Jaderné reakcie

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: rox85
Typ práce: Referát
Dátum: 06.04.2009
Jazyk: Čeština
Rozsah: 710 slov
Počet zobrazení: 3 472
Tlačení: 335
Uložení: 372
Praktické!
Při jaderných reakcích se uvolňuje obrovské množství energie. Energeticky významné jsou štěpné jaderné reakce, při nichž se nuklid štěpí účinkem neutronů tak, že se uvolní větší počet neutronů, než kolik se na štěpení spotřebovalo. Tuto vlastnost mají nuklidy 235U a 239Pu, používané jako jaderné palivo. V jaderném reaktoru probíhají.

Jaderná reakce štěpení uranu je řetězová. Každý uvolněný neutron může štěpit další atom uranu nebo plutonia a uvolní se při tom další neutrony. Štěpením 235U o hmotnosti 1 kg se uvolní energie přibližně 8 . 1013J, což odpovídá energii uvolněné hořením uhelného paliva a hmotnosti 3000 tun.

Více než 99% přírodního uranu tvoří izotopy 238U a méně než 1% izotop 235U. Pravděpodobnost, že jakýkoliv neutron (rychlý nebo pomalý) způsobí štěpnou reakci, je mnohem větší pro 235U. Aby řetězová reakce mohla pokračovat, musí být rychlé neutrony zpomaleny. Při řízené reakci v jaderném reaktoru se zpomalení dosáhne pomocí moderátorů. Moderátor je látka, která rychlé neutrony v pružných srážkách zbrzdí a zmenší jejich energii, aniž by je pohltila. Tuto schopnost mají jádra prvků malých hmotností, např. 11H, 21H (D) a 126C. Proto se jako moderátor používá zejména lehká voda H2O, těžká voda D2O a grafit.

Jako jaderné palivo se nejčastěji používá obohacený uran (obsahuje 3 - 4% izotopu 235U). Obohacení se provádí složitou technologií, např. dělením plynného 238UF6 od 235UF6 difuzí. Nuklidy 233U, 239Pu, 241Pu se připravují v jaderných reaktorech.

Průběh štěpné reakce a kontrola optimálního počtu neutronů se řídí kontrolními tyčemi z materiálů silně pohlcujících neutrony (B, Cd), které se zasazují mezi palivové články do štěpné aktivní zóny reaktoru. Jaderným palivem (válečky UO2, směsného oxidu UO2/PuO2 nebo kovového uranu) jsou palivové pruty, vkládané ve svazcích do palivových článků. Jejich soubor, tzv. aktivní zóna, je umístěn v tlakové nádobě a je omýván chladivem, které může být zároveň i moderátorem. Chladivo (např. H2O, D2O, CO2, kapalný Na) předává teplo získané z jaderné reakce ve výměníku  a vrací se zpět.

Jaderné reaktory se podle energie (rychlosti) neutronů vyvolávajících štěpení dělí na reaktory tepelné (moderátor), reaktory rychlé či množivé (bez moderátoru), v nichž štěpením vznikají nové štěpné materiály (233U).
Podle účelu se rozlišují reaktory výzkumné (k výrobě umělých radionuklidů - 6027Co) a reaktory energetické, v nichž se teplo uvolněné z jaderné reakce v jednom nebo dvou okruzích zpravidla pomocí vodní páry přeměňuje v turbogenerátoru ne elektrickou energii. Teplota vody na výstupu z reaktoru dosahuje přibližně 320°C.

Závažným problémem je zpracování a uložení vyhořelého paliva (jaderného odpadu), které je vysoce radioaktivní a také jedovaté. Proto se uzavírá v pevném stavu do betonových, skleněných nebo bitumenových bloků, které se zpravidla shromažďují v meziskladu a pak se ukládají v geologicky vhodném prostředí, které má zajistit, aby jaderný odpad neohrožoval okolí.

Baterie radionuklidů
se používají jako zdroje energie v kosmických sondách a družicích. Oxid plutoničitý 238PuO2, slisovaný do tablet, se zahřívá vlastní absorpcí záření na teplotu více než 1000°C. Teplo rozžhavených tablet lze přeměnit na elektrickou energii. Neřízená řetězová reakce s lavinovitým štěpením probíhá při výbuchu jaderné pumy. Používají se při ní stejné nuklidy jako v jaderných reaktorech. Jako štěpná látka slouží čistý 235U nebo 239Pu. Po překročení tzv. kritické hmotnosti (u kovového U 50 kg, u Pu 15 kg) dochází k samovolné řetězové reakci. Jaderná puma s náloží 1 kg 238U odpovídá náloži 20000 tun TNT. Teplota při výbuchu dosahuje řádově 107°C a výbuch je doprovázen nejrůznějšími druhy záření velké intenzity.

Principem jaderné pumy
je náhlé uvolnění velkého množství energie ve formě elektromagnetického záření pestré palety vlnových délek a kinetické energie vzniklých částic. Výbuch sám (tvar hřibu)  je docela efektní. V nepatrném okamžiku se uvolní ohromné množství energie, které zbytek nálože odpaří a promění v plazma o teplotě několika milionů kelvinů. Navenek se to projevuje jako jasná a rozpínající se koule ohně, šířící kolem sebe tlakovou vlnu ničící vše živé i neživé a zametající zemský povrch. Tlakovou vlnu předchází vlna světelná a tepelná, které trvají několik sekund a způsobují oslepnutí a až smrtelné popálení nechráněných osob. Jsou provázeny radiovým zářením, zářením g a neutrony. Radiový a magnetický impuls působí poškození elektroniky, radiační vlna působí silně ionizačně. Ionizační záření vyvolává fragmentaci molekul, denaturaci bílkovin, štěpení aminokyselin a vznik amoniaku a sulfanu, vznik vodíku a kyslíku z vody, inaktivaci enzymů atd. Sekundárním důsledkem jaderného výbuchu je radioaktivní zamoření rozsáhlého prostoru.  Bezesporu je jaderná puma velmi strategickou zbraní, která může znamenat hrozbu pro celé lidstvo.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Kľúčové slová

Vyhľadaj ďalšie vhodné študentské práce pre tieto kľúčové slová:

#izotopy


Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.013