Otevřít hlavní menu

Změny

Odebráno 18 bajtů ,  před 5 lety
m
řádková verze {{Commonscat}}; kosmetické úpravy
| místo = Vídeň
| jazyk = anglicky
}}</ref> a proto se v běžné literatuře i mluvě pod názvem „jaderný reaktor“ téměř výhradně myslí právě tento druh. Patří mezi ně jak reaktory v jaderných elektrárnách, tak reaktory jaderných ponorek i menší výzkumné reaktory pro různé experimenty, výrobu radiofarmak atd.
* [[fúzní jaderný reaktor]] – v tomto reaktoru je jaderná energie získávána pomocí slučování lehkých jader jako [[deuterium]] a [[tritium]]. Tento typ reaktoru se vyvíjí již desítky let a ke komerčnímu využití chybí podle odhadů ještě další desítky let výzkumu. Existuje řada návrhů, jak donutit lehká jádra ke sloučení. Mezi nejrozvinutější lze zařadit například [[Tokamak|Tokamaky]]y.
* [[radioizotopový termoelektrický generátor]] - v tomto reaktoru se jaderná energie získává pomocí přirozeného rozpadu těžkých prvků jako <sup>238</sup>Pu (jde tedy opět o rozpad těžkých jader, ale v tomto případě přirozený). V technické terminologii se pojem „reaktor“ pro toto zařízení běžně nepoužívá. Využívá se především jako dlouhodobý bezúdržbový zdroj elektrické energie o nízkém výkonu u zařízení v odlehlých oblastech, například pro vesmírné sondy.
 
| jazyk = český
}}</ref>
* 2 a více štěpných úlomků - které odnášejí většinu uvolněné jaderné energie (okolo 80% z celkových 200 MeV na jedno štěpení) ve formě energie kinetické. Vlivem zbrzdění těchto úlomků (k tomu dojde ještě v palivu) je kinetická energie přeměněna na energii tepelnou a palivo se tak zahřívá. Štěpné úlomky mají nejpravděpodobnější poměr hmotností 2:3, proto také vzniká po štěpení mnoho <sup>95</sup>Kr a <sup>139</sup>Ba. Ze štěpení může vzniknout v podstatě jakýkoliv izotop všech prvků, které mají nukleonové číslo menší než <sup>235</sup>U (viz obrázek výtěžku ze štěpení).
* 2 až 3 rychlé [[neutron|neutrony]]y - které mají střední kinetickou energii kolem 2MeV (v rozpětí 0 až 10MeV)<ref name="RF1" /> a s jejich pomocí dochází k dalšímu štěpení jader paliva
* [[Záření gama|gama záření]] - které odnáší část energie a v reaktoru je z velké části absorbováno
* [[neutrino|neutrina]] - která v reaktoru zachytit v podstatě nelze a tuto část jaderné energie nelze následně využít
 
Neutrony při svém vzniku ze štěpení mají relativně vysokou energii, která jim jen s obtížemi dovoluje štěpit palivo (záleží na izotopu použitého paliva). Naopak pomalé neutrony, zpravidla nazývané "tepelnými neurony", jsou 235U schopny štěpit s mnohem větší pravděpodobností. Z tohoto neutronově-fyzikálního hlediska dělíme reaktory na:
 
* '''tepelné reaktory''' – převážná část štěpení se uskutečňuje neutrony, které se zpomalily na úroveň rychlosti molekul okolí (tzv. rychlost při teplotě okolí). Pro dosažení účinného zpomalování neutronů se využívá tzv. [[moderátor neutronů]]. Tento typ reaktoru představuje drtivou většinu<ref name="PRIS" /> z komerčně využívaných štěpných jaderných reaktorů.
* '''rychlé reaktory''' – převážná část štěpení se uskutečňuje neutrony o vysoké energii (tzv. rychlé neutrony). Tento typ reaktoru moderátor neutronů nevyužívá, velmi často má pouze malý výkon a zpravidla se využívá pro potřeby výzkumu. Existuje však i několik jaderných reaktorů tohoto typu o vysokém výkonu sloužících pro výrobu elektrické energie nebo odsolování mořské vody (například [[BN-reaktor|BN-600]]).
 
