V diskuzi k mému povídání „Jaderná fyzika a kulturní dědictví“ mě jeden z čtenářů požádal o napsání článku věnovaného ruským rychlým reaktorům BN600 a BN800. Rád jsem jeho přání vyhověl, protože si myslím, že hlavně ruský reaktor BN600 si pozornost nesporně zaslouží. Pro stabilní dlouhodobé využití jaderné energetiky je nutné začít intenzivně využívat rychlé reaktory, které mohou být postaveny i jako množivé tak, že dokáží efektivně transmutovat uran 238 na plutonium 239, které lze následně použít jako palivo v rychlých i klasických reaktorech. Ve světě funguje řada experimentálních a zbrojních rychlých reaktorů, větší množství jich pracuje i na ponorkách. Ovšem v civilní službě ve funkci zdroje elektrické energie je jich jen velmi málo. Fungující prototypy energetických rychlých reaktorů jsou v současnosti pouze tři. Reaktor Phoenix ve Francii však funguje častěji v testovacím režimu. Je velmi důležitým prostředkem pro studium práce rychlých reaktorů, ale jeho využití pro výrobu elektrické energie je relativně omezenější. Rychlý reaktor Monju v Japonsku se zatím nevyhrabal z počátečních problémů a po nehodě v roce 1995, kdy po úniku sodíku v sekundárním okruhu vznikl požár, se v současnosti stále rekonstruuje. Jeho opětné spuštění se plánuje až v roce 2009. Jediným energetickým reaktorem, který spolehlivě již léta dodává elektrickou energii do rozvodné sítě, je ruský reaktor BN-600, který je třetím blokem fungujícím v Bělojarské jaderné elektrárně.
Princip rychlého reaktoru
Nejdříve si rychle připomeneme funkci rychlého reaktoru. O principech, na kterých je postavena jaderná energetika, a důležitosti využití rychlých množivých reaktorů jsem už na Oslovi psal. Hlavním rozdílem rychlého jaderného reaktoru oproti klasickému je, že se nezmenšuje energie (rychlost) neutronů, které vznikají při štěpení (neutrony se nemoderují). Pravděpodobnost, že rychlý neutron způsobí štěpnou reakci, je mnohem nižší než u neutronu pomalého. Aby se udržela řetězová štěpná reakce, musí tak být v rychlých reaktorech těchto neutronů mnohem více. To však znamená, že musí docházet k daleko většímu počtu štěpení. To má řadu výhod, ovšem přináší to i některé problémy. Takový reaktor musí mít větší obohacení štěpných izotopů, tedy uranu 235 nebo plutonia 239. Například v reaktoru BN-600 se používají články z obohacením od 17 do 26 % (klasické reaktory mají obohacení 3 až 4 %). Větší počet štěpení vede i k většímu vývoji tepla. Rychlý reaktor tak může být při daném výkonu kompaktnější, ale potřebuje také daleko efektivnější chlazení než klasický. Proto se velmi často chladí tekutým sodíkem. Běžné je i chlazení tekutým olovem. My se však v tomto článku budeme zabývat reaktory chlazenými právě sodíkem. Při reakcích neutronů se stabilním sodíkem 23 vzniká radioaktivní sodík 24 s poločasem rozpadu zhruba 15 hodin. I proto je rozumné, aby se teplo z primárního sodíkového okruhu přenášelo do dalšího sodíkového obvodu a teprve ve třetí sérii výměníků tepla se vyráběla pára pro pohon turbín.
Uran 238 se nedá v reaktoru štěpit a nedá se použít jako palivo. V reakcích neutronů s jádry uranu 238 se však produkuje uran 239, který se v rozpadu beta přeměňuje na plutonium 239. To už se štěpí a dá se použít jako palivo jak v klasickém tak i rychlém reaktoru. Uran 238 se přeměňuje na plutonium 239 i v klasickém reaktoru, ale pouze v malém množství. V rychlém reaktoru se produkuje velmi vysoká intenzita pole neutronů a dochází i k intenzivní přeměně uranu 238 na plutonium 239. Při vhodné konfiguraci dochází k větší produkci plutonia než je jeho spotřeba. Takovému reaktoru se říká množivý. Produkuje pak palivo i pro klasické reaktory. Vzhledem k tomu, že v přírodě je jen 0,7 % uranu 235 a více než 99 % uranu 238, umožňují rychlé množivé reaktory radikálně zvýšit využití přírodního uranu. Jeho efektivita vzroste zhruba padesátinásobně.
Nejdříve o jeho předchůdci - reaktoru BN-350.
Než se blíže podíváme na reaktor BN-600, připomeňme si jednoho z jeho předchůdců, který se také v civilní službě vyznamenal. Jedná se o rychlý reaktor, který byl postaven ve městě Aktau (dříve Ševčenko) na poloostrově Mangyšlak na břehu Kaspického moře. Reaktor se stavěl v letech 1965 až 1971, v roce 1972 se poprvé spustila stabilní řetězová reakce a od roku 1973 začal fungovat jako zdroj energie. Mezi léty 1973-75 běžel na tepelný výkon 300 MWt, Od března 1975 pak na tepelný výkon 650 až 750 MWt. Elektrický výkon dodávaný do sítě byl 150 MWe. Jeho nejdůležitějším úkolem však bylo odsolování mořské vody. Produkoval okolo 120 000 tun destilované vody denně. Původní předpokládaná životnost reaktoru do roku 1993 byla prodlužována a spolehlivě pracoval až do roku 1999. Během čtvrtstoletí své práce významně přispěl k rozvoji této oblasti Kazachstánu, která je bohatá na suroviny, ale má velký nedostatek sladké vody.
Bělojarská jaderná elektrárna a reaktor BN-600
Bělojarská jaderná elektrárna se nachází ve Sverdlovské oblasti ve městě Zarečnyj. Nejbližším velkým městem je Jekatěrinburg. Elektrárna byla první, ve které pracovaly reaktory moderované grafitem. Byly dva a v současné době jsou už oba odstaveny.
Dnes tam funguje právě zmíněný rychlý reaktor BN-600, který je jako třetí reaktor v daném místě také označován jako Bělojarsk-3. K rozběhnutí stabilní řetězové reakce došlo 26. února 1980 a první energie byla do sítě dodána již 5 dubna 1980. Postupně se dosáhlo plánovaných hodnot tepelného výkonu 1470 MWt a elektrického výkonu 560 MWe. Práce reaktoru je stabilní a nyní se jeho výkon pohybuje mezi 580 až 610 MWe. Jeho využití se pohybuje mezi 70 až 75 %, ztráty jsou dány hlavně plánovanými výměnami paliva a údržbou. Pouze zhruba 2 % nevyužité kapacity času a výkonu připadá na neplánované události. Do konce roku 2004 byla elektrárna v činnosti zhruba 170 000 hodin a dodala do sítě 91 milionů MWh. Nejčastěji se problémy u tohoto typu rychlých reaktorů objevují v souvislosti s chladícím systémem. Reaktor BN600 měl pouze 12 úniků chladiva na parogenerátoru a z toho polovina se objevila v prvním roce. Celkově došlo k 27 únikům sodíku, některé i s menším požárem. Všechny však byly klasifikovány nejnižším stupněm na mezinárodní stupnici jaderných událostí a neměly vliv na provozování reaktoru. Jinak jsou zkušenosti s elektrárnou velmi dobré.
