Jak funguje jaderná elektrárna?
Pokud isotop uranu { }^{235} \mathrm{U} ozáříš proudem volných neutronů, vznikne isotop { }^{236} \mathrm{U}. Ten je velice nestabilní a okamžitě se rozpadá na dva další nuklidy. Existují dvě možnosti:
Možnost 1:
{ }_{92}^{235} \mathrm{U}+{ }_{0}^{1} \mathrm{n} \rightarrow{ }_{92}^{236} \mathrm{U} \rightarrow{ }_{36}^{89} \mathrm{Kr}+{ }_{56}^{144} \mathrm{Ba}+3 \cdot{ }_{0}^{1} \mathrm{n}
Možnost 2:
{ }_{92}^{235} \mathrm{U}+{ }_{0}^{1} \mathrm{n} \rightarrow{ }_{92}^{236} \mathrm{U} \rightarrow{ }_{38}^{90} \mathrm{Sr}+{ }_{56}^{144} \mathrm{Xe}+2 \cdot{ }_{0}^{1} \mathrm{n}
Jak vidíš, při první možnosti vznikají tři volné neutrony, při druhé dva. Nuklidy, které zůstanou po rozpadu uranu { }^{236}U se dále rozpadají a vyzařují při tom záření \beta a γ . Obzvláště kvůli záření γ se tato reakce musí odehrávat v dobře odstíněném reaktoru.
Při reakci vzniká obrovské množství energie (asi 200 \cdot 10^{6} \mathrm{eV} [čti elektronvolt]; 1\mathrm{eV}=1,602\cdot10^{-19}J, tato jednotka se často používá ve fyzikální chemii, protože v Joulech by vycházely nízké a nepraktické hodnoty) a vzniklé nuklidy se ve veliké rychlosti srážejí s okolními atomy, čímž se uvolňuje hodně tepla. Toto teplo způsobuje vypařování vody, vodní pára pohání turbínu, a ta vyrábí elektřinu.
Neutrony, které se při reakci uvolní, se pak mohou srážet s dalšími jádry { }^{235} \mathrm{U}, což vede k řetězové reakci.
V jaderné elektrárně jsou uvolněné neutrony zachycovány tyčemi z boru a kadmia, které jsou zasunovány do štěpného materiálu (tj. jaderného paliva). Z každé reakce tak uniká pouze jeden neutron, který štěpí další atom uranu a reakce je pod kontrolou.
V atomové bombě naopak neutrony štěpí stále více jader uranu, čímž se uvolňuje nekontrolovatelné množství energie a dochází k mohutné explozi.
K tomu, aby došlo k řetězové reakci, je potřeba, aby bylo jaderné palivo velmi čisté, jinak by se uvolněné neutrony mohly srážet s atomy nečistot, což by reakci brzdilo.