=== Cyklus neutronu v tepelném jaderném reaktorů ===
V generaci "N" nechť je M rychlých neutronů vzniklých ze štěpení. Některé z rychlých neutronů zasáhnou jádra <sup>238</sup>U, které díky své vysoké energii rozštěpí a vznikne tak o M(<math>\epsilon</math>-1) více neutronů a tím jejich celkový počet vzroste na M<math>\epsilon</math>. P<sub>1</sub> část těchto neutronů má takovou rychlost a směr, že i když se srazí s jinými jádry konstrukčních materiálů reaktoru, udrží se v soustavě a mohou teoreticky v budoucnu štěpit. Zbylá část M(P<sub>1</sub>-1)<math>\epsilon</math> ze soustavy vyletěla a je nenávratně ztracena. Neutrony, které se v soustavě udržely, jsou dalšími srážkami zpomalovány na tepelné energie. Při tomto zpomalování musí ale překonat tzv. "rezonanční oblast" <sup>238</sup>U určenou koeficientem "p", což jsou intervaly energie, při kterých srážka neutronu s <sup>238</sup>U téměř výhradně vede k neštěpné absorpci. Počet neutronů, které se úspěšně zpomalí a vyhnou se tak rezonancím je roven M<math>\epsilon</math>P<sub>1</sub>p. Nyní jsou už všechny neutrony v generaci tepelné, část z nich však dokáže během difúze uniknout ze soustavy a zbývá jich pouze M<math>\epsilon</math>P<sub>1</sub>pP<sub>2</sub>, které v reaktoru musí nějakým způsobem zaniknout. Ta část, která se absorbuje v palivu (<sup>235</sup>U i <sup>238</sup>U) je dána koeficientem využití tepelných neutronů, ostatní z nich jsou absorbovány v atomech moderátoru, řídicích tyčí a dalších konstrukčních prvcích. Ze všech M<math>\epsilon</math>P<sub>1</sub>pP<sub>2</sub>f neutronů absorbovaných v palivu pak vznikne M<math>\epsilon</math>P<sub>1</sub>pP<sub>2</sub>f<math>\eta</math> nových rychlých neutronů nové generace "N+1" a cyklus se opakuje.
 
=== Efektivní koeficient násobení ===
Poměr mezi počtem neutronů současné generace M<sub>N</sub> a generace předchozí M<sub>N-1</sub> se označuje ''k''<sub>ef</sub> a nese název '''efektivní koeficient násobení''' či '''efektivní multiplikační koeficient'''.
 
:<math>\Delta k = k_\mathrm{ef} - 1</math>
 
=== Reaktivita ===
Další důležitou veličinou, s níž pracuje kinetika reaktorů, je '''reaktivita reaktoru'''. Obvykle se značí <math>\rho \,</math> a je definována jako relativní přebytek multiplikačního koeficientu, tedy:<ref name="Bečvář_1981" />
:<math>\rho = \frac{\Delta k}{k_\mathrm{ef}} = \frac {k_\mathrm{ef} - 1}{k_\mathrm{ef}} \,</math>
 
Reaktivita je bezrozměrná veličina, která se v praxi vyjadřuje dvěma způsoby:
* Jako běžné desetinné číslo, nebo pomocí podílových jednotek '''[[procento]]''' (10<sup>-2</sup>) nebo '''pcm''' (tisícina procenta, tedy 10<sup>-5</sup>);
* Jako násobek podílu zpožděných neutronů ''β''.<ref group="pozn.">Ne všechny neutrony se při štěpení jádra uvolňují okamžitě. Malá část (pod 1%) vzniká s časovým zpožděním od desetin sekundy až po desítky sekund. Významně však ovlivňují kinetiku reaktoru a umožňují řízení řetězové reakce, aniž by se muselo dosáhnout kritického stavu na okamžitých neutronech, z bezpečnostních důvodů v praxi nepřipustitelného.</ref> V tomto případě se tato bezrozměrná jednotka nazývá '''dolar''' a značí (stejně jako měna) 1 $; podílovou jednotkou je 1 '''cent''' (setina dolaru). ''Reaktor má reaktivitu 1 dolar, je-li kritický na okamžitých neutronech''. Jednotku dolar navrhl kanadsko-americký fyzik [[Louis Slotin]].<ref>WEINBERG, Alvin M.; WIGNER Eugene P. ''The Physical Theory of Neutron Chain Reactors''. Chicago: University of Chicago Press, 1958. S. 595 (anglicky)</ref>
 
