Jaderné štěpení Jaderné štěpení je reakce, při které se jádro atomu rozdělí na dvě nebo více menších jader. Při štěpení často vznikají gama fotony a uvolňuje se obrovské množství energie, dokonce i podle energetických standardů radioaktivního rozpadu. Jaderné štěpení objevili 19. prosince 1938 v Berlíně němečtí chemici Otto Hahn a Fritz Strassmann. Fyzička Lise Meitnerová a její synovec Otto Robert Frisch to v lednu 1939 teoreticky vysvětlili. Frisch proces nazval "štěpení" podle biologického štěpení živých buněk. Ve své druhé publikaci o jaderném štěpení v únoru 1939 Hahn a Strassmann předpověděli existenci a uvolnění dalších neutronů během štěpení, což otevřelo možnost jaderné řetězové reakce. U těžkých nuklidů se jedná o exotermickou reakci, která může uvolnit velké množství energie jak ve formě elektromagnetického záření, tak ve formě kinetické energie fragmentů (ohřev objemového materiálu, kde ke štěpení dochází). Stejně jako u jaderné fúze, aby štěpení mohlo produkovat energii, musí být celková vazebná energie výsledných prvků větší než u původního prvku. Štěpení je formou jaderné přeměny, protože výsledné fragmenty (nebo dceřiné atomy) nejsou stejným prvkem jako původní mateřský atom. Dvě (nebo více) vzniklá jádra jsou nejčastěji srovnatelné, ale mírně odlišné velikosti, typicky s poměrem hmotnosti produktů asi 3 ku 2 pro běžné štěpitelné izotopy. Většina štěpení jsou binární štěpení (vznikají dva nabité fragmenty), ale příležitostně (2 až 4krát z 1000 událostí) vznikají tři kladně nabité fragmenty, při terciárním štěpení. Nejmenší z těchto fragmentů v terciárních procesech se pohybuje od protonu po jádro argonu. Kromě štěpení vyvolaného neutronem, které lidé využívají a ovládají, se jako štěpení označuje i přirozená forma spontánního radioaktivního rozpadu (nevyžadující neutron) a vyskytuje se zejména u izotopů s velmi vysokým atomovým číslem. Spontánní štěpení objevili v roce 1940 Flyorov, Petrzhak a Kurčatov v Moskvě v experimentu, který měl potvrdit, že bez bombardování neutrony je rychlost štěpení uranu zanedbatelná, jak předpovídal Niels Bohr; nebyla zanedbatelná. Nepředvídatelné složení produktů (které se mění široce pravděpodobnostním a poněkud chaotickým způsobem) odlišuje štěpení od čistě kvantově tunelových procesů, jako je emise protonů, alfa rozpad a shlukový rozpad, které pokaždé poskytují stejné produkty. Jaderné štěpení produkuje energii pro jadernou energii a pohání výbuch jaderných zbraní. Obě využití jsou možná, protože určité látky nazývané jaderná paliva podléhají štěpení, když jsou zasaženy štěpnými neutrony, a naopak uvolňují neutrony, když se rozpadají. To umožňuje samoudržitelnou jadernou řetězovou reakci, která uvolňuje energii řízenou rychlostí v jaderném reaktoru nebo velmi rychlou, neřízenou rychlostí v jaderné zbrani. Množství volné energie uvolněné při štěpení ekvivalentního množství 235 U je milionkrát větší než energie uvolněná při spalování metanu nebo z vodíkových palivových článků. Produkty jaderného štěpení jsou však v průměru mnohem radioaktivnější než těžké prvky, které jsou běžně štěpeny jako palivo, a zůstávají tak po značnou dobu, což vede k problému s jaderným odpadem. Sedm dlouhožijících štěpných produktů však tvoří pouze malou část štěpných produktů. Absorpce neutronů, která nevede ke štěpení, produkuje plutonium (z 238 U) a menší aktinidy (z 235 U i 238 U), jejichž radiotoxicita je mnohem vyšší než u dlouhožijících štěpných produktů. Obavy z hromadění jaderného odpadu a ničivého potenciálu jaderných zbraní jsou protiváhou mírové touhy využívat štěpení jako zdroj energie. Thoriový palivový cyklus neprodukuje prakticky žádné plutonium a mnohem méně minoritních aktinidů, ale 232 U - nebo spíše jeho produkty rozpadu - jsou významnými gama zářiči. Všechny aktinidy jsou fertilní nebo štěpitelné a rychlé množivé reaktory mohou štěpit všechny, byť pouze v určitých konfiguracích. Jaderné přepracování má za cíl získat využitelný materiál z vyhořelého jaderného paliva, aby zásoby uranu (a thoria) vydržely déle a snížilo se množství "odpadu". Odvětvový termín pro proces, který štěpí všechny nebo téměř všechny aktinidy, je "uzavřený palivový cyklus".
Facebook Twitter