Štěpení jader

Když se jádro atomu rozštěpí, části, které tím vzniknou se od sebe rozletí velkými rychlostmi. Kinetická energie (energie pohybu) těchto částí je zdrojem
tepla, které lze využít v elektrárnách. Může se však zneužít pro ničivé účely v atomové bombě.
Základem využití jaderné energie v elektrárnách je řetězová štěpná reakce
jaderného paliva. Řetězová reakce probíhá tak, že se část rozštěpeného jádra atomu srazí s jiným jádrem, rozštěpí ho na části, které vyvolají štěpení dalších jadera reakce se tímto způsobem šíří dál. Štěpení radioaktivního jádra uranu lze provést tak, že se jádro bombarduje částicemi atomu. K tomuto účelu je velmi vhodný neutron, protože nemá žádný náboj a není tudíž odpuzován jádrem.
Když se neutron srazí s jádrem izotopu Uyranu 235 (jádro má 92 protonů a 143 neutronů), jádro uranu se rozštěpí na dvě přibližně stejně velké části a dva nebo tři volné neutrony, ty vylétají z jádra s takovou energií, že rozštěpí další dvě nebo tři jádra uranu a tím je na řetězová reakce.
V atomové bombě se veškerá tepelná energie této řetězové jaderné reakce
uvolní během zlomku sekundy v podobě nesmírně ničivého výbuchu. V jaderných
elektrárnách je řetězová reakce řízena tak, aby se tepelná energie uvolňovala
postupně. Jaderným palivem potřebným k reakci je čistý uran 235 nebo plutonium 239. Oba tyto izotopy jsou štěpné, to znamená, že se při srážce rozpadají.
Zpomalení řetězové reakce se v jaderných elektrárnách dosahuje tím, že se jako jaderné palivo používá směs štěpného izotopu uranu 235 a mnohem hojněj- šího, ale i o mnoho stabilnějšího izotopu uranu 238.
Přírodní uran nacházející se v zemi obsahuje na každých 1000 atomu uranu 238 přibližně jen 7 štěpných atomů uranu 235. Proto je uran 235 jedním z nejcenějších izotopů na zemi.
V přírdním uranu není možnéřetězovou reakci uskutečnit. Musí se v něm zvýšit procento atomů izotopu uranu 235 a nebo k němu přidat plutonium 239 -
- teprve pak je možné zahájit reakci. Tomu se říká obohacování přírodního paliva.
Existují různé typy jaderných reaktorů. Rychlým reaktorům se říká rychlé proto, protože se štěpný proces vyvolává nezpomalenými, rychlými neutrony. Jaderné palivo však musí být vysoce obohaceno o Uran 235 a příprava takového paliva není jednoduchá. Proto se mnohem častěji v současné době používají tepelné reaktory, které pracují na jiném principu. Jaderné palivo je v nich obklopeno tzv. moderátorem (je to například grafit nebo voda), který rychlost pohybu neutronů vznikajících v průběhu řetězové reakce zpomaluje. Neutrony zpomalujeme protože rychlé neutrony jsou při srážkách se stabiními izotopy uranu 238 pohlcovány, ale pomalu ne. Působením moderátoru se rychlé neutrony zpomalují, a tak se na štěpení Uranu 235 může podílet více pomalých neboli tepelných neutronů. Při tomto procesu se uvolňuje obrovké množství tepla.
Teplo vznikající v aktivní zóně jaderného reaktoru (ta obsahuje uranové palivo a moderátor) zahřívá teplonosnou kapalinu zvanou chladivo, která ve vý- měníku tepla vytváří z vody páru. Chladivo se značně zahřeje a uvádí do varu vodu. Vzniklá pára se použije stejně jako v parních elektrárnách, k otáčení tur- bíny, která pohání generátor na výrobu elektrické energie. Perspektivním zdro- jem budoucnosti jsou rychle množivé reaktory, v nichž se uvolňuje nejen jaderná energie, ale navíc se neštěpitelný uran 238 přeměňuje na štěpitelné jaderné palivo plutonium 239.