SCHIMBARI DE PARADIGME I TENDINE VIITOARE ÎN FIZICA I ENERGETICA NUCLEARA RITMICITATE SAU HAOS?

Academia RomanaAcademia RomanaAcademia RomanaAcademia RomanaDiviziei de LogicDiviziei de LogicDiviziei de LogicDiviziei de Logică, Metodologie , Metodologie , Metodologie , Metodologie şi Filosofia i Filosofia i Filosofia i Filosofia Ştiintiintiintiinţei (DLMFS)ei (DLMFS)ei (DLMFS)ei (DLMFS)

CoCoCoComitetul Român demitetul Român demitetul Român demitetul Român de IstoriaIstoriaIstoriaIstoria si Filozofiasi Filozofiasi Filozofiasi Filozofia Ştiintiintiintiinţeieieiei şi Tehnicii (CRIFST) i Tehnicii (CRIFST) i Tehnicii (CRIFST) i Tehnicii (CRIFST) SESIUNEA DE PRIMSESIUNEA DE PRIMSESIUNEA DE PRIMSESIUNEA DE PRIMĂVARVARVARVARĂ 2015 2015 2015 2015

Ritmuri Ritmuri Ritmuri Ritmuri îîîîn n n n ştiintiintiintiinţă şi societatei societatei societatei societate

SCHIMBSCHIMBSCHIMBSCHIMBĂRI DE PARADIGME RI DE PARADIGME RI DE PARADIGME RI DE PARADIGME ȘI TENDINI TENDINI TENDINI TENDINȚE VIITOARE E VIITOARE E VIITOARE E VIITOARE ÎÎÎÎN N N N

FIZICA FIZICA FIZICA FIZICA ȘI ENERGETICA I ENERGETICA I ENERGETICA I ENERGETICA NUCLEARNUCLEARNUCLEARNUCLEARĂ

RITMICITATE SAU HAOS?RITMICITATE SAU HAOS?RITMICITATE SAU HAOS?RITMICITATE SAU HAOS?

Dr.ing.Dan Serbanescu

23 aprilie 2015

Dr.ing.Dan Serbanescu

http://lu.linkedin.com/in/danserbanescu1953http://independent.academia.edu/DANSERBANESCUwww.researcherid.com/rid/B-9590-2012http://www.researchgate.net/profile/Dan_Serbanescu/publicationshttp://danserbanescu-risk.net/

Energetica si fizica nucleara descoperiri, accidente, lectii ale naturii, Dr.ing.Dan Serbanescu Martie 2015

Comitetul Român de Istoria si Filozofia Ştiinţei şi Tehnicii (CRIFST) Curs de initiere in istoria si filozofia stiintei Seria a IX-a, 2015

MOTIVATIE (1)

• Evaluarea unor momente semnificative care au marcat schimbari majore in fizica si energetica nucleara, analizandu-se si aspecte ale tendintelor de evolutie viitoare.

• Analiza se efectueaza din perspectiva identificarii tipurilor de cauze care au generat aceste schimbari, in sensul aflarii raspunsului la intrebarea daca aceste schimbari sunt generate de existenta unor structuri repetitive specifice domeniului sau daca se datoreza pur si simplu unei evolutii haotice.

Academia Romana -Diviziei de Logică, Metodologie şi Filosofia Ştiinţei (DLMFS)-Comitetul Român de Istoria si Filozofia Ştiinţei şi Tehnicii (CRIFST)

SESIUNEA DE PRIMĂVARĂ 2015 Ritmuri în ştiinţă şi societate

SCHIMBĂRI DE PARADIGME ȘI TENDINȚE VIITOARE ÎN FIZICA ȘI ENERGETICA NUCLEARĂ -RITMICITATE SAU HAOS? Dr.ing.Dan Serbanescu 23 aprilie 2015

MOTIVATIE (2)

Se prezinta trei aspecte ale fizicii si eenergeticii nucleare:

• Fizica nucleara in interferenta si ca parte a fizicii cuantice, fizicii atomice si a fizicii teoretice in general.

