Maghasadás, Maghasadás, láncreakcióláncreakció,atomreaktor,atomreaktor

KészítetteKészítette::Balogh IzabellaBalogh Izabella

A maghasadásA maghasadásOtto Hahn és Fritz StrassmannOtto Hahn és Fritz Strassmann berlini berlini

kutatók 1938kutatók 1938 ban kísérleteik során azt ban kísérleteik során azt vették észre, hogy az urán neutronokkal vették észre, hogy az urán neutronokkal való bombázásakor a keletkező termékek való bombázásakor a keletkező termékek között bárium is megjelenik. Úgy tűnt, között bárium is megjelenik. Úgy tűnt, mintha két, körülbelül egyenlő részre mintha két, körülbelül egyenlő részre szakadt volna az uránmag. A hasadáskor szakadt volna az uránmag. A hasadáskor radioaktív részecskékradioaktív részecskék keletkeznek. Az keletkeznek. Az észlelt jelenség az észlelt jelenség az atommaghasadásatommaghasadás ..

A A maghasadásmaghasadás egy látszólag igen furcsa jelenség. Egy egy látszólag igen furcsa jelenség. Egy atom vagy spontán, vagy némi külsõ behatásra atom vagy spontán, vagy némi külsõ behatásra széthasad több kisebb részre. Ezek a kisebb részek széthasad több kisebb részre. Ezek a kisebb részek lehetnek alacsonyabb rendszámú atomok, illetve egyes lehetnek alacsonyabb rendszámú atomok, illetve egyes sugárzások. A természetes urán 99.3 %-a 238-as, 0.7 sugárzások. A természetes urán 99.3 %-a 238-as, 0.7 %-a pedig %-a pedig 235-ös izotóp235-ös izotóp . Az U-238-as csak igen ritkán . Az U-238-as csak igen ritkán hasad, és csak akkor, ha a neutron nagy sebességgel hasad, és csak akkor, ha a neutron nagy sebességgel ütközik a magnak. Az U-235-ös hasadása gyakorlati ütközik a magnak. Az U-235-ös hasadása gyakorlati szempontból sokkal jelentősebb: ezt a magreakciót szempontból sokkal jelentősebb: ezt a magreakciót használja ki a ma használja ki a ma működő atomreaktorokműködő atomreaktorok döntő döntő többsége. többsége.

Maghasadás képekbenMaghasadás képekben

A nukleáris láncreakcióA nukleáris láncreakció Szilárd megjósolja, hogy a láncreakció urániummal lesz Szilárd megjósolja, hogy a láncreakció urániummal lesz

megvalósítható, és a kísérletek igazolják is, hogy megvalósítható, és a kísérletek igazolják is, hogy hasadáskor neutronok keletkeznek. A maghasadáskor hasadáskor neutronok keletkeznek. A maghasadáskor keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak, keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak, amelyekből újabb neutronok szabadulnak fel, azok újabb amelyekből újabb neutronok szabadulnak fel, azok újabb magokat hasítanak stb., és így kialakul a magokat hasítanak stb., és így kialakul a láncreakcióláncreakció . . Közben óriási energia szabadul fel. A magyar Közben óriási energia szabadul fel. A magyar származású Szilárd Leó – Enrico Fermivel közösen - származású Szilárd Leó – Enrico Fermivel közösen - még 1939-ben kimutatta, hogy a maghasadási még 1939-ben kimutatta, hogy a maghasadási folyamatban kettőnél több szabad neutron is keletkezik, folyamatban kettőnél több szabad neutron is keletkezik, ami további rohamosan növekvő számú hasadáshoz, ami további rohamosan növekvő számú hasadáshoz, végső soron minden korábbi képzeletet felülmúló végső soron minden korábbi képzeletet felülmúló robbanáshoz vezethet. robbanáshoz vezethet.

Az Az atomerőműveketatomerőműveket és az és az atombombákatatombombákat ugyanaz ugyanaz az elv működteti: a az elv működteti: a neutronsokszorozáson alapuló láncreakcióneutronsokszorozáson alapuló láncreakció . .

AA láncreakció alapgondolata tehát: az U-235-magot meglőjük egy láncreakció alapgondolata tehát: az U-235-magot meglőjük egy neutronnal, aminek hatására nagy valószínűséggel bekövetkezik a neutronnal, aminek hatására nagy valószínűséggel bekövetkezik a maghasadás. maghasadás.

A hasadásból keletkező neutronok újabb uránmagokat A hasadásból keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak elhasíthatnak el , és ráadásul minden egyes hasadásnál , és ráadásul minden egyes hasadásnál felszabadul a már említett 200 MeV energia. Ekkor tehát már külső felszabadul a már említett 200 MeV energia. Ekkor tehát már külső neutronforrás nélkül is működik, azaz neutronforrás nélkül is működik, azaz önfenntartó a folyamatönfenntartó a folyamat . .

Ha a hasadásból keletkező neutronok csak egy új hasadást hoznak Ha a hasadásból keletkező neutronok csak egy új hasadást hoznak létre (mert elnyelődnek, vagy kiszöknek a reaktorból), a láncreakciót létre (mert elnyelődnek, vagy kiszöknek a reaktorból), a láncreakciót állandó intenzitásúnak hívjuk. állandó intenzitásúnak hívjuk.

