Typy jadrových reakcií

Medzi atómami a elementárnymi časticami môže dochádzať k mnohým rôznym typom interakcií. V jadrovej energetike je najdôležitejšou reakciou interakcia neutrónu s atómovým jadrom a jeho následné štiepenie. Aj takéto stretnutie však môže prebiehať viacerými spôsobmi.

Bez interakcie

Ak neutrón preletí v blízkosti atómového jadra vo vzdialenosti väčšej než približne 2 × 10^-15 cm, silná jadrová interakcia sa neuplatní a medzi neutrónom a jadrom nedôjde k žiadnej reakcii.

Pružný rozptyl

Dopadajúci neutrón sa môže odraziť od atómového jadra v súlade so zákonmi zachovania energie a hybnosti a pokračovať ďalej iným smerom. Pri zrážke odovzdá jadru časť svojej kinetickej energie, jadro sa však neexcituje a nedochádza k žiadnej jadrovej premene. Takáto reakcia sa označuje ako pružný rozptyl.

Túto interakciu si možno predstaviť ako zrážku pingpongovej loptičky (neutrónu) s bowlingovou guľou (jadrom). Pri zrážke rýchleho neutrónu s energiou vyššou než 0,1 MeV s jadrom uránu ²³⁵U dochádza často práve k pružnému rozptylu. Na spomaľovanie neutrónov sa veľmi často využívajú pružné zrážky s jadrami vodíka.

Vedeli ste, že...?

Pravdepodobnosť, že bude neutrón za daných podmienok (najmä pri určitej kinetickej energii) pohltený atómovým jadrom, sa vyjadruje veličinou nazývanou účinný prierez pre záchyt neutrónov.

 

Nepružný rozptyl

Pri nepružnom rozptyle odovzdá neutrón jadru časť svojej kinetickej energie. Neutrón sa spomalí a jadro prejde do excitovaného stavu. Prebytočnú energiu následne uvoľní emisiou fotónu gama žiarenia alebo iným typom jadrovej premeny. Ak je odovzdaná energia dostatočne veľká, môže dôjsť aj k rozpadu jadra.

Radiačný záchyt

Pri radiačnom záchyte je neutrón pohltený atómovým jadrom, čím vznikne zložené (kompozitné) jadro. Energia neutrónu sa odovzdá jadru, ktoré sa dostane do excitovaného stavu. Následne sa jadro vracia do stabilnejšieho stavu emisiou fotónu gama žiarenia alebo inou jadrovou premenou.

V jadrovej energetike sa na pohlcovanie neutrónov a reguláciu štiepnej reťazovej reakcie často využíva bór alebo kadmium, pretože majú veľmi vysokú schopnosť zachytávať neutróny.

Štiepenie

K štiepeniu dochádza vtedy, keď neutrón prenikne do jadra a odovzdá mu energiu. Jadro sa rozkmitá natoľko, že ho silná jadrová interakcia už nedokáže udržať pohromade. Postupne sa predlžuje, vytvorí sa zúženie a napokon sa rozdelí na dva približne rovnako veľké štiepne fragmenty.

Takýto priebeh je typický pri interakcii pomalého neutrónu s energiou približne 0,02 eV s jadrom uránu ²³⁵U. Vzniknuté štiepne fragmenty sa od seba vzďaľujú rýchlosťou približne 10 000 km/s a postupne sa spomaľujú pri zrážkach s okolitými atómami. Súčasne sa zo vznikajúceho štiepenia uvoľnia dva až tri rýchle neutróny, ktoré môžu vyvolať ďalšie štiepenie. Podobným spôsobom sa môže štiepiť aj jadro plutónia alebo uránu-233, ktorý vzniká z tória.

 

Vedeli ste, že...?

Jadro ²³⁸U najčastejšie reaguje radiačným záchytom. Po zachytení neutrónu sa prostredníctvom dvoch po sebe nasledujúcich beta premien premení na plutónium ²³⁹Pu.