• Fizica nucleara aplicata la reactorii nucleari si instalatiile nucleare, impreuna cu alte stiinte si tehnologii conexe (termodinamica reactorilor, transferul de caldura, materialele nucleare, protectia la radiatii etc).

• Centralele nucleare ca parte a unor sisteme energetice, cu conexiuni in asigurarea unei securitati energetice nationale, regionale sau globale




MOTIVATIE (3)

• Se analizează de asemenea lectiile primite din diverse descoperiri ale fizicii si tehnologiei nucleare, ca si din accidentele nucleare majore ale instalatiilor nucleare de tip artefact, dar si din analiza asa - zisilor reactori nucleari naturali.

• Analiza făcută prin abordarea sistematică propusă se compară cu abordări de tip istoric și de tip expert, fiind prezentate o serie de concluzii ale rezultatelor obținute până în prezent în direcția aplicării modului structurat de abordare propus.







AFizica Nucleara – schimbari

de paradigme (1)

Detalii in Privire asupra cavalcadei modelelor in fizică:

evoluții previzibile, ritmicitate sau haos?Dr.ing.Dan Serbanescu, Dr.mat Gabriel Sticlaru, Dr.mat. Lucian Spiridon

Fizica Nucleara – schimbari de paradigme (2)

• Modelele fizicii şi evolutia lor, în special cea din ultimul secol în cazul mecanicii cuantice şi a teoriei relativităţii,

sunt expresia unor evoluţii uimitoare şi în toate cazurile, neprevăzute.

• Deşi de regulă se invocă resorturile interne de schimbare ale fizicii înseşi şi/sau cele ale lumii inconjurătoare în explicarea succesiunii acestor modele, totuşi au existat mereu opinii şi, se pare ca aceste curente se accentuează în lumina ultimelor evenimente din lumea fizicii cuantice, care susţin:

� fie că aceste modificări sunt pur şi simplu aleatoare, � fie că există resorturi combinate mult mai complexe decât cele menţionate anterior, legate de modul în care omenirea îşi construieşte cunoaşterea asupra lumii.




B

Energetica nucleara

descoperiri, accidente, lectii ale naturii




Știința si tehnologia nucleară și învățămintele etapelor sale

Etapele din știința și tehnologia nucleară - obiect de studiu și metode de analiză

• Obiectul de studiu prezentat în aceasta lucrare este un caz particular al științei și tehnologiei, cea referitoare la domeniul nuclear, privită ca o acumulare de cunoștințe cu rol de a îndeplini anumite funcții.

• Evaluarea unor aspecte asupra acestor cunoștințe, cum ar fi:

O1 - elementele dominante caracteristice anumitor etape sau O2 - tendințele viitoare și posibile acțiuni de susținere.




Informatii privind

fizica si energetica nucleara

•Ce este fisiunea nucleara?

•Ce este un reactor nuclear?




Nuclear physics is the field of physics that studies the

constituents and interactions of atomic nuclei.

The most commonly known applications of nuclear physics are

• nuclear power generation and

• applications infields like•nuclear medicine

•magnetic resonance imaging

•nuclear weapons

•ion implantation in materials engineering

•radiocarbon dating in geology and archaeology.

The field of particle physics evolved out of nuclear physics and is typically

taught in close association with nuclear physics.




Nuclear reactor physics is the branch of science studying application of chain reaction to induce a controlled rate of fission in a nuclear reactor for the production of energy.

Nuclear reactors use a chain reaction to induce a controlled rate of nuclear fission in fissile material, releasing both energy and free neutrons.

A reactor consists of an assembly of •nuclear fuel (a reactor core), •usually surrounded by a neutron moderator

•light water,•heavy water,•graphite, or•zirconium hydride,

•mechanisms such as control rods that control the rate of the reaction.

The physics of nuclear fission affects the design and behavior of nuclear reactors.