Reaktorová sestava je umístěn v betonové budově a je vybavena zařízením, které zabraňuje úniku plynů. Jádro reaktoru má výšku 1,03 m a průměr 2,05 m. Obsahuje 369 palivových kazet. Jak už bylo zmíněno obohacení paliva je 17–26% uranu 235. Teplota sodíku dosahuje v reaktoru 550 stupňů Celsia.
Získané zkušenosti s provozem reaktoru BN-600 jsou velmi cenné nejen pro ruskou jadernou energetiku. Obrovský zájem o ně má i Japonsko, které nakoupilo technickou dokumentaci tohoto reaktoru. V posledních letech se velmi intenzivně pracuje na vylepšení efektivity jeho činnosti a možnosti jeho využití pro spalování zbrojního plutonia, o kterém se podrobněji zmíním za chvíli. Na těchto studiích se podílí i japonští, evropští i američtí odborníci. Prodlužuje se doba mezi výměnami paliva, ta zatím probíhala zhruba dvakrát ročně. Jeho životnost byla plánována na třicet let a reaktor by tak měl být odstaven v roce 2010. V současnosti se však vedou intenzivní práce na tom, aby se jeho životnost mohla prodloužit o dalších 10 až 15 let.
Pro zajímavost se můžeme podívat, co se na reaktoru děje právě teď. Od konce letošního března (2008) je reaktor odstaven kvůli výměně paliva a plánovaným generálním opravám, údržbě a kontrole. Tato odstávka bude trvat do konce května a jeho opětné spuštění se plánuje na 2. června. Během odstávky se plánuje výměna parogenerátorů, generální oprava a modernizace turbogenerátoru i materiálové testy. Tyto činnosti souvisejí se zmíněným plánem na prodloužení životnosti tohoto bloku.
Spalování plutonia
V předchozím části byla zmíněna možnost využití reaktoru BN-600 pro spalování plutonia. Jak bylo řečeno v úvodu, vzniká toto plutonium záchytem neutronu na uranu 238 i v klasických reaktorech. Při přepracování vyhořelého paliva z nich se odděluje od sebe toto plutonium, uran 235 a 238 i další transurany vznikající záchytem neutronu uranem. Všechny tyto složky se v principu dají využít jako zdroj energie, i když u některých je třeba vytvořit speciální podmínky. Dále je třeba také vydělit produkty vzniklé štěpením, které se dále využít nedají. Z uranu a plutonia se dá připravovat nové palivo pro klasické i rychlé jaderné reaktory.
Daleko více plutonia 239 vzniká v rychlých reaktorech. Proto se speciální rychlé reaktory využívaly při produkci plutonia pro jaderné zbraně. S koncem studené války se zredukoval počet jaderných hlavic v USA a Rusku. Navíc se kvůli nebezpečí terorismu objevuje snaha o likvidaci přebytečných zásob zbrojního plutonia, které obě velmoci mají. V roce 2000 bylo dosaženo dohody, že každá ze stran využije v civilních reaktorech jako palivo 34 tun zbrojního plutonia.
Vlastnosti plutonia 239 a uranu 239 se však liší, takže využívání plutonia není možné ve všech klasických reaktorech. Řada z nich však byla pro palivo s obsahem plutonia uzpůsobena. Pro jeho přípravu se plutonium, které se získá z přepracování vyhořelého paliva, přimíchává k uranu 235 a uranu 238 a vytváří se směs, která se označuje jako MOX (Mixed OXide). Jedná se o směs oxidů plutonia a různých izotopů uranu. V Evropě se takové palivo běžně používá. Spojené státy přepracování vyhořelého paliva neprováděly a teprve nyní staví velkou přepracovací kapacitu v Jižní Karolíně, která by připravovala palivo MOX i ze zbrojního plutonia. Toto palivo bude využíváno uzpůsobenými klasickými reaktory. Rusko přepracovací kapacity má. Přepracováním vyhořelého paliva se v něm nashromáždilo 32 tun plutonia a téměř 2500 tun uranu pro využití k přípravě směsi MOX nebo paliva pro rychlé reaktory. K nim se ještě přidalo již zmíněných 34 tun zbrojního plutonia z vojenských zásob. Předpokládá se, že se spotřebuje v reaktorech VVER-1000 a hlavně v rychlých reaktorech.
Rychlé neutrony jsou daleko vhodnější pro štěpení plutonia i dalších transuranů vznikajících v reaktorech. Proto mají lepší podmínky pro využití přepracovaného paliva i zbrojního plutonia. Ovšem možnosti reaktoru BN-600 jsou v tomto směru omezené. Konfigurace rychlého reaktoru může být totiž různá. Takže může být nastaven na efektivní produkci plutonia nebo jeho efektivní spalování. Nově budovaný reaktor BN-800 je projektován tak, aby mohl používat různé palivo. Proto se využití energetického potenciálu plutonia očekává od tohoto nového rychlého reaktoru.
Následovníkem bude reaktor BN-800
Rychlý reaktor BN-800, označovaný také jako Bělojarsk-4, by měl nahradit (případně doplnit) reaktor BN-600. Stejně jako reaktor BN-600 bude i reaktor BN-800 chlazených tekutým sodíkem. Měl by mít výkon 880 MWe, tedy o 320 MWe více. Zajímavé je, že původně měl mít výkon 800 MWe, ovšem díky pokroku ve vývoji turbín v posledních desetiletích se efektivita produkce elektrické energie zlepšila o deset procent. BN-800 patří do kategorie pokročilých reaktorů. Oproti typu BN-600 nabízí výrazné vylepšení. Došlo ke zdokonalení sekundárního jaderného okruhu a používá se v něm kvalitnější materiál. To je důležité, protože právě chladící okruhy spojené s tekutým sodíkem jsou kritickým místem tohoto typu rychlých reaktorů. Při jeho vývoji byl kladen velký důraz na dvě věci. Obrovskou výhodou reaktoru BN-800 bude možnost použití více druhů paliv. Díky vylepšenému palivu je možné jeho výměnu provádět až po 560 dnech. Reaktor bude daleko efektivněji spalovat plutonium, takže se předpokládá, že by mohl za rok využít až dvě tuny plutonia získaného z vojenských zbraní. Zároveň by měl využívat uzavřeného palivového cyklu, který zahrnuje popisované přepracování vyhořelého paliva a opětovné využití takto získaného uranu a plutonia při přípravě nového paliva. Program uzavřeného palivového cyklu tak odpovídá celosvětovým požadavkům na hospodárné využívání přírodních zdrojů uranu. Měl by přinést zlepšení také v oblasti finanční návratnosti nákladů. Podle odhadů budou výdaje na jeho výstavbu jen o 15 % vyšší než u konstrukce běžného tlakovodního reaktoru VVER, který známe z Temelína. A právě finance pro jeho vybudování byly doposud hlavním problémem.
