Reakcja rozszczepienia jądrowego ma miejsce, gdy atomy niestabilnego pierwiastka są bombardowane neutronami, dzieląc jądro każdego atomu na mniejsze części. Jeśli rozszczepienie każdego jądra uwalnia kilka szybkich neutronów, które mogą następnie rozszczepić więcej jąder pierwiastka, zachodzi reakcja łańcuchowa. Gdy dodatkowe neutrony rozszczepiają więcej jąder, uwalniana jest większa energia, a reakcja łańcuchowa może doprowadzić do eksplozji, takiej jak bomba atomowa. Jeśli reakcja łańcuchowa jest kontrolowana przez usunięcie niektórych dodatkowych neutronów, energia jest nadal uwalniana w postaci ciepła, ale można uniknąć eksplozji. Reakcja łańcuchowa jądrowa jest jednym z trzech rodzajów reakcji jądrowych, które mają różne cechy i mogą być stosowane na różne sposoby.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Jądrowa reakcja łańcuchowa to reakcja rozszczepienia, która uwalnia dodatkowe neutrony. Neutrony rozszczepiają dodatkowe atomy, uwalniając jeszcze więcej neutronów. Ponieważ liczba emitowanych neutronów i liczba rozszczepionych atomów rośnie wykładniczo, może dojść do wybuchu jądrowego.
Trzy typy reakcji jądrowych
Jądro atomu przechowuje dużo energii, która może służyć użytecznym celom. Trzy rodzaje reakcji jądrowych wykorzystujących energię jądrową to promieniowanie, rozszczepienie i fuzja. Medyczne i przemysłowe urządzenia rentgenowskie wykorzystują promieniowanie pierwiastków radioaktywnych do tworzenia obrazów ciała lub materiałów testowych. Elektrownie i broń jądrowa wykorzystują rozszczepienie jądrowe do produkcji energii. Fuzja jądrowa zasila Słońce, ale naukowcy nie byli w stanie wywołać długoterminowej reakcji syntezy jądrowej na Ziemi, chociaż wysiłki są kontynuowane. Spośród tych trzech rodzajów reakcji jądrowych tylko rozszczepienie może wywołać reakcję łańcuchową.
Jak zaczyna się jądrowa reakcja łańcuchowa
Kluczem do jądrowej reakcji łańcuchowej jest zapewnienie, że reakcja generuje dodatkowe neutrony i że neutrony rozszczepiają więcej atomów. Ponieważ pierwiastek uran-235 wytwarza kilka neutronów na każdy rozszczepiony atom, ten izotop uranu jest używany w reaktorach jądrowych i broni jądrowej.
Kształt i masa uranu mają wpływ na to, czy może zajść reakcja łańcuchowa. Jeśli masa uranu jest zbyt mała, zbyt wiele neutronów jest emitowanych poza uran i jest traconych w reakcji. Jeśli uran ma niewłaściwy kształt, na przykład płaska blacha, traci się również zbyt wiele neutronów. Idealny kształt to solidna masa wystarczająco duża, aby rozpocząć reakcję łańcuchową. W tym przypadku dodatkowe neutrony uderzają w inne atomy, a efekt mnożenia prowadzi do reakcji łańcuchowej.
Kontrolowanie lub zatrzymywanie jądrowej reakcji łańcuchowej
Jedynym sposobem kontrolowania lub zatrzymania reakcji łańcuchowej jądrowej jest powstrzymanie neutronów przed rozszczepianiem większej liczby atomów. Pręty kontrolne wykonane z pierwiastka absorbującego neutrony, takiego jak bor, zmniejszają liczbę wolnych neutronów i usuwają je z reakcji. Ta metoda służy do kontrolowania ilości energii wytwarzanej przez reaktor i zapewnienia, że reakcja jądrowa pozostaje pod kontrolą.
W elektrowni jądrowej pręty sterujące są podnoszone i opuszczane do paliwa uranowego. Po całkowitym opuszczeniu wszystkie pręty są otoczone paliwem i pochłaniają większość neutronów. W takim przypadku reakcja łańcuchowa ustaje. Gdy pręty są podnoszone, mniejsza część każdego pręta pochłania neutrony, a reakcja łańcuchowa przyspiesza. W ten sposób operatorzy elektrowni jądrowej mogą kontrolować i zatrzymywać łańcuchową reakcję jądrową.
Problemy z reakcjami łańcuchów jądrowych
Chociaż łańcuchowe reakcje jądrowe w elektrowniach na całym świecie dostarczają znaczne ilości energii elektrycznej, elektrownie jądrowe mają dwa główne problemy. Po pierwsze, zawsze istnieje ryzyko, że system sterowania oparty na drążkach sterujących nie zadziała z powodu awarii technicznych, błędu ludzkiego lub sabotażu. W takim przypadku może dojść do wybuchu lub uwolnienia promieniowania. Po drugie, zużyte paliwo jest wysoce radioaktywne i musi być bezpiecznie przechowywane przez tysiące lat. Problem ten nadal nie został rozwiązany, a zużyte paliwo pozostaje w większości przypadków w różnych elektrowniach jądrowych. W rezultacie w wielu krajach, w tym w Stanach Zjednoczonych, zmniejszyły się praktyczne zastosowania reakcji łańcuchów jądrowych.