== Obecná konstrukce ==
U tepelných reaktorů lze s výhodou využít dobré moderační schopnosti vody, díky čemuž je možné aplikovat vodu jako moderátor i chladivo zároveň. Tyto typy reaktorů (tj. tlakovodní reaktory a varné reaktory) jsou na světě nejpoužívanější. Koncepce reaktorů typu MAGNOX, AGR a RBMK je obecně pokládána za překonanou a nové reaktory tohoto typu již nejsou plánovány.<ref group="pozn.">
Některé reaktory tohoto typu jsou stále v provozu nebo se dostavují po dlouhodobém přerušení výstavby.</ref>
Tento fyzikální stav zajišťuje vhodné prostorové uspořádání všech hlavních součástí reaktoru (palivo, moderátor, chladivo, řídící tyče atd.) Mezi perspektivní reaktory naopak patří např. rychlé množivé reaktory ([[množivý reaktor|FBR]]), vysokoteplotní reaktory ([[HTGR]], [[VHTR]]) a některé další.
 
== Využití ==
[[FileSoubor:Crocus-p1020491.jpg|thumb|Jádro malého reaktoru [[CROCUS]] používaného k výzkumu v [[Švýcarský federální technologický institut v Lausanne|EPFL]] ve Švýcarsku]]
Jaderné reaktory pracující na principu štěpení těžkých jader se uplatnily zejména v energetice. [[jaderná elektrárna|Jaderné elektrárny]] v celosvětovém měřítku vyrábí 19% (2012) elektrické energie. Ale využití reaktorů je širší a lze je shrnout následovně:
 
Na území [[Česko|ČR]] se vyskytuje devět jaderných reaktorů (2013):
* [[Jaderná elektrárna Dukovany]] – 4 reaktory VVER 440, od roku 2012 se celkový instalovaný elektrický výkon zvýšil z původních 1760 [[watt#megawatt|MW]] na 2040 [[watt#megawatt|MW]].<ref>http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jaderna-energetika/je-v-cr.html#je-dukovany</ref>
* [[Jaderná elektrárna Temelín]] – 2 reaktory VVER 1000, od 9/2012 se celkový instalovaný elektrický výkon zvýšil z původních 2000 [[watt#megawatt|MW]] na 2110 [[watt#megawatt|MW]].<ref>http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/jaderna-energetika/jaderne-elektrarny-cez/ete.html</ref>
* [[Centrum výzkumu Řež]] – 2 reaktory: LVR-15 s tepelným výkonem 10 [[watt#megawatt|MW]] a LR-0 s nulovým výkonem (dříve součást [[Ústav jaderného výzkumu Řež|ÚJV Řež]]).<ref>[http://www.cvrez.cz/vyzkumna-infrastruktura/vyzkumny-reaktor-lr-0/ Centrum výzkumu Řež - Výzkumný reaktor LR-0]</ref><ref>[http://www.cvrez.cz/vyzkumna-infrastruktura/vyzkumny-reaktor-lvr-15/ Centrum výzkumu Řež - Výzkumný reaktor LVR-15]</ref>
* [[Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT]] v Praze – školní jaderný reaktor VR-1 (Vrabec) s nulovým výkonem.<ref>[http://reaktorvr1.eu Školní reaktor VR-1]</ref>
| místo = Praha
| jazyk = česky
}}</ref>. Tyto reaktory byly objeveny v oblasti Oklo v [[Gabon|Gabonu]]u v Africe. K závěru, že zde byl nalezen přírodní reaktor, vedly dva důležité fakty, které by jinak nebylo možné vysvětlit.
* V okolních horninách byly nalezeny izotopy prvků, které se jinde v přírodě nevyskytují a lze je získat pouze štěpením ([[Plutonium]]), případně koncentrace těchto izotopů byla zvýšená oproti přírodní koncentraci ([[Xenon]] a [[Neodym]]).
* Koncentrace <sup>235</sup>U byla v uranové rudě nižší, než je přírodní. Muselo tudíž dojít k jeho úbytku vlivem štěpení.
 
== Externí odkazy ==
* {{commonscatCommonscat|Nuclear reactors}}
* [http://proatom.luksoft.cz/jaderneelektrarny/index.php?akce=typyreaktoru Typy reaktorů]
* [http://nuclear.energy.gov/genIV/neGenIV1.html Čtvrtá generace jaderných na nuclear.energy.gov] (anglicky)
1 084 736

editací