Wstęp do fizyki jądra atomowego/Łańcuchowe reakcje rozszczepienia. Reaktory jądrowe. Bomba jądrowa: Różnice pomiędzy wersjami

{{CentrujWzór|<MATH>\sigma_{wych}\sim{{1}\over{\sqrt{E}}}\;</MATH>|7.5}}

Energie rezonansowe zwykle mieszczą się w przedziale 0,1eV do 10keV, co jest spełnione dla neutronów powolnych.

Jądra <Sup>113</sup>Cd mają bardzo wysoką barierę na rozszczepienie. Wychwyt neutronów termicznych (jądra o energii 0,025MeV w warunkach temperatury pokojowej) przez te jądra prowadzi do (n,n^'), i do (n,&gamma;), ale nie ma reakcji na rozszczepienie (n,f). Bardzo dużą wartość przekroju czynnego &sigma;<Sub>wych</sub> mają jądra ¹³⁵Xe wynoszącą na neutronów termicznych &sigma;_wych=3,5&sdot;10⁶b. Jądra ¹³⁵Xe powstają w wyniku reakcji (n,f) na jądrach ²³⁵U. Powstawanie tych jąder wyniku reakcji rozszczepienia powoduje tzw. zatrucie rezonansowe reakcji. Dla jąder uranu naturalnego (99,38%²³⁸U ({{Formuła|<MATH>T_{1/2}\simeq 7,0\cdot 10^8lat\;</math>}})+0,72%²³⁵U ({{Formuła|<MATH>T_{1/2}=4,5\cdot 10^9 lat\;</MATH>}})) zachodzące reakcje (n,&gamma;) i (n,f) mają układ rezonansów bardzo skomplikowany.

Dla jądra ²³⁵U przechwyt neutronu jest możliwy, bo energia separacji neutronu w jądrze ²³⁶U jest większa niż jego bariera potencjału, dlatego może w nim zachodzić rozszczepienie na lżejsze jądra. Przekrój czynny na rozszczepienie na tym jądrze bardzo szybko rośnie wraz ze zmniejszaniem się energii neutronów, dla E_n&ge;1 keV, omawiany przekrój czynny jest mniejszy niż 10b, a natomiast dla energii E_n=0,025eV jest równy 580b. By zwiększyć przekrój czynny reakcji na rozszczepienie stosuje się moderator, który nie może być on np. w stanie gazowym, by miał dostateczną dużą gęstość, a jego przekrój czynny na pochłanianie neutronów był możliwie mały. Zadaniem modelatora jest zmniejszanie prędkości neutronów szybkich, najlepiej, by modelator składał się z atomów możliwie lekkich, wtedy straty energii neutronów na modelatorze były możliwie duże. W reaktorach jądrowych stosuje się D₂0 i grafit. Reakcje (n,f) na jądrze <Sup>238</sup>U zachodzą, gdy energia neutronów jest E_n&ge;1,5MeV, czyli w tym przypadku mamy do czynienia z neutronami szybkimi. W przedziale energii neutronów wynoszącej od 1,5 do 20MeV przekrój czynny na rozszczepienie jest &sigma;<Sub>f</sub><1,5b. A przy tych energiach procentowo ilość reakcji na rozszczepienie względem rozpraszania nieelastycznego neutronu jest równa stosunkowi:

{{Rysunek|Pulstar2.jpg|7.6|Reaktor badawczy PULSAR, o mocy 1MW}}

===Wodny reaktor ciśnieniowy===

Regulowana jest moc reaktora poprzez zmianę stężenia boru w postaci kwasu borowego w wodzie w obiegu pierwotnym. Stosowane podczas rozruchu reaktora i jego wyłączania są pręty grafitowe regulacyjne. Bardzo bezpiecznymi konstrukcjami są reaktory PWR, odnotowano tylko jeden przypadek jego awarii na sztucznej wyspie Three Mile Island. Zmniejszyła wyciek do otoczenia substancji radioaktywnych zastosowana obudowa, której reaktor był firmy Babcock & Wilcox.