Jak s financemi?
Práce nad projektem reaktoru začaly už v osmdesátých letech. Velkým problémem při dokončování reaktoru BN-800 i řady dalších, které se rozestavěly v té době, bylo zajištění financování. Po kolapsu hospodářství Sovětského svazu v devadesátých letech nebyly finance na jejich dokončení. Pokles hospodářství přinesl i snížení požadavků na produkci elektrické energie. U projektu bloku Bělojarsk-4, který byl zahájen v roce 1984, to znamenalo zastavení ve fázi přípravy staveniště a zemních prací v roce 1986. I když se už koncem devadesátých let a na počátku tohoto desetiletí uvažovalo o pokračování výstavby tohoto reaktoru, stále chyběly finance.
To se však už od počátku století začalo měnit. Konsolidace a opětný rozvoj průmyslu v Rusku začal zvyšovat energetické požadavky. Stále se zvyšující cena ropy, plynu i dalších surovin umožnila získávat značné prostředky. Ruskému plynárenskému gigantu Gazprom se začíná vyplácet pomoc při financování dostavby rozestavěných jaderných elektráren. Provoz jaderných elektráren je totiž relativně velmi laciný. Elektřina z nich nahradila elektřinu ze stávajících plynových elektráren a ušetřený plyn lze výhodně prodat do zahraničí. To je důvodem, proč je snaha o finanční spolupráci mezi plynařskými podniky a jaderným průmyslem, konkrétně s organizací Rosenergoatom. Také samotný stát má větší finanční prostředky pro podporu jaderného energetického sektoru. Nárůst průmyslové produkce silně zvýšil požadavky na dodávky elektrické energie. O výstavbu jaderných zdrojů mají obrovský zájem například i výrobci hliníku (což je energeticky velmi náročné odvětví), kteří těží z průmyslového rozvoje hlavně asijských zemí. Také samotný jaderný průmysl se finančně konsolidoval. Rusko těží uranovou rudu, připravuje jaderné palivo i přepracovává vyhořelé palivo z jaderných elektráren. Zároveň má dostatek kapacit pro výrobu jaderných reaktorů a celých elektráren. Ruské podniky v jaderném sektoru proto intenzivně využívají znovuobnovení zájmu o jadernou energetiku hlavně v Asii. Dodávají elektrárny do Číny i Indie.
V samotném Rusku se také rozbíhá opětný rychlý rozvoj v této oblasti, v současné době předpokládá Rosatom (Federální agenturou pro jadernou energii) spouštění dvou až tři jaderných elektráren ročně a chce do roku 2020 celkový výkon jaderných zdrojů zhruba zdvojnásobit. Je otázka, zda se podaří takový ambiciosní plán splnit. Na druhé straně, když to srovnáme se současnou intenzivní výstavbu uhelných elektráren v Německu a nejnovějším plánem Německé vlády postavit dvacet nových uhelných bloků místo dosluhujících jaderných elektráren, je celkem jasné, kdo reálně více přispěje ke snížení produkce oxidu uhličitého.
Stavba bloku Bělojarsk-4
Financování bloku Bělojarsk-4 s reaktorem BN-800 se v roce 2005 vyřešilo pomocí státního rozpočtu a 18. června 2006 začala betonáž základové desky elektrárny. V listopadu 2007 mohla začít instalace jednotlivých částí samotného reaktoru. Začátkem prosince pak dorazily také dvě velké nádrže na tekutý sodík primárního okruhu. Jejich průměr je 4 m, délka 15 m a hmotnost 54 tun. V polovině prosince pak jedny z hlavních částí reaktoru. Do té doby na stavbě pracovalo zhruba 700 montérů a stavbařů, v tomto roce by se jejich počet měl zvýšit na 3000.
Maximálního počtu by měl dosáhnout v roce 2011, kdy zde bude 7000 lidí. Vlivem stavebního útlumu v devadesátých letech a velkému rozvoji v současnosti je velkým problémem sehnat dostatek zkušených lidí. Celková cena stavby se odhaduje na 60 miliard rublů (zhruba 40 miliard Kč).
Předpokládá se, že by se reaktor BN-800 mohl stát sériově vyráběným modelem rychlého množivého reaktoru využívající palivo obohacené plutoniem jak z klasických reaktorů tak z jaderných zbraní.
Ekonomický i komerčně atraktivní model BN-1800
V projekční fázi je i ještě větší rychlý reaktor BN-1800, který by se měl začít stavět v roce 2012 ihned po dokončení reaktoru BN-800. Předpokládá se, že jeho výstavba bude daleko jednodušší, protože se využijí zkušenosti získané při předchozí stavbě a infrastruktura i stavební a montážní kapacity budou připraveny. Dokončení se předpokládá v roce 2020. Pokud by se opravdu podařilo prodloužit životnost reaktoru BN-600 o plných patnáct let, mohly by v té době fungovat v Bělojarské jaderné elektrárně tři rychlé reaktory současně. Stavba má velmi silnou podporu vedení regionu, který se nachází těsně za Uralem, je silně průmyslový a představuje i zázemí pro severní těžební oblasti. Nemá však vodní zdroje a palivo pro uhelné zdroje se musí dovážet. Předpokládá se, že reaktor BN-1800 by se stal sériovým a ekonomicky velice atraktivním modelem, který by mohl být i velice výhodným vývozním artiklem. Pokud by šlo vše podle plánu, udrželo by se Rusko v čele využívání energetických rychlých množivých reaktorů při cestě za možností vytvoření uzavřeného palivového cyklu. Obrovský zájem o spolupráci v této oblasti má nejen Japonsko a další asijské velmoci. Pro Rusko by to byl velmi silný trumf pro období, než se vyvinou reaktory čtvrté generace. Získané zkušenosti by pak jistě posílily i jeho pozici při vývoji těchto nových reaktorů.
Stránky autora: http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/
Diskuze:
vnútro atómu je jednoduché
Somar Domaci,2013-09-26 13:47:58
To že pri zrážkach atómov pri vysokých rýchlostiach vzniká kopa častíc ešte neznamená že tieto častice existujú aj vo vnútri atómu. Tieto častice majú krátku životnosť a je ich veľa druhov. To skôr vypovedá o nahodilosti ich vzniku.
proč se vlastně používáí chlazení sodíkem?
ad,2008-04-11 17:58:37
jako naprostému laikovi mě to připadá nevýhodné, když už se může chladit např. výše zmíněným olovem. Zdá se mi, že roztavené olovo je v těchto podmínkách (500-600°C) prakticky inertní materiál.
Díky za odpověď, pokud budete někdo tušit.
