądrzejszy.

Browning said...

Reakcja lancuchowa we wszystkich reaktorach zostala wstrzymana w chwili trzesienia ziemi:

http://www.tepco.co.jp/en/press/corp-com/release/11031102-e.html

To co teraz obserwujemy jest wynikiem ciepla rozpadu krotkozyjacych produktow reakcji lancuchowej, wytworzonych w pretach paliwowych przed wylaczeniem. Moc tego procesu moze wynosic nawet 5% mocy nominalnej reaktora, co moze wystarczyc do zniszenia reaktora, ale nie przetopienia skorupy ziemskiej.

Bobola said...

@Browning
Reakcja lancuchowa powinna byc wstrzymana z chwila rozpoczecia trzesienia. Ale czy to faktycznie nastapilo tego na pewno nie wiemy. Spuszczanie pretow kadmowych nie nastepuje "natychmiast" ze wzgledow technicznych, ale wymaga pewnego czasu. Nie jestem pewien czy prety zdazyly zejsc do konca. Ponadto, w wypadku gdyby prasa miala racje. i reaktory zawieraly uran wzbogacony, brak spowalniacza w postaci wody nie bylby kluczowy.

nightwatch-er said...

Panowie, zastanawia mnie ilość bullshitu która była wciskana 'opinii publicznej' do tej pory - że reaktory wodne są bezpieczne i nie może dojść do scenariusza czernobylskiego bo nowsza technologia nie pozwala na niekontrolowany wzrost tempa reakcji łańcuchowej w razie awarii. A tu proszę - może i niekontrolowanej reakcji łańcuchowej nie ma, reaktor nie wybuchł, ale za to mamy ogromne ilości materiałów radioaktywnych poza reaktorem które bez właściwego chłodzenia zapalają się i ulatniają w atmosferę. Mechanizm zupełnie inny niż w Czernobylu ale co z tego kiedy efekty te same?

lbiniecki said...

Jeszcze jedna uwaga. Nie nalezy zakladac ze konstruckcja stalowa bedzie spelniala swoje zadanie do czasu kiedy podgrzeje sie ja do temperatury topnienia. Gdy stal osiagnie temperature 500 stopni Celsjusza to jej wytrzymalosc spada zgrubsza o 50%. Wytrzymalosc drastycznie spada po przekroczeniu temp. 800 st Celsjusza. Tak wiec metalowe oslony moga sie zawalic na dlugo przed osiagnieciem temp. topnienia Uranu.

Browning said...

@Bobola
dlaczego brak moderatora nie bylby kluczowy? MYslalem ze na tym polega glowne zabezpieczenie reaktorow wodno-cisnieniowych. Przeciez nawet bomby atomowe, zawierajace wysoko wzbogacony uran, wymagaja moderatora.

slav said...

A tu trochę katastroficzny scenariusz możliwości rozwoju sytuacji w Japonii, okiem fizyka jądrowego:

http://www.stopcodex.pl/2011/03/czy-polacy-powinni-zgodzic-sie-na-budowe-elektrowni-atomowej/

Bobola said...

@browning
Reaktory z paliwem wzbogaconym w Pu-239 albo U-235 pracuja zarowno na neutronach predkich jak i termicznch a wiec moderator w postaci ciezkiej wody czy grafitu nie jest konieczny.Przekroj czynny na rozszcepienie neutronami predkimi jest wystarczajaco duzy dla tych izotopow aby reakcja lancuchowa mogla zachodzic bez moderatora. Jak podawala prasa (a wiec nie wiem czy prawdziwie) Japonczycy spalaja paliwo jadrowe pochodzenia radzieckiego ze "zdemobilizowanych" zapasow z bomb atomowych. Jest to paliwo wyzszej jakosci z punktu widzenia energetyki ale tez niebezpiecznijsze w wypadku awarii. W tej chwili nawet przedstawiciele kompanii energetycznej nie sa pewni czy reaktor nie jest w stanie krytycznym.

Bobola said...

@slav
Doktor Chmielewski przedstawia realnie mozliwy scenariusz rozwoju wydarzen. Nie nazwalbym go panikarskim. O mozliwosci stopienia sie i rozdzielenia materialow wspomnialem wyzej.

slav said...

Oby się te przewidywania nie sprawdziły do końca, ciekaw jestem jak przedostanie się tych produktów do bliskiego oceanu mogłoby wpłynąć na stan wody i żyjących tam zwierząt.
Podstawa diety Japonii to ryby i owoce morza. Małże i skorupiaki to filtry i czyściciele, a więc można by wtedy o nich zapomnieć.

Przemo said...

Poruszylbym jeszcze jedna ciekawa kwestie. Zakladam, ze rzeczywiscie wybuchl wodor a nie para. Jezeli tak, to z czegos ten wodor musial powstac. Poniewaz nie mamy do czynienia z reaktorem na lodzi podwodnej, chlodziwem nie jest ciekly sod.

Jedyne zrodlo powstania wodoru to reakacja cieklego cyrkonu z woda (w fazie cieklej lub gazowej). To by oznaczlo, ze tego stopionego cyrkonu musi byc cholernie duzo, zeby wytworzyc z wody wystarczajaca ilosc wodoru by wysadzic reaktor. W takim scenariuszu reaktor w tej chwili to kula czerwonych z goraca tlenkow uranu, wszelkich izotopow powstajacych przy pracy reaktora i innych resztek.

I jeszcze odniose sie do wyczerpywania uranu. To fakt. Ale mozna tez operowac na reaktorach opartych na torze, co daje nam sporo czasu.

slomski.us

Bobola said...

@przemo
Reakcja wody z cyrkonem jest mozliwa ale bardziej prawdopodobny jest radiacyjny rozklad wody. Jesli reaktor jest blisko stanu krytycznego to istnieje tez duza liczba neutronow, ktore ulegaja rozpadowi beta (na proton, elektron i antyneutrino).

slav said...

czyżby lewatywa została uruchomiona;

http://wiadomosci.wp.pl/kat,1356,title,Napromieniowana-Japonia-zakaz-picia-wody-z-kranu,wid,13250814,wiadomosc.html?ticaid=1bff3&_ticrsn=5