Fy – kvarta Yveta Ančincová Řízená jaderná reakce Fy – kvarta Yveta Ančincová

Obsah: Pohled do historie Štěpení uranu 235 Základní složení reaktoru Palivo Moderátor, absorbátor Regulační a havarijní tyče Chladivo Jaderná elektrárna

Perská legenda Objevitel šachů si vyžádal na perském vládci: „Dáš mi jen na první pole šachovnice pouhá dvě obilní zrnka, na druhé pole dvakrát tolik , tak to budeš pořád násobit dvěma, až k poslednímu šedesátému čtvrtému poli.“ Perský šáh se smál, ale jen do doby, než došli do poloviny šachovnice. Tolik obilí v celé své říši neměl. Jedna stará perská legenda vypráví o odměně, kterou si vyžádal objevitel šachů na perském vládci: „Dáš mi jen na první pole šachovnice pouhá dvě obilní zrnka, na druhé pole dvakrát tolik , čtyři zrnka, tak to budeš pořád násobit dvěma, až k poslednímu šedesátému čtvrtému poli.“ Perský šáh se smál, ale jen do doby, než došli do poloviny šachovnice. Tolik obilí v celé své říši neměl. na 64. poli …. na 64. poli …. 3

Obdoba s legendou: štěpení uranu 235 Obdoba s legendou:Principiální schéma jaderné řetězové reakce nobdobuabízí. Neutron naráží na jádro uranu 235, je jím pohlcen a jádro štěpí na dva lehčí prvky. Uvolňuje se obrovská vazební energie přecházející na kinetickou a tepelnou a dva až tři neutrony, které vyvolají štěpení dalších jader a uvolnění dalšího dvojnásobku, event. trojnásobku neutronů. A dáme-li neutronům zelenou, bude z toho atomová bomba. Usměrníme-li počet neutronů na určité hodnotě, dostaneme jaderný reaktor. 4

Enrico Fermi - italský fyzik podílel se na vývoji prvního jaderného reaktoru ( 1942) V roce 1938 získal Nobelovu cenu za fyziku za potvrzení existence nových radioaktivních prvků vytvořených neutronovým ozařováním a objev jaderných reakcí způsobovaných ozařováním pomalými neutrony Emigroval do USA, aby se jeho rodina vyhnula pronásledování ze strany fašistů ( žena byla Židovka) Enrico Fermi Z Wikipedie, otevřené encyklopedie Skočit na: Navigace, Hledání Enrico Fermi ve 40. letech 20. stol. Fermiho patentový nákres neutronového reaktoru Enrico Fermi (29. září 1901 Řím– 28. listopadu 1954 Chicago) byl italský fyzik známý skrze své výzkumy jaderných reakcí. Zabýval se výzkumem beta- a gama- záření, podílel se na vývoji prvního jaderného reaktoru a podílel se na rozšiřování a prohlubování kvantové teorie. Narodil se v Římě jako nejmladší ze tří dětí v rodině železničního zaměstnance. Už od dětství se zajímal o přírodní vědy. Studoval na univerzitě v Pise, kde roku 1922 promoval v oboru fyzika. Od roku 1926 vyučoval teoretickou fyziku na univerzitě v Římě. V únoru se Enrico Fermi dozvěděl o objevu umělé radioaktivity. Koncem března už publikoval první aktivace neutrony uvolňovanými působením paprsků alfa na berylium. Když října 1934 Fermi mezi zdroj neutronů a stříbrnou fólii na zkoušku vložil vosk, indukovaná radioaktivita stříbra se zvýšila stokrát. Srážkami s lehkými atomy vosku se neutrony zpomaily. Cesta k objevu štěpení uranu byla volná. V roce 1938 získal Nobelovu cenu za fyziku za potvrzení existence nových radioaktivních prvků vytvořených neutronovým ozařováním a objev jaderných reakcí způsobovaných ozařováním pomalými neutrony. Poté emigroval do USA, aby se jeho rodina vyhnula pronásledování ze strany fašistů (jeho žena byla Židovka). V USA se podílel na Projektu Manhattan (tento projekt měl za cíl zkonstruovat atomovou bombu). Podle Fermiho je pojmenovaný stý prvek periodické tabulky - fermium - který byl objeven roku 1952. Fermi je délková jednotka užívaná v jaderné fyzice. V USA se podílel na Projektu Manhattan (tento projekt měl za cíl zkonstruovat atomovou bombu). 5

Příroda předběhla lidstvo o dvě miliardy let V roce 1972 francouzští vědci zkoumající vzorky v uranovém nalezišti Oklo v jihovýchodní části Gabunu zjistili, že ve skalních masívech se udržovala štěpná jaderná reakce asi150 000 let. Příroda předběhla lidstvo o dvě miliardy let. S tímto šokujícím zjištěním přišli v roce 1972 francouzští vědci zkoumající vzorky v uranovém nalezišti Oklo v jihovýchodní části Gabunu. Ve skalních masívech se udržovala štěpná jaderná reakce neuvěřitelných 150 000 let. Jak vůbec mohlo dojít k samovolné iniciaci štěpného procesu? Proč jaderná reakce nepřerostla k roztavení ložisek uranu nebo dokonce k jaderné explozi? Aby vůbec mohlo dojít k nastartování řetězové štěpné reakce, muselo být k dispozici dostatečné (kritické) množství uranu 235. Vždyť i u většiny současných energetických reaktorů se musí uranové palivo obohacovat. Ale jak to zvládla příroda? Nebylo to nakonec dílo zaniklé vyspělé civilizace? Řešení této záhady se stalo pro vědce dokonalým rébusem. Nejdříve si všiml jeden francouzský chemik při analýze vzorků uranové rudy z Gabunu, že obsah uranu 235 je podstatně menší, než normálně ruda obsahuje, tj. 0.72 %. To svědčilo o částečném vyhoření uranu v minulosti. Když vědci uvážili poločas rozpadu, musel být před dvěma miliardami let, kdy přírodní reaktory v Oklu pracovaly, obsah uranu 235 v uranové rudě cca 3 %. A to už bylo dostačující množství pro zahájení štěpné reakce. Navíc si přírodní reaktory dokázaly určité množství paliva vyrobit samy. Část neutronů produkovaných při štěpení byla 6