Výhoda sodíku
Vladimír Wagner,2008-04-11 18:16:23
Základní výhodou sodíku je nižší teplota tání. Ta je pro sodík 98 stupňů a pro olovo 327 stupňů. Celý chladící okruh olova tak musí být na daleko vyšší teplotě. Proto je větší problém udržet cirkulaci roztaveného olova bez toho, aby nastalo někde ochlazení a ztuhnutí. Pro budoucí reaktory se však s olovem počítá a chlazené olovem jsou i některé reaktory pro ponorky. Rozdílů je více a zasloužilo by si to podrobnější rozbor.
aha, tak to je jasné
ad,2008-04-11 20:03:17
dík za odpověď, nějak jsem automaticky předpokládal že většina chladícího okruhu je v oblasti, kde je teplota nad teplotou tání olova, a mimo je pouze část chladící, ve které by se intenzita chlazení (tj. teplota "vratky" olova) zase měla dát poměrně snadno a bezpečně regulovat. Pokud to někde vede nějakými trubkami v okolním "chladném" prostředí, tak asi hrozí poměrně velké nebezpečí "zamrznutí" s následnou ztrátou chladící funkce.
Nemá
Ccecil,2008-04-13 15:18:44
Na ... (25 ° C) 28.230 J / (mol · K)
Pb ... (25 ° C) 26.650 J / (mol · K)
Výhodnější je taky tepelná vodivost. Svou roli hraje i hustota, negativně se zase projevuje velká chemická reaktivita.
PS: příště si to prosím najdi sama.
Tepelná kapacita
PK,2008-04-14 15:25:15
Možná je pro někoho významný rozdíl 10% při nereálné provozní teplotě, ale pro jiné bude asi významnější něco jiného. Taky si to najdi sám.
Ach jo...
Ccecil,2008-04-14 22:03:11
Teď dost dobře nechápu smysl narážky? Chlazení sodíkem se používá kvůli jeho velké tepelné kapacitě a jistě jiným dalším vhodným vlastnostem /třeba teplotě tavení, či vzniku radionuklidů a tepelné vodivosti/. Teplota tavení byla zmíněna výše, ostatní ne. O co ti PK jde? Mohl bys mi to prosím laskavě osvětlit? Já chtěl v dobré víře tazateli ad doplnit důvody používání Na, proto, že se na to ptal. Ani tebe, ani mistrině se to netýkalo.
Teď k tvé jízlivé poznámce. Jistě, kapalina Na je na tom trochu jinak než tuhá látka, ale ne o mnoho. V tabulkách to je a já ti to dohledávat nehodlám. Možná by nebylo od věci si také uvědomit, že se jedná o jednotku vztaženou na mol (22,98 : 207,2), takže reálně to bude mnohem víc než tvých 10% /nepřipadáš si hloupě?/, ikdyž to zase vykompenzuje hustota. Přesto je sodík podstatně účinnější chladící médium. Navíc tepelná vodivost sodíku je mnohem lepší. To je další z podstatných důvodů jeho použití.
Přesto se v některých konstrukcích nepoužívá a to ponejvíce z důvodů své velké reaktivnosti. (a nejenom pro to) Rozlité olovo maximálně ztuhne. Sodík má tendenci s vodou explodovat, zvláště při zvýšených teplotách. Potenciální havárie pak může být opravdu katastrofická.
Nevýhod sodíku je mnoho. Uvažuje se o úplně jiných konstrukcích množivých reaktorů a já nejsem a necítím se povolán o něčem takovém psát, protože o tom vím jen tak z rychlíku. Proto jsem vděčen za každý informativní článek. Přesto občas něco vím a pokud se někdo ptá, odpovím.
Ostatně PK by mohl místo prudění panu ad odpovědět sám. Nebyl by to rozhodně konstrujtivnější přístup? Bude ticho, omluvíš se, nebo na mne zase bezdůvodně zaútočíš?
Ccecile
Pavel,2008-04-15 12:46:44
Trošku ochlaďte svou rozpálenou hlavu a zkuste se ještě jednou nad tím zamyslet. Pro konstrukci reaktoru je asi důležitější než tepelná kapacina na kilogram tepelná kapacita na objem (protože trubky nemůžou být nekonečně tlusté, že), no a když to přepočítáte, tak vám vyjde, že olovo má na litr o polovinu vyšší tepelnou kapacitu než sodík. Račte si zagooglit.
To Pavel
Ccecil,2008-04-16 16:16:39
Samozřejmě že máte Pavle pravdu. Ostatně Vím, že Pb je hustější než Na. Proto jsem to taky nějaký odstavec výše zmínil, že rozdíl vykompenzuje hustota. Ono to ale nevyjde o polovinu, jak píšete. Rozdíl je menší, něco přes 15% pro taveninu. Ta důležitá věc je ale kombinace tepelné kapacity s velmi dobrou tepelnou vodivostí Na. V tomto bodě je na tom Pb hůř. Takže pokud chcete chladit a hlavně stíhat uchladit,(protože trubky nemůžou být nekonečně tlusté, že), jevil se pro některé konstruktéry JR sodík vhodnějším. Na další důvody se už musíte zeptat jich.
Mám jednu otázku prosím
Ccecil,2008-04-11 07:55:51
Děkuji za pěkné shrnutí a nové informace. Chtěl bych se prosím autora zeptat, jak je to s dalšími štěpnými produkty odpadu z množivých reaktorů. Respektive z hlediska jejich poločasů rozpadu a aktivity. Matně si z přednášek jaderné chemie vybavuji, že tento odpad je mnohem "nebezpečnější" a potřeba jeho mnohem delší skladování /cca 100000 let/ než odpadu z klasických reaktorů. Děkuji za odpověď.
Rychlý jaderný reaktor BN600 – spolehlivý
Vlasta,2008-04-09 19:17:08
No konečně!
Lidstvo je díky ryclým neutronům zachráněno!
Pryč s "globalwarmingem"!!!
Jen aby se nakonec z toho nevyklubal nějajký nový Černobyl...
Výborně!
Al,2008-04-10 07:24:32
Vy člověku mluvíte z duše! Ještě podotýkám, že uhelné elektrárny produkují každý rok v Evropě i ve světě několik takových Černobylů...
K tomu idiotská podpora současných naprosto neefektivních "obnovitelných" zdrojů, které spotřebují na výrobu několikrát víc energie (a tedy toho uhlí), než se z nich získá...
To vše pod hesly o záchraně planety...
dobry clanek o reaktorech
mazanek,2008-04-09 18:36:56
Dekuji za zajimavy clanek o reaktorech. Prestoze nepatrim mezi typickeho ctenare osla (pozor, vtip: tim, ze neplivu na ekology a nepropaguju jadernou energii:), mam k nemu jednu poznamku. (na otazku vyuziti jaderne energie nemam v podstate zadny hotovy nazor)
Po precteni mam pocit, ze autor "nadrzuje" jadernym elektrarnam, nebo je alespon povauje za dlohhodobe stabilni, efektivni a vyhodne. S tim nechci polemizovat.
Samotny fakt, ze clanek takto pusobi ma ovsem za nevyhodu, ze si jej nikdo z "protijaderne" verejnosti neprecte, protoze jej bude povazovat za zaplaceny, manipulujici a neobjektivni => neodborny.
To me ovsem stavi do pozice, kdy nemohu poslat odkaz na takovy clanek svym ekologicky zamerenym pratelum, protoze by se clankem odsoudili i me jako "jaderneho propagatora" (coz nejsem).
