Co je to jaderná řetězová reakce?

Reakce štěpení jader probíhá, když jsou atomy nestabilního prvku bombardovány neutrony, čímž se jádro každého atomu rozdělí na menší části. Pokud rozdělení každého jádra uvolní několik vysokorychlostních neutronů, které pak mohou rozdělit více jader prvku, dojde k řetězové reakci. Jelikož další neutrony štěpí více jader, uvolňuje se více energie a řetězová reakce může vést k výbuchu, jako je výbuch jaderné bomby. Pokud je řetězová reakce řízena odstraněním některých dalších neutronů, energie se stále uvolňuje ve formě tepla, ale lze zabránit explozi. Jaderná řetězová reakce je jedním ze tří typů jaderných reakcí, které mají různé vlastnosti a lze je použít různými způsoby.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Jaderná řetězová reakce je štěpná reakce, při které se uvolňují další neutrony. Neutrony rozdělují další atomy a uvolňují ještě více neutronů. Vzhledem k tomu, že počet emitovaných neutronů a počet rozdělených atomů exponenciálně stoupá, může dojít k jadernému výbuchu.

Jádro atomu ukládá spoustu energie, která může sloužit užitečným účelům. Tři typy jaderných reakcí, které využívají jadernou energii, jsou záření, štěpení a fúze. Lékařské a průmyslové rentgenové přístroje používají záření z radioaktivních prvků k vytváření obrazů těla nebo ve zkušebních materiálech. Elektrárny a jaderné zbraně využívají k výrobě energie štěpení jader. Jaderná fúze pohání slunce, ale vědci nebyli schopni vytvořit dlouhodobou reakci jaderné fúze na Zemi, i když úsilí pokračuje. Z těchto tří typů jaderných reakcí může řetězovou reakci vytvořit pouze štěpení.

Klíčem k jaderné řetězové reakci je zajistit, aby reakce generovala další neutrony a aby neutrony rozdělovaly více atomů. Protože prvek uran-235 produkuje několik neutronů pro každý dělený atom, používá se tento izotop uranu v jaderných energetických reaktorech a v jaderných zbraních.

Tvar a hmotnost uranu ovlivňují, zda může dojít k řetězové reakci. Pokud je hmotnost uranu příliš malá, vyzařuje příliš mnoho neutronů mimo uran a ztrácí se při reakci. Pokud má uran nesprávný tvar, například plochý plech, ztratí se také příliš mnoho neutronů. Ideálním tvarem je dostatečně velká hmota pro zahájení řetězové reakce. V tomto případě další neutrony zasáhly jiné atomy a multiplikační efekt vede k řetězové reakci.

Jediným způsobem, jak řídit nebo zastavit jadernou řetězovou reakci, je zastavit štěpení neutronů více atomů. Řídicí tyče vyrobené z prvku absorbujícího neutrony, jako je bór, snižují počet volných neutronů a vyřazují je z reakce. Tato metoda se používá k řízení množství energie produkované reaktorem a k zajištění toho, že jaderná reakce zůstane pod kontrolou.

V jaderné elektrárně se řídicí tyče zvedají a spouštějí do uranového paliva. Po úplném spuštění jsou všechny tyče obklopeny palivem a absorbují většinu neutronů. V takovém případě se řetězová reakce zastaví. Jak jsou tyče zvednuty, méně z každé tyče absorbuje neutrony a řetězová reakce se zrychluje. Tímto způsobem mohou provozovatelé jaderné elektrárny řídit a zastavit jadernou řetězovou reakci.

Ačkoli jaderné řetězové reakce v elektrárnách po celém světě dodávají značné množství elektrické energie, jaderné elektrárny mají dva hlavní problémy. Zaprvé vždy existuje riziko, že řídicí systém založený na řídicích tyčích nebude fungovat kvůli technickým poruchám, lidské chybě nebo sabotáži. V takovém případě může dojít k výbuchu nebo uvolnění záření. Zadruhé, použité palivo je vysoce radioaktivní a musí být bezpečně skladováno po tisíce let. Tento problém stále není vyřešen a použité palivo zůstává ve většině případů v různých jaderných elektrárnách. V důsledku toho se v mnoha zemích, včetně Spojených států, snížilo praktické využití jaderných řetězových reakcí.