Výroba jaderné energie - Princip štěpení jádra atomu

k navigaci

První řízená řetězová štěpná reakce uranu se uskutečnila pod chicagským univerzitním stadionem Stagg Field 2. prosince 1942. V čtyřmetrové hromadě grafitu s uranem ji nastartoval Enrico Fermi.

Štěpení jádra

Impulsem pro štěpení jádra atomu je interakce jádra s neutronem. Neutron nenese elektrický náboj a nemusí tedy překonávat bariéru elektrických sil. Štěpící se jádro se deformuje, protahuje, až odpudivé elektrické síly převáží a kladná dceřiná jádra se od sebe rozletí (rychlostí asi 10 000 km/s). Tato jádra o obrovské kinetické energii se srážejí s dalšími atomy, odebírají jim elektrony a tvoří si z nich nové elektronové obaly. Postupně se uklidňují a jejich kinetická energie přechází až na energii kmitů atomů a molekul. Tedy do formy tepelné energie, kterou lze využít v jaderné elektrárně.

Při štěpení jádra uranu, které se stalo základem jaderné energetiky, se vždy uvolní i dva až tři neutrony; ty pak mohou narazit do dalších jader uranu a vyvolat další štěpení. Vzniká řetězová štěpná reakce, kterou může obsluha elektrárny řídit zachycením přebytečných neutronů.

Efektivita jaderného štěpení a palivo

Zatímco při klasickém hoření získáváme z hmoty jen zcela nepatrný zlomek v ní skryté energie, při jaderném štěpení je to až desetina procenta klidové energie štěpeného jádra. Po technickém zvládnutí jaderné fúze (opak technologie štěpení), bylo by možné z klidové energie slučovaných částic získat téměř jedno procento energie.

Palivem jaderných elektráren v České republice je oxid uraničitý UO2 s uranem mírně obohaceným o štěpitelný izotop 235 (na 2-4 % celkového množství uranu; v přírodním uranu je jen asi 0,7 % izotopu 235).

Podkritický stav

V podkritickém stavu je hustota látky absorbující neutrony tak vysoká, že neutrony vznikající při štěpné reakci jsou plně pohlcovány a nemohou vyvolávat štěpení dalších jader. Reakce zaniká. V praxi k tomuto stavu dochází, chceme-li snížit výkon reaktoru nebo ho odstavit zavedením regulačních a havarijních tyčí s absorbérem neutronů do aktivní zóny reaktoru.

Kritický stav

Nastane-li kritický stav, je hustota absorbéru a paliva taková, že ze dvou až tří neutronů vzniklých při štěpení paliva vždy jen jeden vyvolá další štěpnou reakci. Tomuto stavu odpovídá běžný provoz reaktoru při stálém výkonu.

Nadkritický stav

Dojde-li k nadkritickému stavu, štěpná reakce roste, protože roste i počet neutronů štěpících jádra. Takový stav je nutný pro zvýšení výkonu reaktoru.