Reakcje jądrowe

Jak wiecie z ostatniej lekcji reakcjami jądrowymi nazywamy reakcje w których na skutek trafienia jądra przez jakąś cząstkę dochodzi do zmian tego jądra.

Przykładem reakcji jądrowej jest reakcja rozszczepienia , czyli rozpad promieniotwórczy jądra, który zachodzi, gdy przyłączymy do niego neutron. W wyniku tej reakcji powstaną min. 2 lub więcej porównywalnych co do wielkości części, które mogą charakteryzować się promieniotwórczością i skłonnością do powodowania kolejnych rozszczepień.

Pierwiastkiem z którego po rozszczepieniu jądra powstają neutrony i zaczynają powodować kolejne rozszczepienia jest np. uran. Jego promieniotwórczy izotop o masie atomowej 235 unitów i liczbie atomowej 92 unity ulęgając reakcji rozszczepienia tworzy właśnie tzw. "lawinę rozszczepień”. Przyglądając się lawinie rozszczepień można rozróżnić "pokolenia” rozszczepień, a w każdym kolejnym liczba neutronów jest 2 razy większa.

Masa krytyczna to najmniejsza masa próbki materiału, w której może się rozwinąć jądrowa reakcja łańcuchowa. Masa krytyczna zależy m. in. od: rodzaju i kształtu materiału, zawartości materiału w próbce, kształtu próbki.

Gdy masa próbki gwałtownie przekroczy wartość krytyczną nastąpi eksplozja, wydostanie się fala uderzeniowa, a także silne promieniowanie cieplne i jądrowe, posiadające zdolność przemieszczania się z powietrzem. Na tym właśnie polega działanie bomby jądrowej, którą posiada obecnie wiele państw świata. ( Polska nie, ale np. Chiny, Francja, W. Brytania, USA, Rosja Białoruś, Ukraina, Indie i Pakistan)

Reaktor jądrowy to urządzenie, w którym zachodzi kontrolowana, samopodtrzymująca się łańcuchowa reakcja rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich. W wyniku reakcji rozszczepiania jądra w rdzeniu reaktora jądrowego wytwarza się promieniowanie jądrowe (gł. neutrony i promieniowanie gamma) oraz ciepło. Produktami używanymi w reaktorach jądrowych są specjalnie wzbogacane izotopy metali ciężkich np. U.

Schemat reaktora jądrowego

Zimna woda wpływa do wnętrza reaktora i ulega gwałtownemu ogrzewaniu pod wpływem energii powstałej w reakcji rozszczepienia jądra pierwiastków promieniotwórczych, która poprzez zjawisko indukcji przedostaje się do opływającej pręty paliwowe wodę. Woda zamienia się w parę, która następnie obraca turbiny generatora energii elektrycznej.
Najważniejsze procesy zachodzące w reaktorze jądrowym mają miejsce w elementach paliwowych, przedstawionych na rysunku w postaci szarych prętów umieszczonych w wodzie pomiędzy prętami sterującymi. To w nich zachodzą reakcje rozszczepienia i produkuje się energia jądrowa.

Pręty sterujące służą głównie zapewnieniu bezpieczeństwa. Wykonane z materiałów silnie pochłaniających neutrony, np. kadmu, wsuwane są do wody między pręty paliwowe, aby uregulować moc reaktora, zapoczątkować jego rozruch lub go wyłączyć.

Zimna woda w której umieszczone są właśnie pręty paliwowe pełni rolę moderatora, czyli spowalnia neutrony, tak aby mogły wywołać kolejne rozszczepienia. Woda pełni bardzo ważną rolę ponieważ opływając pręty paliwowe ogrzewa się i zamienia w parę, która obraca turbiny generatora energii elektrycznej. Dlatego, też głównie ze względów oszczędnościowych, elektrownie jądrowe buduje się głównie przy dużych rzekach.

Blaski i cienie elektrowni jądrowych:
• mniejsze zużycie paliwa od tradycyjnych elektrowni
• awarie w elektrowniach jądrowych
• elektrownie jądrowe są alternatywą dla tradycyjnych elektrowni, a przecież kiedyś może zabraknąć węgla
• odpady powstałe w elektrowniach jądrowych są bardzo szkodliwe, dlatego, też należy je odpowiednio składować

Powyżej przedstawiony tekst został użyty przeze mnie jako materiały pomocnicze do przygotowania lekcji z fizyki na temat reakcji jądrowych. Przedstawione zostały tu najważniejsze elementy z tego rozdziału, z odrobiną rozszerzenia. Mam nadzieję, iż być moze okażą się one pomocne również komuś. W miarę ciekawie został omówiony temat i był dość dobrze zrozumiały dla moich odbiorców, sądzę więc, że może on także przydać się komuś do nauki.