Ha az egy hasadásból kilépő neutronok több uránmagot is Ha az egy hasadásból kilépő neutronok több uránmagot is elhasítanak, akkor adott idő alatt egyre több hasadás történik, és a elhasítanak, akkor adott idő alatt egyre több hasadás történik, és a láncreakció divergens lesz. láncreakció divergens lesz.

Az atomreaktorAz atomreaktor

Az atomreaktor olyan berendezés, amelyben nagy Az atomreaktor olyan berendezés, amelyben nagy mennyiségű hasadóanyag felhasználásával szabályozott mennyiségű hasadóanyag felhasználásával szabályozott láncreakciót valósítunk meg. A láncreakcióhoz a gyors láncreakciót valósítunk meg. A láncreakcióhoz a gyors

hasadási neutronok lelassítása szükséges, erre szolgál a hasadási neutronok lelassítása szükséges, erre szolgál a moderátor. A maghasadás során felszabaduló energia moderátor. A maghasadás során felszabaduló energia

legnagyobb részét a hasadványmagok viszik el mozgási legnagyobb részét a hasadványmagok viszik el mozgási energia formájában, melyek az üzemanyag többi atomjával energia formájában, melyek az üzemanyag többi atomjával

ütközve energiájukat elvesztik. Ez az energia hő ütközve energiájukat elvesztik. Ez az energia hő formájában jelentkezik, amit a formájában jelentkezik, amit a hűtőközeg hűtőközeg segítségével segítségével

vezetünk el a reaktorból. A neutronok számának (ezzel a vezetünk el a reaktorból. A neutronok számának (ezzel a teljesítmény) szabályozására szolgálnak az abszorbens teljesítmény) szabályozására szolgálnak az abszorbens

rudak. rudak.

A hasadA hasadóanyagóanyag::

Olyan Olyan elemelem vagy vagy izotópizotóp, amelynek , amelynek atommagatommag kettő (ritkán több) eltérő kettő (ritkán több) eltérő tömegszámtömegszámú könnyebb ú könnyebb atommagra hasad széjjel energia atommagra hasad széjjel energia felszabadulása közben. A hasadás történhet felszabadulása közben. A hasadás történhet spontán módon, vagy atommag-reakció spontán módon, vagy atommag-reakció következtében.következtében.Az urán 235-ös tömegszámú izotópja Az urán 235-ös tömegszámú izotópja természetes természetes hasadóanyaghasadóanyag, a plutónium 239-es , a plutónium 239-es tömegszámú izotópja mesterséges tömegszámú izotópja mesterséges hasadóanyaghasadóanyag. Mindkettőt alkalmazzák . Mindkettőt alkalmazzák atomreaktorok üzemanyagaként.atomreaktorok üzemanyagaként.

A moderátorkéntA moderátorként használt anyagokkal szemben két fő használt anyagokkal szemben két fő követelményt támasztunk: követelményt támasztunk:

legyen minél kisebb rendszámú, és minél kevésbé legyen legyen minél kisebb rendszámú, és minél kevésbé legyen hajlamos a neutronok elnyelésére. hajlamos a neutronok elnyelésére.

Ezen igényeknek a gyakorlatban csak négy anyag felel Ezen igényeknek a gyakorlatban csak négy anyag felel meg: a víz (H2O, könnyűvíz), a nehézvíz (D2O), a grafit (C) meg: a víz (H2O, könnyűvíz), a nehézvíz (D2O), a grafit (C)

és a berillium (Be). és a berillium (Be). Ezek közül a víz a legelterjedtebb Ezek közül a víz a legelterjedtebb moderátor. A nehézvíz tulajdonságai ugyan valamivel moderátor. A nehézvíz tulajdonságai ugyan valamivel

kedvezőbbek, de roppant drága anyag.kedvezőbbek, de roppant drága anyag.

HűtőközegekHűtőközegek

Az üzemanyagban felszabaduló hőt a hűtőközeggel Az üzemanyagban felszabaduló hőt a hűtőközeggel vezetjük el, hogy villamos energiává alakíthassuk. vezetjük el, hogy villamos energiává alakíthassuk. Természetesen nem mindegy, hogy milyen hűtőközeget Természetesen nem mindegy, hogy milyen hűtőközeget használunk: elvárjuk, hogy az anyag nagy használunk: elvárjuk, hogy az anyag nagy hőkapacitással (hőfelvevő képességgel) rendelkezzen, hőkapacitással (hőfelvevő képességgel) rendelkezzen, ekkor a reaktorból nagy hőmennyiséget lehet elszállítani. ekkor a reaktorból nagy hőmennyiséget lehet elszállítani. Ezenkívül előnyös, ha a hűtőközeg hőmérsékletlét Ezenkívül előnyös, ha a hűtőközeg hőmérsékletlét viszonylag kis nyomáson is magasra lehet emelni. A viszonylag kis nyomáson is magasra lehet emelni. A magas hőmérséklet azért fontos, mert így az erőmű magas hőmérséklet azért fontos, mert így az erőmű hatásfoka nagyobb lesz. Legtöbbször folyadékokat hatásfoka nagyobb lesz. Legtöbbször folyadékokat (H2O, D2O), néha pedig gázokat (CO2, He) használunk (H2O, D2O), néha pedig gázokat (CO2, He) használunk e célra. A gázok hőkapacitása kicsi, viszont igen magas e célra. A gázok hőkapacitása kicsi, viszont igen magas hőmérsékleteket (700-800oC) lehet elérni hőmérsékleteket (700-800oC) lehet elérni alkalmazásukkal. alkalmazásukkal.