Tedy nejaky zaver:
Pokud by byl clanek napsan jeste vic "ekumenicky", bylo by mozne jej pouzit jako zajimavy i pro lidi, kteri nepovauji jadernou energii za reseni energetiky v budoucnosti a pomohlo by to vymene nazoru v civilizovanejsi forme.
Ja takovy clanek napsat neumim a ani na to neaspiruji, po odborne strance se mi to libi a byl bych rad za vic takovych clanku. Muj prispevek nema byt kritika, jen nazor...
Nevim, zda je to úplně vhodný přístup
Vladimír Wagner,2008-04-09 19:37:18
Díky za názor. Možná bych ale řekl, že přístup lidí, kterým se bojíte poslat tento článek je poněkud nešťastný. Můj osobní názor je, že by se měly využívat všechny zdroje energie, které jsou bezpečné, ekologické a ekonomické. Takže jsem pro solární, větrnou, vodní energetiku i spalování (uhlí, plynu,biomasy), ale vždy s uvážením, zda v daném měřítku, v daném místě a za daných podmínek příslušné zdroje splňují ty požadavky, které jsem jmenoval. Hrozně rád si přečtu článek od člověka, který je třeba zastáncem solární energie, pokud je to článek fundovaný, týkající se faktů a ten člověk tomu rozumí. Jde o to, že se z něho poučím a ne o to, že bych hledal, jaká loby za tím stojí. To co mě krká a co nečtu je, když člověk, který dané problematice nerozumí vůbec, začne při totální neznalosti posuzovat něco čistě z ideologických pozic. Takže mě nikdo neurazí přeposláním článku, který bude i proti používání jaderných elektráren, pokud to bude článek založený na faktech a od člověka, který problematice rozumí.V diskuzi pak ocením i upozornění na chyby, kritický názor, nesouhlas, ale v případě, že jsou v tom fakta a informace. Tedy, že mě příspěvek diskutujícího o něčem poučí a něco i navrhne, jako ten Váš. A není to jen bezduchý výkřik, jako se povedl Vlastě nebo Vlastovi nad Vami, který nejvýše řekne něco nepříliš lichotivého o svém autorovi.
pripojuji se
luke,2008-04-09 22:23:13
musim rict, ze jako totalnimu laikovi, se mi ten clanek moc libil; neznam pana autora, ale jeho schopnost vecne a poutave priblizit problematiku lame ako ja je obdivuhodna /libi sem mi predevsim priblizeni celkovych souvislosti, z jakeho duvodu se co dela... moc dobre se to cte/
patrne jde o cloveka z vyzkumu, ale mylim ze by mel v podobnych clancich pokracovat a to i proto, ze me tedy prisel clanek dosti ideologicky neutralni
Souhlas s mazánkem
Honza2,2008-04-10 14:46:28
Článek je pěknej se spoustou informací.
Je fakt, že autorovo nadšení a víra v atomovou budoucnost z toho dělá pro ekozmr... teda pardon ekologické aktivisty nestravitelnou slátaninu. No a co? Inteligentní zastánci alternativ si to klidně přečtou i tak a hloupí aktivisti stejně číst neumějí :-)
Přátelé mazánka......
PetrD,2008-04-11 12:10:45
Vážený pane, neodolal jsem a zapojím se do diskuse...
Nejdříve chci poděkovat autorovi za velice poutavý a poučný článek.
Pane Mazánku nevím kdo jsou Vaši ekologicky zaměření přátele, ale nemýlíl-li se tak autor tohoto článku je RNDr. Vladimír Wagner, CSc.; ÚJF AV ČR. Od koho fundovanějšího by chtěli informace??? Naopak si myslím, že autor napsal velice pěkný článek nezaujatým pohledem...
Já se mezi ekology řadím a upřimně řečeno nechápu, jak může někdo jedním dechem promlouvat o ekologii i zavrhovat jadernou technologii najednou...(viz. SZ, ale to už je jiná debata.)A když už jejich ideologie vylučuje soužití s jadernými reaktory, tak by se ale tak jako tak měli s touto problematikou seznámit(jak proti tomu chtějí bojovat, když nebudou znát základní probleatiku)??
Pokud mohu, tak tento článek Vašim přátelům jedině doporučuji, neboť sluneční a větrná energie je krásná, ale pokud někdo nepříjde v nejbližší době na nějaký úplně nový energetický zdroj, tak si myslím, že nás jádro nemine...
zkusil jsem to
mazanek,2008-04-12 00:13:51
Zkusil jsem upozornit na tento clanek nektere lidi kolem sebe, ale nesetkava se to s uspechem...
priciny, jak je vidim:
Environmentalne zamereni lide vice ci mene splnuji nektere z techto vlastnosti: (podle meho pozorovani)
* jsou frustrovani z technickeho pokroku, nerozumi mu (a tedy se ho podvedomne boji)
* maji sklony ke kategorizaci (dobre/spatne)
* vidi kolem sebe velke poskozovani prirody na ruznych urovnich
* jsou citlivi k velkym socialnim nerovnostem
* maji obavy z budoucnosti
* negativni predsudky vuci (temer) cekukoli, co ovladaji velke nebo mezinarodni spolecnosti (motiv zisku misto pomahani spolecnosti)
Zkousel jsem na clanku najit to, co z nej dela ten "spatny", krom odborneho zaujeti autora pro vec (ktere nelze vycitat, jen konstatovat) zustava fakt, ze clanek je o symbolu protestu ceskych environmentalistickych organizaci - kterym byl (nebo jeste je?) Temelin.
Zaverem - s clankem se nic moc delat neda, zmenit se musi lidi:)
Kuriozita
nadar,2008-04-09 17:13:25
Vážení přátelé,
víte o tom, že Československo (konkrétně První brněnská strojírna Brno, pracovičtě Brno a Třebíč) byla v 70. a 80. létech minulého století první a jedinou zemí na světě, která exportovala tak nesmírně složité zařízení jako byly parní generátory na rychlou sodíkem chlazenou BN350? Urodilo se tehdy okolo toho spousta patentů, protože problematika byla úplně nová, a kam člověk zabrousil, už mohl patentovat. Byly to bohatýrské doby pro pány projektanty, konstruktéry, dělníky i montážníky. Tož tak.
reaktory stvrtej generacie
ren00r,2008-04-09 11:40:54
mohol by niekto (strucne) vysvetlit co su to reaktory stvrtej generacie? dakujem
4 generacia
rotavator,2008-04-09 17:07:12
Strucne povedane su to reaktory ktore dokazu vyuzit ako zdroj, palivo ktore sa neda pouzit v sucasnych reaktoroch. Neviem to presne, ale pomocou tychto reaktorov (alebo az reaktorov 5 generacie???)budeme mat dost paliva pre jadrove elektrarne na tisicrocia, kdezto so sucasnymi typmi reaktorov by sa nam vhodne palivo minulo uz za par desatroci (storoci???)
horsefakr,2008-04-09 17:13:29
pan google to zase vedel...
http://www.csvts.cz/cns/news05/050418s.htm
jsou to například tyto typy
nadar,2008-04-09 17:16:28
Ale je jich více. Je to skutečně pouze výtah:
• Plynem chlazené rychlé reaktory (GFR).