Jaderný reaktor Reaktor je soustava nádob, ve které může probíhat řízená řetězová reakce. Musí odolávat vysokým tlakům, teplotám a intenzivnímu toku neutronů. 7

7. Nosný válec aktivní zóny(šachta) Řez reaktorem Těleso tlakové nádoby Víko tlakové nádoby Řídící tyče Výstup chladící vody Přívod chladící vody Palivové články ( kazety) 7. Nosný válec aktivní zóny(šachta) Přestože k objevu štěpení jader uranu dospěl německý chemik Otto Hahn již v roce 1938, hitlerovské Německo v experimentech nepokročilo "Srdcem" jaderné elektrárny je jaderný reaktor. Jde o zařízení, v němž probíhá štěpná reakce. K hlavním komponentám, které umožňují provoz reaktoru, patří palivo, moderátor, absorbátor a chladivo. První československý výzkumný jaderný reaktor VVR-S v Ústavu jaderné fysiky ČSAV v Řeži po uvedení do činnosti v září 1957 Reaktor je v podstatě veliká nádoba, nebo soustava nádob, která musí odolávat vysokým tlakům, teplotám a intenzivnímu toku neutronů. Reaktor s tlakovou nádobou (používají ho obě české jaderné elektrárny) je vhodný tam, kde je objem paliva přibližně stejně velký jako objem moderátoru. Reaktorová nádoba je vyrobena ze speciální nerezavějící oceli, průměr bývá okolo 7 metrů a výška až 23 metrů. 1. Těleso tlakové nádoby 8

Výzkumný jaderný reaktor LVR-15 Ústavu jaderného výzkumu Řež v Dukovanech Výzkumný jaderný reaktor LVR-15 Ústavu jaderného výzkumu Řež, a. s., svými parametry a vybavením umožňuje multidisciplinární využití ve výzkumu a vývoji nejen vlastním, ale i řadě externích uživatelů. Po obvodu pláště biologické ochrany reaktoru jsou umístěny aparatury výzkumných skupin, které pracují se svazky neutronů vyvedenými z aktivní zóny reaktoru horizontálními kanály. http://abicko.avcr.cz 9

Řez reaktorem podrobněji

Jaderné palivo Má tvar tablety, ve které se nachází uran 238 obohacený uranem 235 Tablety jsou uloženy v palivových prutech Energetický obsah jedné tablety (v reaktoru jsou jich řádově desítky milionů) nahradí 1,6 t hnědého uhlí. Vsázka paliva do reaktoru typu VVER představuje dané množství UO2 ve tvaru válečků (pelet). Ty jsou uloženy v palivových proutcích sdružených do palivových souborů (kazet). Energetický obsah jedné tablety (v reaktoru jsou jich řádově desítky milionů) nahradí 1,6 t hnědého uhlí. Tato energie se z pelety získává v průběhu 4 let. Palivo se vkládá do aktivní zóny reaktoru. Palivové proutky jsou chráněny povlakem ze speciální slitiny, nejčastěji na bázi zirkonia. Tento povlak zaručuje předání tepla z paliva chladivu a zároveň nepropustí radioaktivní štěpné produkty. má tvar tablet Tablety jsou uloženy v palivových prutech Palivové proutky jsou chráněny povlakem ze speciální slitiny, nejčastěji na bázi zirkonia. Tento povlak zaručuje předání tepla z paliva chladivu a zároveň nepropustí radioaktivní štěpné produkty. 11

Regulace - moderátor, absorbátor NEUTRONOVÝ ZDROJ slouží k nastartování reaktoru NNEUTRONY JE TŘEBA ZPOMALIT Jinak se od těžkého jádra uranu většina odrazí MODERÁTOR Zpomaluje neutrony Nejčastěji je to voda,ale i grafit nebo těžká voda

Technologické kanály v reaktoru Pohybují se v nich REGULAČNÍ TYČE Jsou z látky značně pohlcující neutrony V některých jsou HAVARIJNÍ TYČE Slouží k okamžitému zastavení řetězové reakce Mohou se využívat k EXPERIMENTŮM A VÝROBĚ RADIONUKLIDŮ

Jako chladivo se nejlépe osvědčuje Štěpící materiál vyžaduje neustálé ochlazování tak, aby nedošlo k roztavení povlaku jaderného proutku, úniku štěpných produktů a aby byla zajištěna bezpečnost reaktoru. to zajišťuje chladivo, které odvádí teplo tam, kde ho lze využít. Jako chladivo se nejlépe osvědčuje obyčejná voda, těžká voda, oxid uhličitý, helium, sodík a některé soli nebo slitiny.

Reaktor …..shrnutí Jaderný reaktor je soustava, ve které může probíhat řízená řetězová reakce Palivem je nejčastěji obohacený uran ve tvaru palivových prutů Funkci moderátoru(zpomalovače) i chladiva plní v našich reaktorech voda Voda má má velký tlak, na výstupu dosahuje teplot přes 300 stupňů Celsia Výkon reaktoru se řídí regulačními tyčemi V případě havárie se řetězová reakce zastaví havarijními tyčemi

Schéma jaderné elektrárny

Jaderné elektrárny FRANCIE DUKOVANY ČR TEMELÍN ČR FERMI 2 USA