A láncreakció
Zsigó Zsolt
2003/03/23 20:02
3169 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A magyar Szilárd Leó - Fermivel közösen - még 1939-ben kimutatta, hogy a hasadási folyamatban kettőnél több szabad neutron keletkezik, ami további, rohamosan növekvő számú hasadáshoz, minden korábbi képzeletet felülmúló reakciósorozathoz vezethet.

Hogyan hozhatunk létre láncreakciót?

A maghasadás során a két hasadványmagon kívül néhány (U-235 esetén átlagosan 2,4) neutron is kilép. A kiszabaduló neutronok száma attól függ, milyen hasadási termékek jönnek létre.

Az U-235-magot "megcélozzuk" egy neutronnal, ennek hatására nagy valószínűséggel bekövetkezik a maghasadás. A hasadásból keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak el, és minden egyes hasadásnál felszabadul a körülbelül 200 MeV energia.

Ha a hasadásból keletkező neutronok csak egy új hasadást hoznak létre (mert elnyelődnek, vagy kijutnak a reaktorból), a láncreakciót állandó intenzitásúnak nevezzük. Ha az egy hasadásból kilépő neutronok több uránmagot is elhasítanak, akkor adott idő alatt egyre több hasadás történik.

Amikor a lassú jobb, mint a gyors

Az U-235 hasadásakor a magból nagyenergiájú neutronok lépnek ki, amelyek csak igen kis valószínűséggel okoznak újabb maghasadást. Ahhoz, hogy gyors neutronokkal valósítsunk meg láncreakciót, nagyon nagymértékben dúsított uránra van szükség, a dúsítás pedig igen költséges eljárás. Fermi és Szilárd kidolgoztak egy olyan új eljárást, melynek segítségével a gyors neutronokat annyira lelassítják, hogy azok nagy valószínűséggel hozzanak létre újabb hasadást. Ezeket az anyagokat moderátoroknak nevezzük. Moderátor használatával akár természetes uránnal (0.7% U-235-tartalom) is létrejöhet láncreakció.

Milyen legyen a moderátor?

A moderátorként használt anyagokkal szemben két fő követelmény van: legyen minél kisebb a rendszáma, és minél kisebb mértékben legyen hajlamos a neutronok elnyelésére. Ezeknek a feltételeknek a gyakorlatban csak négy anyag felel meg: a víz (H2O, könnyűvíz), a nehézvíz (D2O), a grafit (C) és a berillium (Be). Közülük a víz a legelterjedtebb moderátor. A nehézvíz tulajdonságai ugyan kedvezőbbek, de sajnos nagyon drága az előállítása.

Magától is beindul a láncreakció?

Ha elkezdünk egyre több U-235-öt egymás mellé rakosgatni (persze némi moderátorral elkeverve), jó darabig nem indul be a várt láncreakció. Ennek az oka az, hogy kis mennyiségű hasadóanyag (kicsi a térfogat) esetén a szerteszét repülő neutronoknak igen nagy hányada kilép az uránból anélkül, hogy hasadást okozna (kiszökik). Növelve a hasadóanyag mennyiségét, a teljes térfogathoz képest egyre csökken az a felület (a fajlagos felület), amin keresztül kiszökhetnek a neutronok. Egy adott méretet elérve kevesebb neutron tud kiszökni, mint ami az önfenntartó láncreakcióhoz szükséges, ekkor érjük el az ún. kritikus tömeget. Például golyó alakú, moderátor nélküli fém U-235 kritikus tömege 49 kg.

Már említettük hogy az U-235 hasadásakor átlagosan 2,4 neutron szabadul fel, azonban ezek nem mindegyike okoz újabb hasadást. A neutronviszonyokat az ún. sokszorozási tényezővel (k) jellemezhetjük: ez a neutronok számának aránya egy adott, és az azt megelőző neutrongenerációban.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE program Program iskoláknak a bullying ellen
Jövő osztályterme Modern tanulási környezetekről a Sulineten