|
V pohádce Císařův pekař je
vtipně naznačena výroba slivovice, ale i štěpení atomu. Je to ve scéně, kde jde
císař Rudolf II. ukázat magistru Kellymu svoji vyhlášenou alchymistickou
kuchyni:
Jan Werich: „Výroba zlata ze švestek.
Vysvětli magistru Kellymu“
Lubomír Lipský: Jamalalicha?
Jamalalicha. Jamalalicha, i paprťála, chánua, chánua, e chánua, e chánu,
džalala, džalala-a, a paprťála. … patláma, patláma, patláma a žbrluch!
Jan Werich: „Tak vidíte! My mu
nerozumíme, ale my mu věříme. Co máme dělat, když nemáme tlumočníka. My ho
stejně jednou vyhodíme!“
Jan Werich: „Také výroba zlata. Ovšem
mechanickou cestou. Řekni, jak to děláš.“
Josef Kemr: „Rozbíjím atom olova.“ - A
daří se vám to? - Nedaří. Víte, ono záleží na tom, jak se do toho třískne. Ale
já na to jednou přijdu.“
Jan Werich: „Prosím. My zde máme jenom
odborníky.“
Při sledování televize nebo
poslechu rozhlasu bychom také někdy potřebovali tlumočníka. Stává se, že
jednoduché věci jsou vysvětlovány cizími výrazy, a pak se tváří složitěji.
V následujícím popisu se tedy pokusím cizími výrazy šetřit.
Zatímco výroba slivovice je v
jaderné elektrárně přísně zakázána, tak výroba zlata zde probíhá řízeně, i když
je pouze vedlejším produktem. Štěpením uranu totiž vzniká vedle množství dalších
prvků také zlato.
Jádro
uranu 235 je složené z 235 nukleonů (92 protonů + 143 neutronů = U235). Štěpí se
na dvě nebo více menších jader nových prvků. Přitom se uvolní dva až tři rychlé
neutrony (modré kuličky), jenž štěpí zase další jádra, takže se rozvine řetězová
reakce (červené kuličky značí protony). Pokud je pohromadě právě 79 červených a
39 modrých kuliček, tak vzniklo zlato Au118. Při každém
rozštěpení se uvolní obrovská energie.
KDE SE VZALA TAK VELKÁ
ENERGIE?
Zatímco protony jádra se
vzájemně odpuzují, tak v rozletu jim brání jaderná síla, která má sice jen
krátký dosah, ale je mnohem větší než odpudivá elektromagnetická síla. Proto
drží jádro pohromadě. Pokud však dojde ke štěpení, tak překonáním jaderné síly
se uvolní vazebná energie jádra - jaderná energie. Jádro se roztrhne. Většinu
uvolněné energie (80%) nesou právě vzniklá nová jádra (dceřiné produkty) – tzv.
štěpné trosky. Energie letících štěpných trosek se předává okolnímu materiálu,
do kterého štěpné trosky naráží. Proto se okolní materiál silně zahřívá.
VÍTE, ONO ZÁLEŽÍ, JAK SE DO TOHO
TŘÍSKNE
Neutrony, které vyletí
z rozštěpeného jádra, mají příliš velkou rychlost na to, aby v dostatečné míře
dokázaly dále štěpit U235. Pokud je nezpomalíme, tak jádrem pouze proletí, nebo
se od něj odrazí bez toho, aby jej rozštěpily. Některé neutrony jsou jádrem
pohlceny a zůstanou v něm. Aby se dosáhlo rozštěpení, je potřeba správně naladit
rychlost neutronů, které se v neutronovém poli vyskytují. To se zabezpečí už při
konstrukci reaktoru. Tím, že dáme palivové trubičky do určité vzdálenosti od
sebe, tak přinutíme neutrony projít určitou dráhou, kde po cestě naráží na
molekuly vody, a to právě neutrony zpomaluje na tu správnou rychlost. No, a když neutron narazí do jádra U235 tou
správnou rychlostí, tak se jádro rozkmitá a rozštěpí. Prostě ZÁLEŽÍ, JAK SE DO
TOHO TŘÍSKNE. Na tu správnou rychlost třísknutí přišel také italský vědec Enrico
Fermi (1901-1954), který dokázal spustit první jaderný reaktor už v roce 1942 na
Chicagském universitním stadiónu.
POLOČAS ROZPADU
Prvky vzniklé štěpením nejsou ve
vyváženém stavu. Mají přebytek nebo nedostatek částic a to se projevuje jako
záření. Mohou se také dále rozpadat a přeměňovat na jiné prvky. Částice a vlnění
se uvolňují, dokud se prvky nedostanou do rovnováhy. To může trvat od zlomků
vteřin až po milióny let. Pro prvky jsou změřeny doby, kdy se přemění polovina
z daného množství - poločasy rozpadu. Naznačené přeměny se projevují také
vývinem tepla a podle toho je nutné s použitým palivem zacházet. Po vyjmutí
z reaktoru je potřeba jej dále chladit.
Radioaktivní záření je
přirozenou součástí životního prostředí, rozpad prvků a dokonce i štěpení je
přirozený proces. Země je tím méně radioaktivní, čím je starší. Radioaktivita
vždycky byla a vždy bude normální součástí přírody.
