V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
■ Absorbce neutronů
Pro dosažení hodnoty multiplikačního faktoru k=1 potřeba přebytek neutronů (který jinak vyvolal
http://astronuklfyzika.
Můžeme představit analogii pingpongového míčku jako neutronu, dalšího míčku jako lehkého jádra a
kulečníkové koule jako těžkého jádra. Nejprve uvedeme
obecný popis reaktoru, vztahující především klasický reaktor štěpící 235U zpomalenými neutrony
(obr.2008 12:13:33]
. Pomalé neutrony mohou být při opakovaném
těsném průletu kolem jader přitaženy jadernými silami účinně vnikají jader způsobují další štěpení.RNDr.: První pokusný jaderný reaktor, "atomový milíř" CT-1 složený uranu, grafitového moderátoru kadmiových
řídících tyčí ručně posunovaných, zkonstruoval E. Při
multiplikačním faktoru menším než reakce zaniká, při rovnovážně udržuje, při větším než 1
roste počet štěpících jader lavinovitě doby, než nějakých důvodů faktor nabude hodnoty
k<1; pokud tak zavčas nestane, reakce nabude explozívní charakter.1.htm (14 34) [15. 1. Při nárazu letícího míčku jiného (stojícího) míčku předána více jak
polovina energie, zatímco při nárazu kulečníkové koule tato sotva pohne místa míček odrazí téměř
původní hodnotou kinetické energie.3 Jaderné reakce
b) Zajistit řízení počtu neutronů pomocí vhodných absorbátorů tak, aby štěpná reakce probíhala
požadovanou intenzitou.cz/JadRadFyzika3.
Nejúčinnějším moderátorem tedy vodík, který bohatě obsažen vodě.
Řízení počtu neutronů udržujících chodu štěpnou reakci provádí dvou etapách:
■ Moderace neutronů
Neutrony emitované při štěpení, které mají většinou poměrně vysoké energie průměru asi
1,5MeV), zpomalují "tepelnou" energii cca 2,5eV interakcí látkami nízké jaderné
hmotnosti tzv.3.
*) Pozn. moderátory, aby tyto neutrony zůstaly dostatečně dlouho zachovány reakčním
prostoru pro uskutečnění dalšího štěpení dostatečně velkým účinným průřezem. neutronový multiplikační faktor (zvaný též
koeficient rozmnožení neutronů byl již použit výše při obecném rozboru dynamiky řetězové štěpné reakce).
O dynamice štěpné reakce rozhoduje poměr mezi průměrným počtem nově vzniklých neutronů a
počtem neutronů spotřebovaných pro štěpení (neboli poměr mezi počtem neutronů následující
generace počtem neutronů předcházející generace) tzv.Fermi svými spolupracovníky r.
Pozn. těchto hledisek vhodným
moderátorem voda těžká voda, uhlík (grafit), berylium (nikoli ale bór, který neutrony účinně pohlcuje).10. Vojtěch Ullmann: Jaderná radiační fyzika.
Řízená řetězová reakce
štěpení jader (především 235U) probíhá složitém zařízení zvaném jaderný reaktor *).1942 suterénu pod tribunou
stadionu Chicagu.
*) Rychlé neutrony při průletu mezi jádry 235U neměly dost času, aby účinně vstoupily jader mohly tak
vyvolat další štěpení) vyletěly většinou reakčního prostoru ven. Moderátor tedy tím, neutrony zpomaluje, vrací do
reakce napomáhá tak udržení řetězové štěpné reakce.: Rychlých, tj.
Jako moderátory jsou vhodné takové látky, jejichž jádra mají vysoký účinný průřez pro pružné
srážky neutrony, přičemž dochází dostatečně velké ztrátě energie neutronu jednu srážku.4); alternativní řešení budou uvedena níže.
Dalším požadavkem je, aby tato látka málo absorbovala neutrony. Kromě
toho, pokud štěpným materiálem směs uranu 235 238, středně rychlé neutrony jsou radiačně zachycovány
jádry 238U tím pro další reakce ztrácejí, zatímco pomalé (tepelné) neutrony jader 238U téměř nevstupují,
avšak jader 235U ochotně vstupují způsobují štěpení. nezpomalených (nemoderovaných) neutronů využívá perspektivních FBR reaktorech 238U, viz níže.
*) Naopak při srážce neutronu těžkým jádrem dojde odrazu kinetická energie neutronu změní jen málo.
Účinnými moderátory jsou tedy látky obsahující lehká jádra, neboť podle zákona zachování
hybnosti energie při pružné srážce neutronu lehkým jádrem předána největší energie*)