Reaktory typu GFR mají uzavřený palivový cyklus, takže spotřebovávají i velmi radioaktivní aktinoidy. Jde o jednookruhový rychlý energetický reaktor chlazený heliem. Díky vysoké teplotě, na které pracuje, jej bude možné využít nejen k výrobě elektřiny ale i k výrobě vodíku termochemickou cestou.
• Rychlé reaktory chlazené kapalným olovem nebo eutektickou slitinou olovo bismut (LMFR)
Jako chladivo se používá kapalné olovo nebo kapalná eutektická směs olova a bismutu. Díky vhodným fyzikálním a korozním vlastnostem chladiva je reaktor bezpečný. Reaktory mohou sloužit k výrobě elektřiny i vodíku.
• Reaktory chlazené tavenými solemi (MSR)
Uranové palivo je rozpuštěno v tavenině solného chladiva, které pod nízkým tlakem cirkuluje v grafitovém jádru reaktoru. Sekundární chladící systém je využívaný na výrobu elektřiny, reaktor je možné využít i na výrobu vodíku. Reaktor je určen pro zpracovávání izotopů s dlouhým poločasem rozpadu – převážně plutonia a aktinoidů.
• Reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry (SCWR)
Stejně jako většina dnešních reaktorů využívá k chlazení vodu, ovšem s teplotou až 550°C a pod tlakem 25 MPa. Voda s těmito parametry přímo pohání turbínu (není zde tedy klasický převod na páru), což zvyšuje tepelnou účinnost až na 44 % (tj. asi o třetinu vyšší než současné lehkovodní reaktory). Reaktor je určen na výrobu elektřiny a je vysoce ekonomický.
Reaktory čtvrté generace
Vladimír Wagner,2008-04-09 18:02:58
Pokusím se o krátké vysvětlení. Již nějakou dobu se v široké mezinárodní spolupráci pracuje na koncepci nových energetických reaktorů, které by jak z hlediska bezpečnosti, stupně využití zásob uranu a ekonomické efektivity vysoce převyšovaly ty dosavadní. Zaměřují se také na využití pro produkci vodíku. Mezinárodní komunita se dohodla na rozvíjení šesti různých koncepcí. Z nich tři až čtyři lze zařadit mezi rychlé reaktory. Různé státy se ve vzájemné spolupráci více zaměřují na některý z těchto šesti typů. U nás se odborníci zaměřují na typ využívající jako palivo uran rozpuštěný v tekutých solích. S chemií těchto solí mají kolegové ve vedlejším ústavu (ÚJV a.s.) velké zkušenosti. Zavedení těchto reaktorů se předpokládá v letech 2020 až 2030. Nejsem sice reaktorový expert, ale pokud bude na Oslovi zájem, mohu povídání o těchto reaktorech napsat. Srovnat jejich vlastnosti, výhody a nevýhody.
Moc bych stál o nějaké informace
Al,2008-04-10 09:22:24
Pane Wágner, moc bych stál o nějaké informace resp. nějaký další článek...
zivotne prostredie
mikjs,2008-04-09 08:11:46
no kdo by to povedal ze najnadejnejsi prispevok k ochrane zivotneho prostredia pride z ruska
Všechny jaderné technologie
Atomic,2008-04-09 11:10:44
...mají jeden společný problém (když pominu jejich bezpečnost) a sice to, že mohou být snadno zneužity pro vojenské účely různými mocenskými a teroristickými skupinami. Takže dokud naše civilizace bude vypadat tak jak vypadá, každé takové zařízení sníží jadernou bezpečnost celku. Krom toho vývoj rychlých množivých reaktorů probíhá překvapivě pomalu.
Nesouhlas
Jose,2008-04-09 11:17:03
Snadno rozhodně být zneužity nemůžou, výroba použitelné jaderné bomby je extrámně složitá záležitost kterou zvládá pár nejvyspělejších států. A tak zvaná špinavá bomba je pouhý humbuk, potenciálně způsobené škody zdaleka nevyváží riziko spojené s jejím použitím a s následnou odvetou. Je mnoho efektivnějších způsobů jak škodit.
výroba použitelné jaderné bomby je složitá
Atomic,2008-04-09 14:31:35
Obávám se že nikoliv, zvlášť když ji bude možné k cíli dopravit dodávkou. Každá země, která zvládne obohacování paliva pro rychlé reaktory zákonitě zvládne i čistého plutonia a s dostatečným množstvím bych si troufal vyrobit atomovku i já sám, veškerá potřebná dokumentace je na webu.
to Atomic
Al,2008-04-09 14:47:54
... a nejste taky ještě "nádavkem" proti radaru, který by měl chránit země NATO (tedy i nás) právě před takovými "šikovnými státy"? :)
Obohaceni na bombu nestaci
jirkan,2008-04-09 18:12:20
Na vyrobu bomby rozhodne jen obohaceny material nestaci. Jeste musite odstranit izotopy s kratkym polocasem rozpadu, jinak diky predetonaci vykona par kilo tritolu mnohem vic prace, a pak zbyva "drobnost" v podobe implozivniho mechanismu ktery ten vysledek dokaze dokaze dostatecne rychle stlacit, jinak se to cele staci vyparit mnohem driv nez se uvolni dostatecna energie, v idealnim pripade doplnene necim co do toho presne v okamziku pred nejvetsim stlacenim dokaze napumpovat co nejvic neutronu.
A pak dalsi desitky let vyvoje, jak ten mnohatunovy kolos zmensit tak aby se vubec do dodavky vesel.
Rekl bych, ze terorista ma mnohem levnejsi a ucinnejsi moznosti, nez aby utracel stovky miliony za velmi nejisty vyzkum. ;)
a nejste taky ještě "nádavkem" proti rad
Atomic,2008-04-09 18:26:05
Nejsem fanda radaru a nemyslím si, že nás před nějakou dodávkou zachrání. Radar není určen pro ochranu před těmito státy a díky ruským inspekcím, dohodnutým američany nám zajistí po patnácti letech opět ruskou vojenskou přítomnost v zemi. Kdysi se takovému aktu říkalo velezrada, za času Vasila Bilaka pozvání, dnes nevím.
re jirkan
Atomic,2008-04-09 18:29:44
Ano, k tomu všemu podrobná dokumentace k dispozici je. A samozřejmě také mnohem lepší dostupnost moderních technologií, které řadu věci zjednoduší. První atomovka měla průměr asi dva metry, od roku 1964 vejde do fotbalového míče, nemyslím si, že by s její miniaturizací do objemu dodávky byl takový problém.
to Atomic
Al,2008-04-09 18:50:19
Zneužito teroristy může být cokoliv a např. v rámci předběžné opatrnosti může být rizikové opět cokoliv.
Vidím ale, že kolega "Atomic" je takový klasický obránce planety, co jedním dechem káže o nebezpečí atomu a druhým straší Rusy a Bilakem...
