Przemiany jąder występujące pod wpływem bombardowania ich przez cząstki elementarne lub przez jądra innych atomów nazywamy reakcjami jądrowymi. W ten sposób zostały w zasadzie urzeczywistnione marzenia alchemików dotyczące przemian jednych pierwiastków w inne. Z punktu widzenia ekonomiki przemiany tego rodzaju, np. metali nieszlachetnych w złoto, nie mają sensu ze względu na niesłychanie wysokie koszty. Z substancji wytwarzanych w skali technicznej za pośrednictwem przemian jądrowych należy wymienić przede wszystkim pluton (Pu-239), powstający z izotopu uranu U-238 pod działaniem neutronów.
Read More
Dotąd poznaliśmy jedynie takie jądra atomowe, które rozpadają się samorzutnie. W 1938 roku dwaj niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Straßmann dokonali niesamowitego odkrycia. Bombardując neutronami jądra atomowe uranu, stwierdzili oni, że niektóre z tych jąder zostały rozszczepione na dwie części. Ważne, że nie było to efektem samorzutnego rozpadu radioaktywnych jader, a spowodowane zostało przez neutrony, które jak małe pociski przenikając w większe jadra, rozbiły je.
Read More
Na stole, którego zdjęcie widać poniżej, w 1938 r. wszystko się zaczęło. To właśnie tutaj Otto Hahn i Fritz Straßmann rozszczepiali ciężkie jądra atomowe. Napromieniowali uran spowolnionymi neutronami. Oczekiwali, że w wyniku reakcji powstaną izotopy radu, czyli produkty radioaktywnego rozpadu uranu. Jednakże po chemicznym przeanalizowaniu powstałych substancji promieniotwórczych, odkryli ze zdziwieniem, że zamiast oczekiwanego pierwiastka radu wytworzona substancja promieniotwórcza miała chemiczne cechy baru, a więc z uranu o Z=92 powstał bar o Z=56. Dziś wiemy, że była to reakcja rozszczepienia.
Read More
Materiał rozszczepialny jest podstawowym składnikiem paliwa jądrowego. Pojęciem tym nazywamy izotopy, które pod działaniem neuronów termicznych (powolnych) ulegają rozszczepieniu, wyzwalają odpowiednie ilości energii. Klasycznym materiałem rozszczepialnym jest U-235. Izotop U-238 nie jest natomiast materiałem rozszczepialnym, ale w wyniku wychwytu neutronów może przejść w rozszczepialny Pu-239. W analogiczny sposób można wytwarzać z izotopu toru Th-232 rozszczepialny izotop U-233.
Read More
Zakładamy, że ktoś zdradza tajemnicę dwóm przyjaciołom lub przyjaciółkom, którzy nie zatrzymują powierzonego sekretu dla siebie i przekazują go dalej, za każdym razem dwóm kolejnym osobom, a te z kolei następnym osobom, itd. A kiedy dowie się o tym cała szkoła? Już po dziewięciu etapach takiego przekazywania sekretu wie o nim więcej niż 1000 ludzi. To właśnie jest reakcja łańcuchowa. Jeden krok ma więcej niż jedno następstwo. Co ma to wspólnego z elektrowniami jądrowymi? To proste: w elektrowniach jądrowych jądra atomowe ulegają rozszczepieniu. Rozpad jądra uranu może spowodować rozpad kolejnych jąder, które znajdują się w pobliżu. One zaś rozpad kolejnych… Jądrowe reakcje łańcuchowe są kontrolowane w elektrowniach jądrowych w taki sposób, aby nie doszło do rozpadu większej ilości atomów niż jest to konieczne.
Read More
Po lekturze poprzedniego rozdziału powinno być już jasne, w jaki sposób wywoływana jest reakcja łańcuchowa i jak przebiega. Ale dlaczego uwalniana jest przy tym energia? Odpowiedź znajdziemy z pomocą znanego wzoru E = m·c², który mówi, że masa i energia są sobie równoważne. Jeżeli zważymy jądra atomowe, to stwierdzamy, że ważą one zawsze mniej niż suma mas ich pojedynczych części składowych, neutronów i protonów. Gdzie znajduje się reszta masy? Różnica masy jądra i sumy mas składników nosi nazwę „deficytu masy”. Jądro atomowe jest „stanem związanym”, czyli o niższej energii niż zbiór swobodnych nukleonów.
Read More
Teraz jest już jasne, że kiedy rozszczepia się jądra atomowe (te właściwe) uwalniana jest energia. Wiemy też, w jaki sposób wywoływać reakcję łańcuchową. Ale jest jeszcze jeden problem: reakcja łańcuchowa musi być kontrolowana i zostać zahamowana. W końcu nikt nie chciałby, aby reakcja łańcuchowa przebiegała w sposób niekontrolowany. Tylko w jaki sposób się to robi?
Read More
