Materiał rozszczepialny - Polski Serwis Naukowy

Materiał rozszczepialny - materiał zawierający jądra atomowe, które w wyniku zderzeń z neutronami ulegają łatwemu rozszczepieniu z emisją nowych neutronów w wyniku rozszczepienia, np. uran U, uran U, pluton Pu.

Materiały rozszczepialne stosuje się jako jako paliwo jądrowe w reaktorach jądrowych i do budowy bomb jądrowych.

Nuklidy rozszczepialne

Rozszczepialne nuklidy ulegające rozszczepieniu przez neutrony termiczne:

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje jądrowe; na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki (rok 2011) są to przede wszystkim reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Reakcje te mają charakter łańcuchowy - produkty reakcji (w tym głównie neutrony) mogą zainicjować kilka następnych. Aby uniknąć lawinowego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony. Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych (służących do normalnej regulacji parametrów reakcji) oraz prętach bezpieczeństwa (stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora). Substancjami używanymi do pochłaniania neutronów termicznych są m.in. bor i kadm, natomiast jako moderatorów używa się m.in. berylu, grafitu, a także wody, pełniącej równocześnie rolę chłodziwa.

Elektronowolt (eV) – jednostka energii stosowana w fizyce. Jeden elektronowolt jest to energia, jaką uzyskuje elektron, który jest przyspieszany napięciem równym 1 woltowi:

Uran-235 – występuje przyrodzie w uranie naturalnym,

Pluton-239 – syntetyczny, uzyskiwany z uran-238 przez wychwyt neutronu,

Pluton-241 – syntetyczny, uzyskiwany z pluton-240, poprzez wychwyt neutronów,

uran-233 – syntetyczny uzyskiwany z tor-232, poprzez wychwyt neutronów.

Nuklidy rozszczepialne w nie zawsze ulegają rozszczepieniu w wyniku absorpcji neutronów. Szansa na rozszczepienie jest zależna od nuklidu, jak również energii neutronu. Dla małych i średnich energii neutronów, przekroje czynne na pochłonięcie neutronu wywołujące rozszczepienie (σF), przekrój na wychwyt neutronów z emisją gamma (σγ), oraz odsetek nierozszczepialnych absorpcji są w tabeli po prawej stronie.

Broń jądrowa – rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej wewnątrz jądrową energię wydzielaną podczas łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu - broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodoru - bomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Dzięki istnieniu tej broni powstało przekonanie o możliwości pokonania przeciwnika bez użycia ogromnych armii, do zadania dużych zniszczeń na obszarze przeciwnika wystarczy samolot bombowy, pocisk artyleryjski lub rakieta przenosząca atomowe głowice bojowe.

Materiał paliworodny - materiał zawierający jądra atomowe, które w wyniku zderzeń z neutronami przekształcają się w izotopy rozszczepialne, np. uran U, tor Th.

Nuklidy, z których powstają nuklidy rozszczepialne nazywane są paliworodnymi. Przykładami ich są Uran-238, Pluton-240, tor-232. Uran-238 i tor-232 ulegają rozszczepieniu w wyniku bombardowania neutronami o energii większej niż 1 MeV dlatego także, pomimo małego przekroju czynnego na rozszczepienie, bywają zaliczane do nuklidów rozszczepialnych.

Paliwo jądrowe jest to substancja zawierająca materiał rozszczepialny wykorzystywana do uzyskiwania energii w reaktorach jądrowych. Zawiera najczęściej wzbogacony uran (tj. uran charakteryzujący się większą od naturalnej względną zawartością izotopu U, mieszczącą się w granicach od kilku do 90%), w różnych formach fizyko-chemicznych: jako ciało stałe (tlenek, węglik, stop metaliczny, metal; w postaci prętów, pastylek itp.), w postaci ciekłej (jako roztwór siarczanu, lub azotanu uranylu), lub jako gaz (sześciofluorek uranu). Drugim materiałem wykorzystywanym jako paliwo jądrowe jest izotop plutonu Pu. Rodzaj paliwa dopasowany jest do danego typu reaktora. Paliwo powinno składać się z materiałów, które w czasie pracy reaktora nie reagują między sobą ani z chłodziwem.

Zobacz też

Materiał paliworodny

Przypisy

G Ackerman: Eksploatacja elektrowni jądrowych. Warszawa: WNT, 1987.
Interactive Chart of Nuclides
Podstawy fizyki reaktorów jądrowych. [dostęp 2011-04-12].

Bibliografia

Stanisław Góra: Elektrownie jądrowe. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978, s. 41.