Nuclear engineering and technology that studies the implementation of

nuclear physics and reactor physics in real plants

Nuclear system in a country assumes a certain minimal infrastructure:

•Research and design

•Operation and maintenance

•Utility and licensee in the NPP process

•Public and industry

•National and international components

•International treaties

On the other side nuclear field is a technology area




B1

Unele detalii privind

Elementele constitutive ale fizicii si energeticii nucleare




Reactor theory and nuclear theory

1. Basic reactor theory2. Neutron theory related to reactor – properties, life cycle etc3. Reactor kinetics4. Reactor dynamics –control, regulation, stability5. Thermodynamics of NPP and heat transfer in reactor and othe

important components of NPP6. Physical and chemical reactions in reactor and NPP, materials7. Research reactors and special installations to be used with

reactors (accelerators etc)8. Non stationary reactors (space propulsion etc)9. Turbines for NPP10. Steam Generators for NPP11. Radiation protection for nuclear reactors and installations12. Construction, sitting general layout and nuclear plant theory13. Nuclear power plants components – manufacturing, operation 14. NPP operation 15. NPP safety and risk analyses16. NPP and fuel cycle economics




Manuale Teoria Reactorilor Nucleari Exemple

Abordare clasica……………………………………… Gleston si Edlund

Abordare standard actuala standard DOE……. Standard DOE

Abordare pregatire tip vestic “saxon”……….... Manual tip vestic “saxon”

Abordare pregatire tip rusesc……………………. Manual tip rusesc

Abordare pregatire Romania…………………….. Prof Berinde Fac Fizica

Prof Purica UPB, Prof Margarit Pavelescu, dr.I Cuculeanu

Abordari diferite ale aceluiasi subiect – caz particular personal

•studentie,

•doctorat,

•pregatire operator reactor ,

•autorizare conform standarde si

•analize risk cercetari si probleme speciale (noi reactori, CS, SES)




B2

Elemente de detaliu despre fisiune




Despre fisiune (1)




Despre fisiune (2)




Despre fisiune (3)




Chicago Pile-1 (CP-1) the world's first artificial nuclear reactor(1)

•The construction of CP-1 part of the Manhattan Project, and carried out by the Metallurgical Laboratory at the University of Chicago. •It was built under the west viewing stands of the original Stagg Field. The first man-made self-sustaining nuclear chain reaction was initiated in CP-1 on 2 December 1942, under the supervision of Enrico Fermi. •Fermi described the apparatus

•as "a crude pile of black bricks and wooden timbers." •it was made of a large amount

•of graphite and uranium, •with "control rods" of cadmium, indium, and silver, •and unlike most subsequent reactors, it had no radiation shield or cooling system.




Chicago Pile-1 (CP-1) was the world's first artificial (2)

On 2 December 1942, CP-1 was ready for a demonstration. Before a group of dignitaries, George Weil worked the final control rod while Fermi carefully monitored the neutron activity. The pile "went critical" (reached a self-sustaining reaction) at 15:25. Fermi shut it down 28 minutes later.After the chain reaction was observed, Arthur Compton, head of the Metallurgical Laboratory, notified James Conant, chairman of the National Defense Research Committee, by telephone. The conversation was in an impromptu code:

Compton: The Italian navigator has landed in the New World.Conant: How were the natives?Compton: Very friendly.

Unlike most reactors that have been built since, CP-1 had no radiation shielding and no cooling system of any kind. Fermi had convinced Arthur Compton that his calculations were reliable enough to rule out a runaway chain reaction or an explosion. But, as the official historians of the Atomic Energy Commission later noted, the "gamble" remained in conducting "a possibly catastrophic experiment in one of the most densely populated areas of the nation




•The F-1 is a research reactor operated by the Kurchatov Institute in Moscow, Russia. When started on December 25, 1946, it became the first nuclear reactor in Europe to achieve a self-sustaining nuclear chain reaction.

•It is still in operation, with a power level of 24 kW, making it the world's oldest operating reactor

24 kWtCapacity factor

41kg of 2% enriched uranium

Tertiary fuel

46411kg of natural uranium metal

(UO2and U33O8)

Primary fuel

Power generation

RussiaReactor supplier

Graphite PileReactor type




•The ZEEP (Zero Energy Experimental Pile) reactor was a nuclear reactor built at the Chalk River Laboratories near Chalk River, Ontario, Canada (which superseded the Montreal Laboratory for nuclear research in Canada).

•ZEEP first went critical at 3:45 PM, September 5, 1945. ZEEP's main international significance is its status as the first operational nuclear reactor outside of the United States.NRX and Zeep buildings, Chalk River Laboratories, 1945

•The reactor was designed by Canadian, British and French scientists as a part of an effort to

produce plutonium for nuclear weapons during World War II.




•ZEEP was instrumental in the development of the NRX and NRU reactors, which led to the development of the successful CANDU reactor.•ZEEP was used to test reactivity effects and other physics parametersneeded for reactor development at Chalk River Laboratories, including fuel lattices for the NRU reactor situated next door.

•ZEEP was one of the world's first heavy water reactors, and it was also designed to use natural (unenriched) uranium; a feature carried through to the CANDU design. Uranium enrichment is a complex and expensive process; thus, the ability to use unenriched uranium gave ZEEP and its descendants a number of distinct advantages.•ZEEP continued to be used for basic research until 1970.It was decommissioned in 1973 and dismantled in 1997. In 1966 ZEEP was designated a historic site by Ontario, and commemorated with an historic plaque. Both this plaque and ZEEP itself are now on display at the Canada Science and Technology Museum in Ottawa, Canada




Exemplu de submarin atomic cu reactori cu apa usoara




Exemplu de centrala nucleara comerciala cu reactori cu apa usoara




B3

Reactorii naturali

Si impactul asupra unorparadigme in fizica sienergetica nucleara




CHICAGO PILE 1942-1943 OKLO GABON CCA 2 BLN YEARS AGO

Nuclear fission reactors – human made and nature made…..




WHAT DOES THE NATURE / OR WHOEVER SAYS ABOUT NUCLEAR REACTORS?

Some thoughts trigerred by Oklo reactor (1)

•Optimal power level•Diffusion of wastes•Criticality and algae CAS•Universal constants challenged (alpha) more reactor and neutronic studiess needed

Oklo case and nuclear future




WHAT DOES THE NATURE / OR WHOEVER SAYS ABOUT NUCLEAR REACTORS?

Some thoughts trigerred by Oklo reactor (2)

•Safety is achieved better for simple CS•CAS & Mandelbrot fractals for ES•Optimum for CS at each hierarchical level•Intrinsic safety – expected target as this is the nature lesson•CAS may mean also use of biological systems for fuel cycle•Universal constants challenged (alpha) –fundamental shakes to quantum mechanics




C

CNE sisteme complexe

&

Generatiile urmatoare ale reactorilor si centralelor

nucleare




CNE Cernavoda – centrala CANDU




Nuclear engineering is a technology so technology features apply to it, too.




Abordari de tip paradigmatic pentru evaluarea problemelor din fizica si energetica nucleara –

PASCUM




PASCUM trăsături de bază (1)

•Stiința și tehnologia nucleară formează, pentru evaluări de tipul O1 și O2 din cazul analizat, același corp de cunoștințe. Pentru sistemul știință – tehnologie nucleară se consideră faptul că ele evoluează dupa anumite reguli (cercetare, dezvoltare si trecerea la noi abordări).

•Fiecare etapă constituie o paradigmă separată fiind guvernată deanumite teorii, metode și alte caracteristici (societate, mediu cultural etc) dominante.

•Definirea obiectului de studiu și a metodelor de analiză necesită o abordare dublu triadică, ce constă în utilizarea a două grupe de metode (fiecare din trei componente)

•una pentru obiectul de studiu și •alta pentru metodologia utilizată pentru acest obiect de studiu.





