Štěpení atomu a řetězová reakce Zuzana Grohmannová Jaroslav Aguilar Mariano Aguilar Ondřej Bouček

Štěpení atomu Uran je kov sloužící jako palivo pro většinu jaderných elektráren. Používá se zvláštní izotop uranu, zvaný U-235, který má v jádru 235 nukleonů. Narazí-li do takového jádra neutron, rozštěpí se jádro na dvě menší jádra. Při tomto pochodu vzniká neviditelné záření, tzv. paprsky gama, a z rozbitého jádra vyletí vysokou rychlostí dva až tři neutrony. Tyto neutrony mohou rozštěpit jiné atomy U-235 a uvolnit z jejich jader energii a další neutrony, takže štěpení jader pokračuje. Takový proces se nazývá řetězová reakce. good

Jaderné štěpení je zvyklé na energii produkce pro jadernou energii a k explozi pohonu nukleárních zbraní. Štěpení je užitečné jako zdroj energie protože některé materiály jako jaderná paliva, tvoří neutrony jako součást procesu štěpení a také podstupují odjištěné štěpení když narazí volný neutron. Jaderná paliva mohou být dílem nepřetržité řetězové reakce, která uvolní energii v kontrolovaném poměru v nukleárním reaktoru nebo velmi rychlé nekontrolované míře v jaderné zbrani.

Druhy štěpení spontánní štěpení indukované štěpení samovolné štěpení

Štěpení

Rozlišujeme tři stupně multiplikačního faktoru k k < 1 – podkritický – bez vnějšího zdroje neutronů ustane → urychlovačem řízené transmutory (jaderné přeměny) – vnější zdroj neutronů k = 1 – kritický – může probíhat řízená řetězová reakce → jaderné reaktory k > 1 – nadkritický – neřízená (lavinovitá) řetězová reakce → jaderné bomby

Otto Hahn Otto Hahn byl německý fyzikální chemik, žijící v letech 1879 - 1968. Je objevitelem několika transuranů(chemický prvek hned za uranem) 1905 - 1917, obdržel Nobelovu cenu za chemii v roce 1944 spolu s Lise Meitnerovou (1878 - 1968) a Fritzem Strassmannem (1902 - 1980) za objev štěpení jádra uranu neutrony z roku 1937. Hahn spolu s dalšími německými atomovými fyziky protestoval proti zneužití objevu během druhé světové války (Gottingenským manifestem z roku 1957 fyzici odmítali jakkoli se účastnit přípravy jaderných zbraní).

Řetězová reakce Jeden ze způsobů spalování jaderného paliva je řetězová samoudržující se reakce. Základem řetězové reakce jsou exotermické reakce, které jsou iniciovány nějakou částicí a při těchto reakcích vznikají druhotné částice. Tyto druhotné částice opět iniciují další reakce, ty opět další a tak dále do té doby, než dojde k přerušení řetězce po sobě jdoucích reakcí v důsledku ztráty částice - nositele procesu. Základní příčiny ztrát částic jsou dvě: absorpce(pohlcování) částice bez emise(vyslání,vydání) druhé a únik částice za hranice látky, v níž probíhá řetězová reakce. Jestliže při každé reakci vznikne pouze jedna druhotná částice, pak se řetězová reakce nazývá nerozvětvená. Taková reakce nemůže být samoudržující. Jestliže se v každé reakci objeví více než jedna částice, vzniká rozvětvená řetězová reakce, neboť jedna z druhotných částic pokračuje v původním řetězci a ostatní částice zakládají nové řetězce, které se znovu větví. Rozvětvená řetězová reakce je znázorněna na obrázku 11.

Enrico Fermi Italský fyzik Enrico Fermi se narodil 29. září 1901 v Římě. V roce 1938 získal Enrico Fermi Nobelovu cenu za objev umělých radioaktivních prvků vyrobených neutronovým ozářením. Na chicagském stadionu Enrico Fermi poprvé uskutečnil kontrolovanou řetězovou reakci (2. prosince 1942). Jako jeden z mnoha známých fyziků se v Los Alamos podílel na výrobě atomové bomby - Projekt Manhattan Enrico Fermi zemřel 29. listopadu 1954 v Chicagu.

Enrico Fermi