0053

Reaktor atomowy i jego zastosowania. ²³⁵U podlega reakcji rozszczepienia pod wpływem neutronów o dowolnej energii. Stanowi on jednak rzadki (0,72" „) izotop w stosunku do uranu 238 (99,28%), a uzyskanie go w czystej postaci stanowi również trudny technicznie problem. ²³⁸U pęka jedynie pod wpływem prędkich neutronów o energii powyżej I MeV. Energia dużej części uwolnionych z rozszczepienia neutronów jest za mała do spowodowania dalszych procesów pękania jąder ²³⁸U, podczas gdy liczba neutronów prędkich jest za mała, by mogła rozwinąć się reakcja łańcuchowa. Użycie ^23RU jako materiału rozszczepialnego stanowi zatem nieco trudniejszy problem. Rozwiązano go w sposób następujący:

Uran 238 wzbogacono uranem 235. który rozszczepiając się pod wpływem dowolnych, w sensie energetycznym neutronów, jest zarazem źródłem neutronów szybkich, które wykorzystane są do przeprowadzenia reakcji pękania ²³⁸U.

W celu rozwinięcia się reakcji łańcuchowej część neutronów, która znalazła się poza obrębem masy uranowej, zostaje również po odpowiednim „przygotowaniu” wykorzystana do przeprowadzenia rozszczepień ²³⁵U. Owo „przygotowanie” polega na spowalnianiu neutronów przez zastosowanie tzw. moderatorów (spowalniaczy), które zbudowane są z pierwiastków lekkich, jak: deuter (w postaci ciężkiej wody) lub węgiel w postaci grafitu. Oddziałując z jądrami tych pierwiastków neutrony ulegają spowalnianiu na skutek rozproszenia, przy czym prędkość ich staje się porównywalna z prędkością cząstek w danej temperaturze.

Neutrony wolne, tzw. „termiczne”, wykazują największe prawdopodobieństwo wchłonięcia je przez jądro uranu 235.

Tak więc mimo stosunkowo małego stężenia ²³⁵U w ogólnej masie uranu (wzbogacenie ^23BU w stosunku do ²³⁸U wynosi najczęściej około 10%) ilość procesów pękania jąder staje się duża, gdyż neutrony termiczne z reguły wywołują procesy rozszczepienia ²³⁵U. Rozwinięcie się reakcji łańcuchowej w sposób kontrolowany i utrzymanie jej na odpowiednim bezpiecznym poziomie jest realizowane w urządzeniach zwanych stosami atomowymi lub reaktorami jądrowymi. Urządzenia te służą głównie jako źródła neutronów, za pomocą których przeprowadza się reakcje jądrowe, mające na celu wytwarzanie izotopów promieniotwórczych. Inne zastosowanie reaktorów to otrzymywanie i wykorzystanie energii jądrowej (ryc. 1.29).

W dużej o grubych betonowych ścianach kadzi umieszczone są w aluminiowych osłonach pręty z materiału rozszczepialnego (najczęściej ^23RU wzbogacony ²³⁵U). Jako moderator służą bloki grafitowe, ciężka lub zwykła woda destylowana wypełniająca kadź. Całość urządzenia jest chłodzona wodą lub innym chłodziwem, które w przypadku reaktorów energetycznych przekazuje ciepło w tzw. wymiennikach cieplnych, skąd w dalszej kolejności wykorzystywane jest do napędzenia siłowni (najczęściej elektrycznej). W celu utrzymania postępu reakcji rozszczepienia na odpowiednim poziomie, odpowiadającym granicom bezpieczeństwa przed wybuchem lub przegrzaniem się reaktora, umieszczone są w nim pręty kadmowe, które mają dużą zdolność pochłaniania neutronów. Przez odpowiednie usytuowanie prętów kadmowych (większe lub mniejsze zanurzenie) można nie dopuścić do nadmiernego rozwinięcia się reakcji.

Strumienie powstających w reaktorze neutronów (przeważnie spowolnionych) dostarczają 10¹²-10¹⁶ neutronów przechodzących przez 1 cm² w ciągu 1 sekundy. Umożliwia to produkcję na szeroką skalę różnych substancji promieniotwórczych (między innymi

59