Aceste două triade definesc un spațiu mai rafinat al obiectului de studiu și al soluțiilor, care indică necesitatea de a răspunde unor întrebări, care detaliază O1 și O2, și se referă la:

•Sincronia si diacronia între elemente (naționale / intenaționale ale obiectului de studiu – fizica și tehnologia nucleară);

•Inter și transdisciplinaritatea în evaluarea răspunsurilor O1 și O2, cu exemplificări din studiul de caz ales;

•”Alte sisteme conexe” (societate, moștenire culturală si știința)– altele decat tehnologia nucleara care au impact asupra lor.





PASCUM cuprinde trei etape:

• Dezvoltarea unui model al sistemului știință – tehnologie nucleară

• Dezvoltarea caracteristicilor specifice pentru știință –tehnologie

• Analiza structurilor generate la pașii anteriori.




Criterii de analiză a paradigmelor unei etape în știință

MTOTAL IMPACT AGREGAT AșTEPTATC

SPARTICIPAREA ALTOR ELEMENTE LA NIVEL INTERNATIONALB3

MPARTICIPAREA SOCIETĂTII NIVEL GLOBALB2

RASUPRA DOMENIULUI INSUșIB1

MURMĂRI PREVIZIBILE ALE PARADIGMEIB

SEXISTENTĂ SCHIMBURI GLOBALE șTIINTĂ / TEHNOLOGIEA5

SSUSTINERE SOCIAL/ECONOMICA A șTIINTEI PT SUPORT TEHNOLOGICA4

MRELEVANTA șTIINTIFICĂ/TEHNICĂA3

RIMPACT DE CONSOLIDARE SISTEM GLOBAL EXISTENTA2

MNOUTATE/CREATIVITATE ÎN DOMENIUA1

RTRĂSĂTURI ALE PARADIGMEIA

TRĂSĂTURI CARACTERIZARE PARADIGMĂ – exemplu




TEHNOLOGIE

STIINTA




D

Accidente nucleare, lectii si corectii de paradigme




Curba tehnologica




Spatiul tehnologiei




Laws of low doses – linearity or not at low values of doses

Basic constants - alpha

New technologies

Unknowns of the future

Social or economical pressure

Elemente de considerat pentru scenariile viitoare ale fizicii reactorilor si fizicii

nucleare




Kardashev scale civilization levels

One million yearsEnergy on the scale of its own galaxy

4×1028III

Few thousands yearsEnergy radiated by its own star

4×1017II

Existing Earth level cca 4×103 possible to reach type I in 100-200 years

Solar insolation to earth

4×104 -4x105I

CommentsLevel of used energyTerawattsType




1012Energy used in one year per capita U.S.

1013Energy to put the space shuttle in orbit

1014E = mc2 of 1 gram

1018Severe earthquake (Richter 8)

1019Exploding volcano (Krakatoa)

1023Cretaceous-Tertiary extinction theory meteorite

1033Earth moving in orbit

Group III Natural phenomena / significant human achievements

1014Thunderstorm

1016Exploding volcano (Krakatoa)

1023Energy available from earth's fossil fuels

1016Burning a million tons of coal

1017Yearly solar emission

1015Fission one ton of Uranium

1017100-megaton H-bomb

1031D-D fusion energy possible from worlds oceans

Group II Energy sources

1044Supernova explosion

1068Creation of the Universe

Group I Cosmic level




Concluzie

Istoria fizicii nucleare, a reactorilor nucleari – naturali siartificiali si a centralelor nucleare arata ca:

• Procesul in sine are legitati si interdependente care duc la schimbari de paradigme ce pot fi in maremasura prezise- procesul are ritmicitate

• Rezultatul insa la un moment de timp dat – de ex 30-50 ani privind situatia la acel moment al acestor domenii este insa practic imposibl de prezis –rezultatul este insa caracterizat de perspectivedominant haotice




SCHIMBARI DE PARADIGME I TENDINE VIITOARE ÎN FIZICA I ENERGETICA NUCLEARA RITMICITATE SAU HAOS?

Documents

Transcript of SCHIMBARI DE PARADIGME I TENDINE VIITOARE ÎN FIZICA I ENERGETICA NUCLEARA RITMICITATE SAU HAOS?