Atomová katedrála po 25 letech - IV.

Vstup pro členy


Jméno
Heslo
Zapamatovat

Nové heslo    
Atomová katedrála po 25 letech - IV. Tisk
Pondělí, 06 září 2010
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.

 

 image041.jpg

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.


Enrico Fermi

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: