Jaderný reaktor

První jaderný reaktor byl spuštěn 2. prosince 1942 na Chicagské univerzitě Enricem Fermim a jeho spolupracovníky. Jako palivo v něm sloužil čistý uran s přírodním obsahem nuklidu ²³⁵U, jako moderátor neutronů grafit. Řetězová reakce byla ovládána ručně, zasouváním tří palivových tyčí do nitra reaktoru. Asistent s kbelíkem roztoku kadmiové soli jako absorbátorem, měl zabránit neřízenému zvýšení výkonu reaktoru. První sovětský jaderný reaktor byl spouštěn pod vedením Igora Kurčatova v bývalé továrně na rentgeny na okraji Moskvy o vánocích roku 1946.

20. prosince 1951 byl poprvé v reaktorové laboratoři ARCO v USA vyroben na jaderném zařízení elektrický proud. Zdrojem tepla byl experimentální heterogenní množivý reaktor s rychlými neutrony EBR I. První průmyslová jaderná elektrárna na světě byla spuštěna 27. června 1954 v Obninsku u Moskvy. 23. května 1956 byl spuštěn v Anglii první blok jaderné elektrárny v Calder Hall, která byla v té době největší na světě. Elektrána sloužila nejen k výrobě elektrické energie, ale také k výrobě plutonia. První československou jadernou elektrárnou byla elektrárna v Jaslovských Bohunicích na západním Slovensku označovaná jako A–1, byla spuštěna v prosinci 1972 (později zde byly postaveny další čtyři bloky VVER 440). V současné době pracují v České republice dvě jaderné elektrárny – Temelín a Dukovany.

Jaderný reaktor Crocus.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.

Jako palivo v jaderném reaktoru se používá uran, který se vyskytuje ve dvou izotopech s 235 a 238 nukleony. Štěpit lze pouze ²³⁵U. Při rozštěpení jádra se obvykle uvolní dva až tři neutrony, které mohou při vhodných podmínkách štěpit okolní jádra uranu a uvolňovat tak další neutrony. Pro praktické využití je nutné celý proces regulovat, aby počet volných neutronů byl stále stejný. Proto jsou nadbytečné neutrony zachycovány ve vhodných materiálech zvaných absorbátory. Takovým materiálem je například bór. Pro štěpení jádra ²³⁵U není vhodný každý neutron, ale pouze takový, který má malou rychlost. Proto je neutronům do cesty kladena vhodná látka, která je dokáže rychle a účinně zpomalit. Tyto takzvané moderátory upraví rychlost neutronů tak, aby ke štěpení jader ²³⁵U došlo. Nejlepším moderátorem je čistý vodík, v praxi se pro tento účel nejčastěji používá obyčejná voda.

Při rozštěpení jádra dojde k uvolnění velkého množství energie, která do té doby držela jádro atomu pohromadě. Větší část této energie způsobí, že zbytky jádra se od sebe rozletí rychlostí až 10 000 km/s. Zbržděním o okolní jádra se pohybová energie zbytků jádra změní na energii tepelnou, kterou lze využít k výrobě elektrické energie.

Jaderný reaktor je zařízení, v němž se energie uvolněná při jaderném štěpení přeměňuje na energii tepelnou, která se pak v klasické elektrárenské části využívá k výrobě elektrické energie. Reaktory mají rozmanité konstrukce, princip činnosti i oblast využití. Nynější reaktory mají podobu ocelové válcové nádoby se stěnami schopnými odolat vysokému tlaku, teplotě i radioaktivitě. Dnes existuje velké množství různých typů jaderných reaktorů, které se liší svým technickým uspořádáním, druhem paliva, moderátoru, chladiva, výkonem a určením. V následující tabulce jsou uvedeny základní koncepce včetně označení používaného Mezinárodní agenturou pro atomovou energii.