xii

1. Maghasadás,Maghasadás,
láncreakcióláncreakció,atomreaktor,atomreaktor
KészítetteKészítette::Balogh IzabellaBalogh Izabella

2. A maghasadásA maghasadás
Otto Hahn és Fritz StrassmannOtto Hahn és Fritz Strassmann berliniberlini
kutatók 1938kutatók 1938 ban kísérleteik során aztban kísérleteik során azt
vették észre, hogy az urán neutronokkalvették észre, hogy az urán neutronokkal
való bombázásakor a keletkező termékekvaló bombázásakor a keletkező termékek
között bárium is megjelenik. Úgy tűnt,között bárium is megjelenik. Úgy tűnt,
mintha két, körülbelül egyenlő részremintha két, körülbelül egyenlő részre
szakadt volna az uránmag. A hasadáskorszakadt volna az uránmag. A hasadáskor
radioaktív részecskékradioaktív részecskék keletkeznek. Azkeletkeznek. Az
észlelt jelenség azészlelt jelenség az atommaghasadásatommaghasadás..

3.  AA maghasadásmaghasadás egy látszólag igen furcsa jelenség. Egyegy látszólag igen furcsa jelenség. Egy
atom vagy spontán, vagy némi külsõ behatásraatom vagy spontán, vagy némi külsõ behatásra
széthasad több kisebb részre. Ezek a kisebb részekszéthasad több kisebb részre. Ezek a kisebb részek
lehetnek alacsonyabb rendszámú atomok, illetve egyeslehetnek alacsonyabb rendszámú atomok, illetve egyes
sugárzások. A természetes urán 99.3 %-a 238-as, 0.7sugárzások. A természetes urán 99.3 %-a 238-as, 0.7
%-a pedig%-a pedig 235-ös izotóp235-ös izotóp. Az U-238-as csak igen ritkán. Az U-238-as csak igen ritkán
hasad, és csak akkor, ha a neutron nagy sebességgelhasad, és csak akkor, ha a neutron nagy sebességgel
ütközik a magnak. Az U-235-ös hasadása gyakorlatiütközik a magnak. Az U-235-ös hasadása gyakorlati
szempontból sokkal jelentősebb: ezt a magreakciótszempontból sokkal jelentősebb: ezt a magreakciót
használja ki a mahasználja ki a ma működő atomreaktorokműködő atomreaktorok döntődöntő
többsége.többsége.

5. Maghasadás képekbenMaghasadás képekben

8. A nukleáris láncreakcióA nukleáris láncreakció
 Szilárd megjósolja, hogy a láncreakció urániummal leszSzilárd megjósolja, hogy a láncreakció urániummal lesz
megvalósítható, és a kísérletek igazolják is, hogymegvalósítható, és a kísérletek igazolják is, hogy
hasadáskor neutronok keletkeznek. A maghasadáskorhasadáskor neutronok keletkeznek. A maghasadáskor
keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak,keletkező neutronok újabb uránmagokat hasíthatnak,
amelyekből újabb neutronok szabadulnak fel, azok újabbamelyekből újabb neutronok szabadulnak fel, azok újabb
magokat hasítanak stb., és így kialakul amagokat hasítanak stb., és így kialakul a láncreakcióláncreakció..
Közben óriási energia szabadul fel. A magyarKözben óriási energia szabadul fel. A magyar
származású Szilárd Leó – Enrico Fermivel közösen -származású Szilárd Leó – Enrico Fermivel közösen -
még 1939-ben kimutatta, hogy a maghasadásimég 1939-ben kimutatta, hogy a maghasadási
folyamatban kettőnél több szabad neutron is keletkezik,folyamatban kettőnél több szabad neutron is keletkezik,
ami további rohamosan növekvő számú hasadáshoz,ami további rohamosan növekvő számú hasadáshoz,
végső soron minden korábbi képzeletet felülmúlóvégső soron minden korábbi képzeletet felülmúló
robbanáshoz vezethet.robbanáshoz vezethet.
 AzAz atomerőműveketatomerőműveket és azés az atombombákatatombombákat ugyanazugyanaz
az elv működteti: aaz elv működteti: a
neutronsokszorozáson alapuló láncreakcióneutronsokszorozáson alapuló láncreakció ..

9.  AA láncreakció alapgondolata tehát: az U-235-magot meglőjük egyláncreakció alapgondolata tehát: az U-235-magot meglőjük egy
neutronnal, aminek hatására nagy valószínűséggel bekövetkezik aneutronnal, aminek hatására nagy valószínűséggel bekövetkezik a
maghasadás.maghasadás.
 A hasadásból keletkező neutronok újabb uránmagokatA hasadásból keletkező neutronok újabb uránmagokat
hasíthatnak elhasíthatnak el , és ráadásul minden egyes hasadásnál, és ráadásul minden egyes hasadásnál
felszabadul a már említett 200 MeV energia. Ekkor tehát már külsőfelszabadul a már említett 200 MeV energia. Ekkor tehát már külső
neutronforrás nélkül is működik, azazneutronforrás nélkül is működik, azaz önfenntartó a folyamatönfenntartó a folyamat ..
 Ha a hasadásból keletkező neutronok csak egy új hasadást hoznakHa a hasadásból keletkező neutronok csak egy új hasadást hoznak
létre (mert elnyelődnek, vagy kiszöknek a reaktorból), a láncreakciótlétre (mert elnyelődnek, vagy kiszöknek a reaktorból), a láncreakciót
állandó intenzitásúnak hívjuk.állandó intenzitásúnak hívjuk.
 Ha az egy hasadásból kilépő neutronok több uránmagot isHa az egy hasadásból kilépő neutronok több uránmagot is
elhasítanak, akkor adott idő alatt egyre több hasadás történik, és aelhasítanak, akkor adott idő alatt egyre több hasadás történik, és a
láncreakció divergens lesz.láncreakció divergens lesz.

