nukleárna energia

je energia uvoľnená počas štiepenia atómových jadier. Energia hocakého systému, či fyzikálneho, chemického alebo nukleárneho je preukázateľná svojou schopnosťou, konať prácu, uvoľňovať teplo alebo žiarenie. Celková energia systému sa vždy zachováva, ale môže byť prenesená do iného systému alebo môže zmeniť formu.


Približne do konca osemdesiatych rokov bolo hlavným palivom drevo. Počnúc Priemyselnou Revolúciou, ľudia čoraz viac využívali fosílne palivá – uhlie a petrolej. Keď dochádza k spaľovaniu fosílneho paliva, ako napríklad uhlia, atómy vodíka a uhlíka kombinované s atómmi kyslíka zo vzduchu, produkujú vodu a oxid uhličitý. Dochádza k uvoľňovaniu tepla. Množstvo energie, ktoré sa uvolní takýmto spôsobom, je typické pre reakcie pri ktorých dochádza k zmene elektrónovej štruktúry atómov.

Časť energie uvolnenej ako teplo udržuje ostatné palivo dostatočne horúce aby reakcia mohla ďalej pokračovať.
Atóm- Atóm pozostáva z malého, pozitívne nabitého jadra, obklopeného elektrónmi. Jadro, zaberajúce väčšiu časť atómu, sa skladá z neutrónov a protónov, navzájom viazaných silnými jadrovými silami, omnoho väčšími ako sú elektrické sily, ktoré viažu elektróny k jadru.


Hmotné číslo A jadra sa rovná počtu nukleónov, alebo protónov a neutrónov, obsahuje atómové číslo Z, ktoré vyjadruje počet pozitívne nabitých protónov. Špecifické jadro je určené ako podiel A a Z (X)-prvku, napr. 235/92U –vyjadrenie uránu. Väzbová energia jadra je miera, akou sú protóny a neutróny spolu viazané jadrovými silami.


Väzbová energia jedného nukleónu, alebo energia potrebná na odštiepenie jedného protónu alebo neutrónu z jadra, je funkcia hmotného čísla A. Krivka väzbovej energie naznačuje, že ak dve ľahké jadrá splynú a vytvoria ťažšie, alebo ak sa ťažšie jadro rozdelí na dve, dôjde k pevnejšiemu spojeniu jadra a energia sa uvoľní.


Nukleárna energia, ktorá sa meria v meria v miliónoch elektrón-voltoch (MeV) je uvoľňovaná pri splynutí dvoch ľahkých jadier, kedy dochádza k reakcii dvoch vodíkových jadier, deuterónov:

1H + 2 H --- 3He + 1n + 3.2MeV (1) za vzniku hélium-3 atómu, voľného neutrónu a 3.2 MeV. Nukleárna energia sa uvoľňuje pri štiepení ťažšie jadra ako napríklad 235/92U indukovaného absorpciou neutrónu za vzniku
1n + 235U --- 140Cs + 93Rb + 31n + 200 MeV (2)
cézia-140, rubídia-93, troch neutrónov a 200 MeV. Nukleárne štiepenie jadra uvoľňuje 10 miliónov krát viac energie ako pri typickej chemickej reakcii.

Nukleárna energia zo štiepenia jadier Dve kľúčové znaky nukleárneho štiepenia jadier sú zakotvené v reakcii číslo 2. Prvý, je veľké množstvo energie vylúčenej pri štiepení. V určitej jednotke, štiepenie jedného kilogramu uránu-235 uvolní 18.7 miliónov kwh formou tepla. Druhý, štiepny proces štartujúci absorpciou jedného neutrónu v urániu-235 uvoľňuje približne 2.5 neutrónov v priemere, z delenia jadier.


Neutróny uvoľnené takýmto spôsobom rýchlo zapríčiňujú štiepenie ďalších dvoch atómov, tým dochádza k uvolneniu štyroch alebo viacerých neutrónov, ktoré spustia samo sa podporujúce série nukleárnych štiepení alebo reťazovú reakciu, ktorá postupne uvoľňuje nukleárnu energiu. Prírodne sa vyskytujúci urán obsahuje iba 0.71 percent uránu-235, zvyšok je nefosílny izotop urán-238. Objem prírodného uránu ako takého, bez ohľadu na veľkosť nemôže udržať reťazovú reakciu, lebo len urán-235 je ľahko štiepitelný.


Pravdepodobnosť, že štiepenie neutrónu s počiatočnou energiou 1 MeV bude indukovať štiepenie je veľmi malá, ale môže byť zvýšená stonásobne, ak dôjde k spomaleniu neutrónu cez série elastických zrážok z ľahkými jadrami, ako sú napríklad vodík, deuterón, alebo uhlík. Tento fakt je dôležitý pri výrobe praktických energiu produkujúcich štiepnych reaktorov. V decembri 1942 sa na univerzite v Chicagu podarilo talianskemu fyzikovi Enricovi Fermimu, vytvoriť prvú reťazovú reakciu vôbec. Bola založená na využití prírodného kusa uránu rozloženého vnútri čistého grafitu. Vo Fermiho laboratórnom reaktore, grafitový regulátor poslúžil ako spomaľovač neutrónov.