Riadenie a stavy reťazovej reakcie

Štiepna reťazová reakcia jadier uránu sa môže rozvinúť iba za priaznivých podmienok. Ak jej priebeh nie je nijako regulovaný, hovoríme o neregulovanej reťazovej reakcii. Za určitých podmienok (napríklad v jadrovej zbrani) môže prebiehať mimoriadne rýchlo, vo väčšine ostatných prípadov však samovoľne zanikne.

Na mierové účely, predovšetkým v jadrovej energetike, musí byť možné túto reakciu spoľahlivo riadiť – zvyšovať alebo znižovať jej intenzitu, uvádzať reaktor do prevádzky a bezpečne ho odstavovať. Keďže intenzita štiepnej reťazovej reakcie závisí predovšetkým od počtu voľných neutrónov v aktívnej zóne reaktora, najjednoduchším spôsobom jej regulácie je zmena množstva absorbátorov neutrónov. Podľa priebehu reťazovej reakcie rozlišujeme tri základné stavy jadrového reaktora.

 

Podkritický stav

V podkritickom stave je v aktívnej zóne reaktora prítomné také množstvo absorbátorov, že sa pohltí viac neutrónov, než koľko ich vzniká pri štiepnych reakciách. V každej ďalšej generácii sa preto na reťazovej reakcii podieľa čoraz menej neutrónov, až sa reakcia úplne zastaví. Tento stav sa využíva pri znižovaní výkonu reaktora alebo pri jeho odstavení.

Kritický stav

V kritickom stave zostáva počet neutrónov v aktívnej zóne reaktora konštantný. V každej generácii sa rozštiepi približne rovnaký počet jadier, takže reťazová reakcia prebieha ustálenou rýchlosťou. Ide o bežný prevádzkový stav jadrového reaktora.

Nadkritický stav

O nadkritickom stave hovoríme vtedy, keď počet neutrónov v aktívnej zóne rastie. V dôsledku nedostatku absorbátorov spôsobuje dostatočný počet uvoľnených neutrónov ďalšie štiepenie, takže v každej nasledujúcej generácii rastie počet neutrónov aj intenzita reťazovej reakcie. Tento stav sa využíva pri spúšťaní reaktora alebo pri zvyšovaní jeho výkonu.

Vedeli ste, že...?

Prvá samovoľná štiepna reťazová reakcia prebehla približne pred dvoma miliardami rokov v lokalite Oklo v dnešnom Gabone. Dažďová voda prenikla do ložiska uránovej rudy, pôsobila ako moderátor neutrónov a umožnila vznik prírodného jadrového reaktora.