Rozszczepienie ciężkiego jądra (np. U-235) uwalnia nie tylko energię, ale też neutrony.
Te neutrony mogą wywołać kolejne rozszczepienia. Jeśli tak się dzieje, powstaje reakcja łańcuchowa.
Kluczowe pytanie brzmi: ile z tych neutronów powoduje następne rozszczepienia?
Współczynnik mnożenia k
Opisuje to współczynnik mnożenia neutronów:
k = liczba neutronów w kolejnym pokoleniu / liczba neutronów w poprzednim pokoleniu
To on decyduje, czy reakcja wygasa, trwa stabilnie, czy narasta.
Trzy stany reakcji
1. Stan podkrytyczny (k<1)
Każde kolejne „pokolenie” neutronów jest mniej liczne.
Reakcja stopniowo wygasa.
2. Stan krytyczny (k=1)
Każde pokolenie neutronów jest takie samo.
Reakcja przebiega stabilnie — dokładnie tak pracuje reaktor energetyczny.
3. Stan nadkrytyczny (k>1)
Liczba neutronów rośnie.
Moc reakcji zwiększa się w czasie.
Dlaczego reaktor nie wybucha jak bomba?
W bombie jądrowej uzyskuje się bardzo silny stan nadkrytyczny w ułamku mikrosekundy.
Cała energia uwalnia się praktycznie natychmiast.
W reaktorze:
- paliwo ma inne wzbogacenie niż w broni,
- geometria rdzenia spowalnia proces,
- obecne są pręty kontrolne, które pochłaniają neutrony,
- ogromną rolę odgrywają tzw. neutrony opóźnione, które pozwalają regulować moc w skali sekund, a nie mikrosekund.
Reaktor pracuje w stanie bliskim k=1.
Jeśli moc rośnie, systemy bezpieczeństwa automatycznie zmniejszają liczbę dostępnych neutronów.
Dlatego reaktor energetyczny nie może wybuchnąć jak bomba atomowa — fizyka i konstrukcja na to nie pozwalają.
Podsumowanie
Reakcja łańcuchowa zależy od współczynnika k.
Gdy k=1, reakcja jest stabilna i kontrolowana. Gdy k>1, moc rośnie.
Cała energetyka jądrowa polega na utrzymaniu układu dokładnie na granicy krytyczności.