11. Az atomreaktorAz atomreaktor
Az atomreaktor olyan berendezés, amelyben nagyAz atomreaktor olyan berendezés, amelyben nagy
mennyiségű hasadóanyag felhasználásával szabályozottmennyiségű hasadóanyag felhasználásával szabályozott
láncreakciót valósítunk meg. A láncreakcióhoz a gyorsláncreakciót valósítunk meg. A láncreakcióhoz a gyors
hasadási neutronok lelassítása szükséges, erre szolgál ahasadási neutronok lelassítása szükséges, erre szolgál a
moderátor. A maghasadás során felszabaduló energiamoderátor. A maghasadás során felszabaduló energia
legnagyobb részét a hasadványmagok viszik el mozgásilegnagyobb részét a hasadványmagok viszik el mozgási
energia formájában, melyek az üzemanyag többi atomjávalenergia formájában, melyek az üzemanyag többi atomjával
ütközve energiájukat elvesztik. Ez az energia hőütközve energiájukat elvesztik. Ez az energia hő
formájában jelentkezik, amit aformájában jelentkezik, amit a hűtőközeghűtőközeg segítségévelsegítségével
vezetünk el a reaktorból. A neutronok számának (ezzel avezetünk el a reaktorból. A neutronok számának (ezzel a
teljesítmény) szabályozására szolgálnak az abszorbensteljesítmény) szabályozására szolgálnak az abszorbens
rudak.rudak.

13. A hasadA hasadóanyagóanyag::
 OlyanOlyan elemelem vagyvagy izotópizotóp, amelynek, amelynek atommagatommag
kettő (ritkán több) eltérőkettő (ritkán több) eltérő tömegszámtömegszámú könnyebbú könnyebb
atommagra hasad széjjel energiaatommagra hasad széjjel energia
felszabadulása közben. A hasadás történhetfelszabadulása közben. A hasadás történhet
spontán módon, vagy atommag-reakcióspontán módon, vagy atommag-reakció
következtében.következtében.
Az urán 235-ös tömegszámú izotópjaAz urán 235-ös tömegszámú izotópja
természetestermészetes hasadóanyaghasadóanyag, a plutónium 239-es, a plutónium 239-es
tömegszámú izotópja mesterségestömegszámú izotópja mesterséges
hasadóanyaghasadóanyag. Mindkettőt alkalmazzák. Mindkettőt alkalmazzák
atomreaktorok üzemanyagaként.atomreaktorok üzemanyagaként.

14. A moderátorkéntA moderátorként használt anyagokkal szemben két főhasznált anyagokkal szemben két fő
követelményt támasztunk:követelményt támasztunk:
legyen minél kisebb rendszámú, és minél kevésbé legyenlegyen minél kisebb rendszámú, és minél kevésbé legyen
hajlamos a neutronok elnyelésére.hajlamos a neutronok elnyelésére.
Ezen igényeknek a gyakorlatban csak négy anyag felelEzen igényeknek a gyakorlatban csak négy anyag felel
meg: a víz (H2O, könnyűvíz), a nehézvíz (D2O), a grafit (C)meg: a víz (H2O, könnyűvíz), a nehézvíz (D2O), a grafit (C)
és a berillium (Be).és a berillium (Be). Ezek közül a víz a legelterjedtebbEzek közül a víz a legelterjedtebb
moderátor. A nehézvíz tulajdonságai ugyan valamivelmoderátor. A nehézvíz tulajdonságai ugyan valamivel
kedvezőbbek, de roppant drága anyag.kedvezőbbek, de roppant drága anyag.

15. HűtőközegekHűtőközegek
 Az üzemanyagban felszabaduló hőt a hűtőközeggelAz üzemanyagban felszabaduló hőt a hűtőközeggel
vezetjük el, hogy villamos energiává alakíthassuk.vezetjük el, hogy villamos energiává alakíthassuk.
Természetesen nem mindegy, hogy milyen hűtőközegetTermészetesen nem mindegy, hogy milyen hűtőközeget
használunk: elvárjuk, hogy az anyag nagyhasználunk: elvárjuk, hogy az anyag nagy
hőkapacitással (hőfelvevő képességgel) rendelkezzen,hőkapacitással (hőfelvevő képességgel) rendelkezzen,
ekkor a reaktorból nagy hőmennyiséget lehet elszállítani.ekkor a reaktorból nagy hőmennyiséget lehet elszállítani.
Ezenkívül előnyös, ha a hűtőközeg hőmérsékletlétEzenkívül előnyös, ha a hűtőközeg hőmérsékletlét
viszonylag kis nyomáson is magasra lehet emelni. Aviszonylag kis nyomáson is magasra lehet emelni. A
magas hőmérséklet azért fontos, mert így az erőműmagas hőmérséklet azért fontos, mert így az erőmű
hatásfoka nagyobb lesz. Legtöbbször folyadékokathatásfoka nagyobb lesz. Legtöbbször folyadékokat
(H2O, D2O), néha pedig gázokat (CO2, He) használunk(H2O, D2O), néha pedig gázokat (CO2, He) használunk
e célra. A gázok hőkapacitása kicsi, viszont igen magase célra. A gázok hőkapacitása kicsi, viszont igen magas
hőmérsékleteket (700-800oC) lehet elérnihőmérsékleteket (700-800oC) lehet elérni
alkalmazásukkal.alkalmazásukkal.