Alai

Jaderné reaktory1 jsou poháněny uranem, který je mírně obohacen izotopemuran-235.2 Tento izotop je schopen udržovat řízenou řetězovou jadernou reakci, která je nezbytná pro výrobu elektrické energie. Výsledkem řetězové reakce je produkce neutronů, které vyvolávají radioaktivitu v palivu, chladicí vodě a konstrukčních součástech reaktoru.

Radioaktivita je vyvolána především procesy zahrnujícími záchyt neutronů atomy uranu v palivu. Ke štěpení dochází, když jádro atomu uranu-235 (a méně často atomu uranu-238) zachytí neutron, stane se nestabilním a rozštěpí se na dvě a (zřídka)tři lehká3jádra; tato jádra se označují jako štěpné produkty.Štěpení uranu vytváří bimodální rozložení hmotnosti štěpných produktů, které je znázorněno na obrázku D.1. Nejběžnější štěpné produkty mají hmotnostní čísla kolem 90 a 137 (například stroncium-90 a cesium-137).

Štěpné produkty vznikající v jaderném energetickém reaktoru pokrývají periodu. Patří mezi ně:

• Noblé plyny, například krypton-85 a xenon-133.
• Halogeny, například jodid-131.

OBRÁZEK D.1Rozložení hmotnosti v důsledku štěpení uranu-235 tepelnými neutrony.

ZDROJ: Data ze souboru Joint Evaluated Fission and Fusion File,Incident-neutron data, http://www-nds.iaea.org/exfor/endf00.htm, 2. října 2006; viz http://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c1.htm.

• Kovy alkalických zemin, například cesium-137.
• Kovy alkalických zemin, například stroncium-90.
• Méně často vodík-3, častěji označovaný jako astritium (T), z ternárního štěpení atomů uranu.

Zachytávání neutronů může také vyvolat radioaktivitu prostřednictvímpřeměny jednoho chemického prvku na jiný. Výsledkem procesu transmutace je emise jaderných částic (např. protonů) a záření z jádra. K některým transmutačním reakcím a produktům významným v energetických reaktorech patří následující:

• Výroba dusíku-16 zachycením neutronu jádrem atomu kyslíku: kyslík-16 + neutron-> dusík-16 + proton (zkráceně16O(n, p)16N). Dusík-16 má krátký(7sekundový) poločas rozpadu a představuje nebezpečí především pro pracovníky jaderných zařízení.
• Produkce uhlíku-14 záchytem neutronu jádrem atomu dusíku, kyslíku nebo uhlíku: 14N(n,p)14C; 13C(n, y)14C;17O(n, a)14C.
• Produkce tritia (T) záchytem neutronu jádrem atomu boru: 10B(n,2a)T. Jedná se o důležitoureakci v tlakovodních reaktorech, které používají bór v chladicí vodě k řízení reaktivity.
• Produkce tritia záchytem neutronu atomem deuteria, který je přirozeně přítomen v chladicí vodě reaktoru.

Záchyt neutronu může také vyvolat radioaktivitu prostřednictvím aktivace. Záchyt neutronu excituje tenukleus, který se rychle rozpadá do méně energetického stavu emisí záření. Některé aktivační reakce a produkty významné v energetických reaktorech zahrnují následující:

• Výroba kobaltu-60 z kobaltu-59 reakcí59Co(n, y)60Co.
• Výroba železa-55 ze železa-54 reakcí54Fe(n, y)55Fe.

Kobalt-60 a železo-55 jsou běžnými produkty aktivace v konstrukčníchkomponentách reaktorů.

Izotopy vzniklé těmito procesy záchytu neutronů jsou téměř vždyradioaktivní. Při jejich rozpadu dochází k emisi záření alfa, beta a gama za vzniku radioaktivních i neradioaktivních produktů rozpadu. Rozpadová reakce, která má zvláštní význam v jaderně energetických reaktorech, je následující:

Tato reakce produkuje plutonium-239 záchytem neutronu uranu-238, po kterém následují dva rozpady beta.

Částice a další záření emitované během záchytu neutronu mohou interagovat s atomy v palivu, chladivu a strukturách reaktoru a produkovat další radioaktivitu. Například interakce energetickýchelektronů s materiály v reaktoru vede k emisi fotonůznámých jako bremsstrahlung. Toto záření se projevuje jako slabomodrá záře při interakci elektronů s chladicí vodou v bazénech reaktoru a vyhořelého paliva.

.