Start štěpné reakce
Zdravím,
měl bych rychlou fyzikální otázku, týká se spíše jaderné fyziky ale poslední dobou se o jadernou fyziku velmi zajímám a velice bych ocenil odpověď.
Když máme reaktor, štěpí se v něm nějaký materiál, například U-235, zhruba nějak takhle:
U-235 + 1n -> U-236 -> Ba-141 + Kr-92 + 3n.
Tedy přidáme U-235 jeden neutron, ten se promění v U-236 a dále se rozštěpí na Ba-141, Kr-92 a 3 volné neutrony. Při tomto se uvolní tepelná energie a to je princip na kterém samotný reaktor funguje, ale samozřejmě nejdříve musíme reaktor spustit. Samozřejmě musíme spustit chlazení, kondenzátor, turbíny, apod, ale hlavně samotný reaktor, zahájit tu samotnou reakci. Toho můžeme docílit když pomalu vysuneme regulační tyče. Tím se začne trochu štěpit uran, uvolňovat tepelná energie a volné neutrony, ty následně budou štěpit další uran, ten uvolní další neutrony, ty rozštěpí další uran, atd.
Ale z tohoto mi logicky vyplývá, že někde se musí vzít ten první neutron, který tu reakci zahájí. Když máme vypnutý reaktor ve kterém by nemělo docházet k žádnému štěpení, kde vezmeme “ten první neutron” který celou reakci zahájí? Možná to celé chápu špatně, pokud ano, tak mě prosím opravte, ale tohle mě velmi zajímalo.
Děkuji moc,
Matěj Crha
Ahoj Matěji,
děkujeme za dotaz do naší poradny, který míří přímo k jádru pudla… tedy fungování jaderných reaktorů. Princip fungování jaderného reaktoru jsi vystihl správně a musím ocenit, že jsi se nad celým problémem zamyslel a došel k otázce, která není úplně obvyklá, ale určitě relevantní.
V principu jsou dvě základní možnosti, jak bude jaderné štěpení probíhat – buďto kontrolovaně (což se určitě hodí právě v jaderných elektrárnách), nebo nekontrolovaně – jaderné zbraně. K tomu aby štěpení probíhalo delší dobu potřebujeme, aby v každém okamžiku byl počet neutronů, které štěpením vznikají byl stejný (vetší) jako počet neutronů, které způsobujíí rozpad jader. V jaderných elektrárnách regulujeme jejich výkon pohlcováním neutronů (pomocí regulačních tyčí), v jaderných zbraních žádná takováto regulace není a protože rozštěpením jádra uranu/plutonia se uvolňuje více než 1 neutron, roste tepelný výkon velmi rychle.
Protože se jádra uranu rozpadají stále (sice s velkým poločasem rozpadu), mohlo by za určitých podmínek díky takto vzniklým neutronům k jadernému štěpení dojít samovolně – bez vnějšího dodání neutronů. Museli bychom však mít velké, tzv. nadkritické, množství. Díky velkému množství neuniknou neutrony ze samovolného rozpadu z materiálu a budou se tak účastnit štěpení. Takto fungují jaderné zbraně – prudce k sobě přiblížíme 2 kusy uranu, které samy o sobě nejsou v nadkritickém množství, ale po spojení tuto hranici přeskočí. Takto se rozběhne jaderné štěpení, bez vnějšího zásahu. Nadkritické množství uranu je zhruba 45 kg, plutonia jen 15 kg.
Tento způsob není pro start jaderné elektrárny úplně ideální, proto se do aktivní zóny vloží materiál, který má relativně malý poločas rozpadu (za jednotku času tedy dojde k hodně rozpadům) a který při těchto rozpadech produkuje neutrony. Tímto materiálem je typicky Californium-252. Neutrony z jeho rozpadu začnou vnikat do jader paliva (uranu) a způsobí jeho rozpad přesně jak píšeš.
Předem upozorňuji, že Californium je uměle vytvořený prvek, proto se s ním v přírodě nesetkáme a 1 gram tohoto prvku má cenu 27 000 000 $, kdyby někdo z čtenářů chtěl spouštět jaderný reaktor, což důrazně nedoporučuji 😉.
3
Máš nějaký dotaz?
Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu: poradna@svetenergie.cz