ŠTĚPÍME ATOMY PO VZORU MATKY PŘÍRODY
Enrico Fermi ve skutečnosti
nebyl prvním, kdo spustil řetězovou štěpnou reakci. Příroda jej předběhla o cca
dvě miliardy let. Dnes se běžně těží ruda s poměrem 99,3% U238 a pouze 0,7%
U235. Když byla Země mladší, tak byl poměr příznivější. U235 se totiž rozpadá
výrazně rychleji, než U238. V Gabunu se vyskytuje území (Oklo), kde uranová ruda
obsahovala cca 3% U235 a k tomu byla přítomna i voda, která poskytla vhodné
zpomalení (moderaci) neutronů. Takových přírodních reaktorů je několik, jen
v samotné oblasti Oklo jich bylo nalezeno šestnáct. Přírodní reaktory tam
pracovaly po milióny let. Použité palivo tam volně leží dodnes a Oklo je
vyhledávanou terénní laboratoří – vlastně opravdovou alchymistickou kuchyní,
kterou neměl ani císař Rudolf II.
ZE ŽLUTÉHO KOLÁČE UDĚLÁME NÁPLŇ DO
TRUBIČEK, KTERÉ GRILUJEME 5 LET V REAKTORU
Z podzemí těžce vydolovaný,
potem zkropený kámen (Rula s obsahem Uranitu - Smolince) vydá jen nepatrné
množství uranu, pětkrát méně než setinu své hmotnosti. Takže např. z 50 tun
kamene získáme pouze 100 kg přírodního uranu, jenž obsahuje 99,3 kg U238 a pouze
0,7kg U235, který je štěpitelný.
Na povrchu se kámen rozemele,
vylouhuje a vyčistí do podoby tzv. žlutého koláče, jenž je výchozí surovinou pro
výrobu paliva. Z původní přirozené hodnoty 0,7% se v obohacovacím zařízení zvýší
koncentrace U235 v průměru na cca 4%. Vyrobí se uranové tabletky (UO2 – oxid
uraničitý), které se naskládají do trubiček – palivových proutků. Trubičky
plněné uranem pak budeme koupat v reaktoru pět let. Aby se nám tabletky pořádně
ugrilovaly v neutronovém poli ze všech stran, tak každý rok měníme jejich místo.
Pět let staré palivo pak vytáhneme z reaktoru. Zbylé (mladší) palivo se
přeskládá a uvolněné místo se doplní zase čerstvým palivem. To je pětiletý
palivový cyklus. V Dukovanech byl původně cyklus tříletý, ale použitím
vylepšeného paliva se postupně mohl změnit na čtyřletý a v dohledné době bude
plně pětiletý. Přináší to úsporu peněz (každý rok měníme méně a méně paliva) i
úsporu času - menší množství paliva stačíme vyměnit dříve. Reaktor proto může
vyrábět déle, což jsou další velké peníze.
POUŽITÉ PALIVO NENÍ ODPADEM, ALE PALIVEM
BUDOUCNOSTI
V reaktorech, jako jsou ty
dukovanské (2. generace), se využije jen menší část energetického potenciálu
uranového paliva. Po pěti letech používání klesne koncentrace U235 na zhruba
původní (přírodní) hodnotu. Malá část U238 se sice také využije (přeměnou na
Plutonium a následným rozštěpením), ale většina U238 zůstává ladem. To ale
neznamená, že se má použité palivo vyhodit. Použitý uran je stále hermeticky
uzavřen v zirkoniových trubičkách, a je v dobře kontrolovatelném stavu uložen
v chladících bazénech a později v superodolných kontejnerech (CASTOR). Jednou bude surovinou pro reaktory 4.
generace, které pracují s větší hustotou neutronového pole, a proto dokáží ve
větší míře přeměňovat U238 na dobře štěpitelné Plutonium (Pu239 a následné
transurany). Uvedenému typu reaktoru se říká „rychlý“, protože umí využívat
rychlé, nezpomalené neutrony. Říká se mu také „množivý“, protože při jeho práci
vzniká nakonec větší množství štěpitelného materiálu, než se spotřebovává.
Přeměna (transmutace) U238 na Pu239 je zde totiž ještě intenzívnější, než
paralelně probíhající štěpení U235 a Pu239.
ZÁVĚR
Jadernou technologii zvládají jen nejrozvinutější země světa.
V současné době celá řada dalších států plánuje začít s využíváním jaderné
energie, jako čistého a bezemisního zdroje. Česká republika je zakládajícím
členem jaderného klubu a provozuje své jaderné elektrárny na vysoké úrovni. Máme
patřičně rozvinutý výzkum, školství i průmysl. Jsme aktivní i v mezinárodních
institucích. Máme světu co nabídnout.
Špičkových technologií, které u nás dlouhodobě zvládáme, není
zas tak mnoho. V oblasti mírového využití jádra bychom tedy neměli ustupovat
z desítek let budovaných pozic.
Císař Rudolf II. by se asi divil, jakže dnes vypadá taková
pořádná alchymistická kuchyně. Přestože zlata vznikne v použitém palivu jen
málo, byl by potěšen, že v Česku umíme štěpit atom světově. A to by jistě
potvrdil i slovutný magistr Kelly.
Ing. Libor Fejta
Související články:
|
