Uran v reaktorju


    Zakaj v jedrskem reaktorju uporabljajo 235U, ki ima zelo dolg razpolovni čas in ne na primer 24Na, ki ima razpolovni čas le 15 ur?  kvarkadabra.net

    Izbira goriva v jedrskem reaktorju ni odvisna od razpolovnega časa radioaktivnih elementov. Načeloma sploh ni potrebno, da bi bilo gorivo jedrskega reaktoja radioaktivno!

    Razpolovni čas radioaktivnega elementa pove, v kolikšnem času razpade polovica te snovi. Ker se pri vsakem radioaktivnem razpadu sprosti nekaj energije, se radioaktivne snovi res lahko segrejejo. Ta način pridobivanja energije izkoriščajo v vesoljskih sondah, ki letijo daleč stran od sonca. Tam je svetlobni tok že tako šibek, da s fotocelicami ne morejo več generirati zadosti energije, da bi omogočili delovanje plovila. Ena od znanih sond, ki na svojem krovu nosi nekaj kilogramov plutonija in izkorišča toploto, ki nastaja pri njegovem radioaktivnem razpadu, je sonda Galileo. Z njo so raziskovali planet Jupiter in sistem njegovih lun. Naj omenim še to, da elementi s kratkim razpolovnim časom kot 24Na niso primerni za take namene. Tako kratek razpolovni čas pomeni, da se aktivnost in z njo tudi sproščena toplota zelo hitro zmanjša. Pri 24Na že po slabem tednu količina sproščene toplote pade na 1/1000 začetne. Ker naj bi sonda delovala več let, je jasno, da se tudi aktivnost goriva ne sme bistveno spremeniti v nekaj letih, torej mora biti razpolovni čas vsaj nekaj desetletij.

    V običajnem jedrskem reaktorju izkoriščamo energijo, ki se sprošča ob jedrskih reakcijah, pri katerih jedro goriva zajame nevtron in se nato razcepi na dve manjši jedri. Pri tem se sprosti sorazmerno velika količina energije in kar je prav tako pomembno – nastanejo 2 do 3 novi nevtroni, ki lahko prožijo nove jedrske reakcije. Iz enega atoma goriva in enega nevtrona tako dobimo dve manjši jedri (žal sta običajno radioaktivni, kar nam povzroča velike preglavice pri shranjevanju jedrskega pepela), nekaj energije in dva nova nevtrona. Nevtrona spet sprožita reakcijo, dobimo še nekaj energije in 4 nevtrone. In tako naprej… sprožili smo verižno reakcijo, ki se vzdržuje sama in poleg tega sprošča vedno večje količine energije. Ob tem je pomebno, da ima gorivo dovolj velik presek (verjetnost) za razcep ob sprejetju enega nevtrona. To velja na primer za 235U in ne za 238U, ki ga je v naravi največ (kar 99.27%). Zato je uran v reaktorju navadno obogaten (povečan delež izotopa 235U).

    Ob izbiri pravega goriva torej dobimo verižno rekacijo, kar je prvi korak k jedrski bombi. Ker pa želimo sproščeno energijo uporabiti v bolj konstruktivne namene, moramo verižno reakcijo kontrolirati. To v jedrskem reaktorju počnejo z borovimi palicami, ki absorbirajo nevtrone. Če jih izvlečejo iz reaktorske sredice, se bo število nevtronov, ki lahko prožijo jedrske reakcije, povečevalo in moč reaktorja bo naraščala. Kadar porinejo palice nekoliko globje v sredico, ustvarijo situacijo, v kateri od nastalih dveh nevtronov en nevtron absorbira palica, en nevtron pa ponovno sproži reakcijo. Reaktor sedaj deluje s konstantno močjo, saj iz enega nevtrona na koncu dobimo le en nevtron, ki lahko proži nove reakcije. Če palico potisnejo še globje v sredico, v povprečju absorbira toliko nevtronov, da po reakciji v povprečju ostane manj kot en nevtron. V tem primeru se moč reaktorja manjša in na koncu reaktor ugasne. Na tem mestu omenimo, da radioaktivni elementi, ki nastanejo pri cepitvi jeder, sevajo tako močno, da je treba reaktorsko sredico hladiti kljub temu, da se je verižna reakcija že ustavila.

    Ostale strani na Kvarkadabri:
     Kako deluje jedrski reaktor?
     Demonstracija delovanja jedrske centrale

    (Tadej Mali)