Jaderné reaktory a elektrárny
Mgr. Ondřej Jašek, Ph.D., 15.10.2015
Řetězová reakce a její využití
• Stabilního stavu lze dosáhnout rovnováhou mezi počtem
neutronů v současné a budoucí generaci , k
• V reálném systému konečných rozměrů dochází k uniku
neutronů a jejich úbytku v reakcích bez štěpení k=k0w=1
• Pro k=1 definujeme kritické rozměry aktivní zóny, kritické
množství izotopu pro štěpení
• Pro jaderný reaktor s dobou neutronového cyklu t 10-3 s a pro
k=1,01 vzroste počet neutronů za 1s 20 000 x
• Při těchto hodnotách nelze řetězovou reakci stabilně řídit
Časové změny v tepelném reaktoru
• Nestabilní systém s velmi rychlým časovým vývojem se však
využívá v jaderných zbraních
• Pro čisté štěpné materiálu 235U, 239Pu bez absorpce neutronů
jinými izotopy je t 10-8 s
• 1 kg U235 v systému s k=1,1 uvolní energii 20 kT TNT
• 1 tuna TNT 4,184 GJ
• Účinnost systému může být zlepšena umístěním reflektoru
kolem kritického množství, tím lze snížit množství potřebného
materiálu 2-3x
• Materiály vhodné jako reflektor jsou grafit, Be, lehká a těžká
voda
Řetězová reakce a její využití
Řetězová reakce a její využití
• Materiály a jejich kritická množství (poloměry koulí tohoto
množství):
• 233U 16 kg 6 cm
• 235U 48 kg 8,5 cm
• 239Pu 17 kg 6 cm
• Přírodní složení uranu: 238U 99,28 %, 235U 0,741 %, 234U 0,006
%
• Obohacovaní – energetický do 5 %, několik desítek procent –
vojenský
• Centrifugování, difúze, laserová excitace s elektrostatickým
oddělením
Účinný průřez pro různé energie neutronů
E=2 MeV
http://thorea.wikia.com/wiki/Thermal,_Epithe
rmal_and_Fast_Neutron_Spectra
Účinný průřez pro štěpení jader neutrony