Chraň nás Pán Bůh před takovými "bojovníky za mír"...
Teroristi a rebelové
petr,2008-04-10 10:53:16
Chtěl bych ujistit diskutéry, že vyrobit teoreticky jadernou bombu pro přenos v "ruce" není problém. Za dob studené války byly vytvořeny koncepce (nebo dokonce skutečné?) "jaderných min", které přenášeli vojáci! Kritickou hmotu může spojit i terorista sebevrah, který nepotřebuje ani gram TNT, který se k tomu jinak dává do jaderné bomby. Hlavní překážkou je vlastně jen získání čistého jaderného materiálu v potřebném množství!!! O morálce a dalších omezeních u takových lidí nelze moc uvažovat. Proto je nutno sledovat, co se děje z jaderným materiálem a proto je nutno zabránit Iránu a dalším ve výrobě čistých jaderných materiálů a jejich zneužití. Ostatní svět se snaží neposkytnout ani teoretickou šanci mít možnost získat jaderný materiál. To, že někdo má obohacený U, ještě neznamená, že se z toho dá vyrobit bomba. Hlavní omezení není teoretická znalost, ale technická vyspělost!!!
Přestaňte však na druhou stranu strašit lidi jadernou hrozbou. Pro teroristu je lepší semtex a pro civilisty je potenciálně nejnebezpečnější jízda autem, ..., alkohol a drogy,..., chemické továrny, těžký průmysl, těžba uhlí, ... a pak až provoz JE. (pro odpůrce JE, radary jste už snad probrali)
petre mylite se
jirkan,2008-04-10 12:20:32
ten TNT (nebo jina vysoce explozivni vybusnina - cerny prach nestaci) je tam nezbytne nutny. Uvedomte si co se bude dit kdyz spojite dve podkriticka mnozstvi pomalu.
Jak je budete priblizovat, bude se stale zvysovat pocet stepeni iniciovanych kazdym samovolnym rozpadem (cca 1000/sec u U235, mnohem vic u Pu239 - proto "kanonova konstrukce" funguje jen u uranovych bomb, na Pu potrebujete rychlejsi dosazeni nadkritickeho mnozstvi).
Jak je budete rucne dal priblizovat, jednak se budou navzajem odpuzovat, a navic se budou znacne ohrivat. V okamziku kdy se vam vypari v ruce, tak sice budete uz mrtvy :), ale cela konstrukce se Vam rozleti s efektivni silou par stovek gramu tritolu - plus minus tolik energie, kolik je potreba bud na odhozeni tech dvou kusu od sebe, a/nebo na jejich vypareni.
Na to, abyste udelal efektivni jadernou minu (radove kt) byste tema dvema kousky hmoty musel proti sobe hodit rychlosti nekolika kilometru za sekundu, doprostred napustit trocho smesi deuteria s tritiem, cele to jeste oplacat beryliem nebo jinym reflektorem neutronu...
Jinak receno - pokud chcete udelat explozi, nestaci spojit dve podkriticka mnozstvi (coz neni problem). Potrebujete je udrzet v silne nadkritickem stavu dostatecne dlouho na to, aby se stacila rozstepit nezanedbatelna cast stepneho materialu driv nez se cela konstrukce rozleti do sice horkeho, ale podkritickeho stavu, ktery dalsi energii proste neuvolni i kdybyste se rozkrajel. A to je ten technologicky narocny problem, ktery nezny terorista rozhodne snadno nevyresi.
Mýlíte se?
petr,2008-04-10 12:53:49
1000/s? To asi víte hodně málo. Nemýlím se. To co popisujete je maximálně zefektivnit výbuch, ne ho uskutečnit. Nevím, proč bych měl přibližovat dvě podkritické hmoty tak pomalu, abych si ohřál ruce. Jste jistě dost sečtělý, ale ... Tajné info, co uniklo z americké armády je jistě velmi zajímavé. Možná byste uvítal i další informace. Jistě chápete, že kritické množství na tepelných neutronech je menší, než na rychlých. Určitý názor můžete získat z diskuze níže z účinných průřezů. Jinak děkuji, ale štěpná bomba nepotřebuje ani deuterium. To už jste dále u vodíkové pumy.
Jednoduchá výroba jaderné bomby?
Vladimír Wagner,2008-04-10 13:59:51
Vždycky mě fascinují řeči ve stylu: "Přečetl jsem si návod na internetu a i já bych dovedl vyrobit jadernou bombu". Fyzikální princip vytvoření lavinovité řetězové štěpné reakce je jednoduchý. Dáme dvě podkritická množství štěpného materiálu dohromady a je to. Ono to ovšem není vše. Ke spojení podkritických množství musí dojít velmi rychle, během doby menší než 100 mikrosekund (10^-4 s). Při pomalém přibližování by lavinovitá reakce probíhala postupně a většina nálože by se rozprášila dříve než by se rozštěpila. Je jasné, že tak rychle to žádný terorista ručně nezvládne. A proto tam musí být ta klasická výbušnína (detonátor), která zajistí, aby k tomu přiblížení došlo. Bez toho by to opravdu nefungovalo. V prvních bombách se jedno podkritické množství vstřelovalo do druhého. V takových podmínkách se spousta štěpného materiálu rozpráší před štěpením, takže tyto bomby byly velké. A i takový detonátor není jednoduché udělat. V pozdějších typech byl soubor podkritických množství obklopen chemickou výbušninou a po její explozi se spojil. Umožňuje to zmenšení bomby a zefektivnění jejího účinku, ale exploze musí být perfektně sladěná prostorově i časově. Takový detonátor už vůbec není jednoduché udělat. A to jsme jenom u případu, že máme izotopicky čistý štěpný materiál (přesně definované jeho jaderné vlastnosti). Ten se v palivovém cyklu (pokud už se nezaměřujeme přímo na výrobu pro zbraně) nevyskytuje. Separace různých izotopů je hodně náročná a není to věc, kterou lze dělat bez průmyslového zázemí.
Výroba bomby
Honza,2008-04-10 15:14:16
Mě zase fascinují řeči ve stylu: "Výroba atomové bomby není tak jednoduchá...". Zvlášť z klávesnice chytrejch a šikovnejch lidí, kteřý by tu bombu do roka dali dohromady, mít materiál. :-)
Re: Výroba bomby
edison,2008-04-11 22:12:18
Většina věcí vypadá jednoduše, pokud o nich nic nevíte. Jakmile v tom začnete šťourat a zkoumat, jak to udělat, objevíte jeden, či několik naprosto zásadních zádrhelů. Po čase přijdete na to, jak je řešit a zas to vypadá jednoduše. (tento cyklus se může několikrát opakovat) Postoupíte tedy o úroveň dále a narazíte na další zádrhel, který tentokrát nemá triviální řešení, resp. řešení vychází na spousty hodin práce spousty kvalifikovaných lidí. - To je ten okamžik, kdy zjistíte, proč to nikdo nemá, je to drahé, nedostupné, ...
Plutonium?
