Uran-235
Štěpením jednoho atomu uranu-235 se v reaktoru uvolní 202,5 MeV (3,24×10-11 J). To odpovídá 19,54 TJ/mol nebo 83,14 TJ/kg. Dalších 8,8 MeV unikne z reaktoru jako antineutrina. Když je nuklid 235
92U bombardován neutrony, může u něj proběhnout jedna z mnoha štěpných reakcí (na vedlejším obrázku):
0n + 235
92U → 141
56Ba + 92
36Kr + 3 1
0n
Těžkovodní reaktory a některé grafitem moderované reaktory mohou používat přírodní uran, ale lehkovodní reaktory musí používat málo obohacený uran kvůli vyšší absorpci neutronů lehkou vodou. Obohacením uranu se odstraní část uranu-238 a zvýší se podíl uranu-235. Vysoce obohacený uran (HEU), který obsahuje ještě větší podíl uranu-235, se někdy používá v reaktorech jaderných ponorek, výzkumných reaktorech a jaderných zbraních.
Pokud alespoň jeden neutron ze štěpení uranu-235 zasáhne jiné jádro a způsobí jeho štěpení, pak řetězová reakce pokračuje. Pokud se reakce udrží, říká se, že je kritická, a hmotnost 235U potřebná k vytvoření kritického stavu se označuje jako kritická hmotnost. Kritické řetězové reakce lze dosáhnout při nízkých koncentracích 235U, pokud jsou neutrony ze štěpení zmírněny, aby se snížila jejich rychlost, protože pravděpodobnost štěpení pomalými neutrony je větší. Při štěpné řetězové reakci vznikají fragmenty se střední hmotností, které jsou vysoce radioaktivní a svým radioaktivním rozpadem produkují další energii. Některé z nich produkují neutrony, tzv. zpožděné neutrony, které přispívají k štěpné řetězové reakci. Výkon jaderných reaktorů se upravuje umístěním regulačních tyčí obsahujících prvky, které silně pohlcují neutrony, např. bór, kadmium nebo hafnium, v aktivní zóně reaktoru. U jaderných bomb je reakce neřízená a velké množství uvolněné energie způsobí jaderný výbuch.
Jaderné zbraněEdit
Atomová bomba typu Little Boy, svržená 6. srpna 1945 na Hirošimu, byla vyrobena z vysoce obohaceného uranu s velkým tamperem. Nominální sférická kritická hmotnost pro nezmanipulovanou jadernou zbraň s 235U je 56 kg (123 lb), což by vytvořilo kouli o průměru 17,32 cm (6,82 palce). Materiál musí obsahovat nejméně 85 % 235U a označuje se jako uran vhodný pro výrobu zbraní, ačkoli pro hrubou a neúčinnou zbraň stačí obohacení 20 % (tzv. zbraň(ový) uran). Lze použít i nižší obohacení, ale to vede k rychlému nárůstu potřebné kritické hmotnosti. Použití velkého tamperu, implozní geometrie, spouštěcích trubic, poloniových spouštěčů, zesílení tritia a neutronových reflektorů může umožnit kompaktnější a úspornější zbraň využívající čtvrtinu nebo méně nominální kritické hmotnosti, i když by to pravděpodobně bylo možné pouze v zemi, která již má rozsáhlé zkušenosti s konstrukcí jaderných zbraní. Většina moderních konstrukcí jaderných zbraní používá plutonium 239 jako štěpnou složku primárního stupně; HEU (vysoce obohacený uran, v tomto případě uran, který má 20 % nebo více 235U) se však často používá v sekundárním stupni jako roznětka pro fúzní palivo.
| Zdroj | Průměrná energie uvolněná |
|---|---|
| Stále uvolněná energie | |
| Kinetická energie štěpných fragmentů | 169.1 |
| Kinetická energie promptních neutronů | 4,8 |
| Energie přenášená promptními paprsky γ | 7.0 |
| Energie z rozpadajících se štěpných produktů | |
| Energie β-částic | 6,5 |
| Energie zpožděných γ-záření | 6.3 |
| Energie uvolněná při zachycení těch rychlých neutronů, které (znovu)nevyvolávají štěpení | 8.8 |
| Celková energie přeměněná na teplo v provozním tepelném jaderném reaktoru | 202.5 |
| Energie antineutrin | 8,8 |
| Součet | 211,3 |
.