Pavel,2008-04-09 07:28:39
Jak si matně vzpomínám, tak nám ve škole tvrdili, že Pu239 má veký účinný průřez pro záchyt neutronu a dvěma záchyty se rychle mění na Pu241, které není štěpné. Proto také reaktory pro produkci Pu239 měly speciální uspořádání, aby se z nich dalo to Pu extrahovat předtím, než zachytí ty neutrony. Extrémem asi byly francouzké pokusy s reaktory s tekutou aktivní zónou. I množivé reaktory se navrhují tak, že jádro je obklopeno U238, ze kterého se Pu239 extrahuje dříve, než se promění na Pu241, tedy to plutonium se netvoří přímo v reaktoru. Jak to tedy je s tou produkcí Pu239 v rychlých reaktorech?
Pu a U238
petr,2008-04-09 09:50:07
V článku je drobná chyba, že U238 se neštěpí. On se štěpí právě jen rychlými neutrony a mimo to se také někdy neštěpí, ale zachytává neutron a mění se na Pu. Ten obal okolo "jádra" je tedy také "reaktor", kde vzniká teplo a nové palivo. Tam, co je palivo, je oblast, která se česky nazývá aktivní zóna. A to okolo i aktivní zóna pak bývá nazýváno reaktorem.
Plutonium
PK,2008-04-09 11:06:22
Pu239 má větší pravděpodobnost, že se rozštěpí než, že se přemění na další transurany. To proto se to vytahuje včas, aby se tam to Pu239 moc neštěpilo, ale zase ne brzo, aby ho tam také dost vzniklo.
Jak je to se štěpením 241Pu a 238U
Vladimír Wagner,2008-04-09 16:44:20
Pokusím se co nejsrozumitelněji odpovědět na otázky vyslovené v této diskuzi. Bohužel se sem nedá vložit tabulka s pravděpodobnostmi štěpení, která by to objasnila nejnázorněji. Tak to musím trochu opsat. Veličinou, která v jaderné fyzice opisuje pravděpodobnost reakce je účinný průřez. Vyjadřuje se v jednotkách plochy, které se nazývají barn a je to 10^-28 m. To není tak důležité, ale podstatné je, že jestliže je účinný průřez reakce třeba desetkrát větší, je i pravděpodobnost reakce desetkrát větší. Jako odpověď bych mohl jednoduše napsat. Plutonium 241 je štěpné (všechny liché izotopy uranu a plutonia se štěpí – souvisí to s párováním nukleonů v jádře). V rychlém reaktoru je pravděpodobnost štěpení plutonia 239 o více než řád větší než jeho přeměna na Pu 240 záchytem neutronu. Proto je velice vhodný na spalování plutonia. V klasické reaktoru je štěpením zhruba jen třikrát více pravděpodobné než přeměna na Pu240. Petr má pravdu, že se rychlými neutrony dá štěpit i U238. Ovšem pravděpodobnost tohoto štěpení je v rychlém reaktoru o řád menší než absorpce neutronu a vznik plutonia. Navíc je tato pravděpodobnost dokonce o dva řády menší než pravděpodobnost štěpení uranu 235 nebo plutonia 239 v tomto reaktoru. Takže vliv tohoto štěpení je třeba v chodu reaktoru započíst, ale je malý a nelze ho využít jako paliva. A teď konkrétní čísla. Účinné průřezy jsou v barnech. Nejdříve tedy data pro klasický pomalé neutrony (klasický reaktor): Účinné průřezy štěpení: 235U – 582 barn, 238U – neprobíhá, 239Pu – 742 barn, 241Pu – 1009 barn, účinné průřezy pro absorpci:235U – 100 barn, 238U – 2,7 barn, 239Pu – 270 barn, 241Pu – 368 barn. A nyní pro rychlé neutrony (rychlé reaktory): Účinné průřezy štěpení: 235U – 1,25 barn, 238U – 0,017 barn, 239Pu – 1,65 barn, 241Pu – 1,55barn, účinné průřezy absorpce: 235U - 0,11 barn, 238U – 0,17 barn, 239Pu – 0,09 barn, 241Pu – 0,06barn. Závěr tedy je, že pokud chceme plutonium v rychlém reaktoru spalovat, je to velmi efektivní a nemusíme se záchytu bát. Pokud ho chceme pouze vyrábět, je třeba tomu uzpůsobit konfiguraci reaktoru a je dobré včas je vydělit.
Pane Wagnere
Pavel,2008-04-10 09:11:57
Díky za vysvětlení. Já tušil, že zakopaný pes bude v závislosti účinného průřezu na energii neutronů.
Ale ještě jedna poznámka. Já se vyjádřil nepřesně, že Pu241 není štěpné, chtěl jsem tím říci, že neudrží řetězovou reakci, protože nevyjde bilance neutronů (a proto se také nehodí k výrobě atomové bomby). Je to tak, nebo se opět mýlím?
Dopnění
petr,2008-04-10 10:03:33
Velice děkuji panu Wagnerovi za upřesnění. Neměl jsem čas hledat čísla a toto jeho vysvětlení podpořené příslušnými hodnotami to snad vyjasňuje i laikům. Omlouvám se za svoji degradaci pravděpodobnosti přeměny U238 na Pu239. Nebylo to mým úmyslem. Jen musím dodat, že vedle pravděpodobnosti příslušného "pochodu" je nutno vzít v úvahu i podíl daného prvku. To je také důvod, proč se aktivní zóna dělá nehomogenní, obohacuje se její jádro o lépe štěpitelný materiál a okolo se dává ochuzený U (tedy U238) jako "reflektor", který má hlavní úkol vychytat (zužitkovat) neutrony, které by unikly z aktivní zóny, nebo je dokonce vrátit zpět.
Jádro má vedle vysokého podílu lépe štěpitelného U235 nebo Pu239 také vysoký podíl U238 (cca 4x více) je tedy zde také významným zdrojem pro tvorbu Pu. Naproti tomu jak roste podíl Pu239 v "reflektoru" roste i podíl jaderného štěpení zde a tudíž i vývin tepla. Je to tedy všechno složitější, ale nemá smysl to zase v "osvětovém" článku zbytečně komplikovat.
Článek je velice dobrý a pár (skutečně minimum) zjednodušení nebo překlepů mu nic neubírá na principiální pravdivosti a podání zajímavých informací dokonce i pro "odborníky". Autorovi ještě jednou děkuji za článek, ale hlavně za reakce na diskuzi. To už jsem ani nečekal, že to bude tak zodpovědně vysvětlováno (viz i výše).
To Pavel
petr,2008-04-10 10:16:55
Z dat od pana Wágnera je zřejmé, že Pu241 má lepší hodnoty pro štěpení než U235 (viz hlavně pro rychlé neutr., na kterých běží jaderná bomba). Lze-li tedy vyrobit bombu z U235, lze ji udělat i z Pu241. Zároveň je zde také jasné, proč se bomba dělá "raději" z Pu239 než z U235. Je při stejné hmotnosti ničivější, ale hlavně bouchá už při menší velikosti (kritická hmota velikosti grapefruitu). To umožňuje ji snadněji dopravit na žádané místo.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
