Zobrazení zdroje stránky Řetězová reakce

{{K rozšíření}}
{{Infobox - vědecký koncept
| název = Řetězová reakce
| obrázek = Nuclear fission chain reaction.svg
| popisek = Schéma jaderné štěpné řetězové reakce. Neutron (n) štěpí jádro [[uran-235|uranu-235]], čímž se uvolní energie a další neutrony, které mohou štěpit další jádra.
| obor = [[Fyzika]], [[Chemie]]
| podkategorie = [[Jaderná fyzika]], [[Chemická kinetika]]
| definice = Sekvence reakcí, kde reaktivní produkt nebo vedlejší produkt způsobuje další reakce stejného druhu.
| klíčové koncepty = [[Kritické množství]], [[Neutron]], [[Volný radikál]], [[Štěpná jaderná reakce]], [[Multiplikační faktor neutronů]]
| rovnice = '''Multiplikační faktor (k):'''<br>k = (počet neutronů v jedné generaci) / (počet neutronů v předchozí generaci)
| významní vědci = [[Leó Szilárd]], [[Enrico Fermi]], [[Otto Hahn]], [[Fritz Strassmann]], [[Nikolaj Nikolajevič Semjonov]]
| využití = [[Jaderná elektrárna]], [[Jaderná zbraň]], [[Polymerizace]], [[Spalovací motor]]
}}

'''Řetězová reakce''' je sekvence [[reakce|reakcí]], ve které reaktivní produkt nebo vedlejší produkt vyvolává další, dodatečné reakce. Výsledkem je samovolně se šířící a často se zrychlující proces. Jakmile je jednou spuštěn, může pokračovat bez dalšího vnějšího zásahu, dokud není spotřebován výchozí materiál nebo dokud není proces aktivně zastaven. Koncept řetězové reakce je klíčový v [[jaderná fyzika|jaderné fyzice]] (štěpení jader) a [[chemie|chemii]] (například radikálové polymerace).

V závislosti na podmínkách může být řetězová reakce:
* '''Řízená:''' Každá reakce spouští v průměru právě jednu další reakci. Tento stav je stabilní a využívá se například v [[jaderný reaktor|jaderných reaktorech]] pro výrobu [[elektrická energie|energie]].
* '''Neřízená (explozivní):''' Každá reakce spouští více než jednu další reakci, což vede k exponenciálnímu nárůstu počtu reakcí v čase. Tento princip je základem [[jaderná zbraň|jaderných zbraní]].
* '''Zanající:''' Každá reakce spouští v průměru méně než jednu další reakci a proces postupně ustává.

== 📜 Historie konceptu ==
Myšlenka řetězové reakce se objevila v různých oblastech vědy, ale nejvýznamněji se zapsala do historie v kontextu jaderné fyziky.

=== 💡 Teoretický zrod ===
Koncept jaderné řetězové reakce poprvé teoreticky formuloval maďarský [[fyzik]] [[Leó Szilárd]] dne 12. září 1933, když stál na přechodu v [[Londýn]]ě. Uvědomil si, že pokud by existoval [[izotop]], který by po zasažení jedním [[neutron]]em uvolnil neutrony dva nebo více, mohlo by dojít k samoudržitelné reakci schopné uvolnit obrovské množství [[energie]]. Szilárd si tento koncept nechal v roce [[1934]] patentovat. V té době však ještě nebyl znám žádný prvek s takovými vlastnostmi.

=== ⚛️ Objev jaderného štěpení ===
Klíčový průlom nastal v prosinci [[1938]], kdy němečtí [[chemik|chemici]] [[Otto Hahn]] a [[Fritz Strassmann]] v [[Berlín]]ě objevili, že bombardováním [[uran]]u neutrony vznikají prvky zhruba o polovině hmotnosti uranu, jako například [[baryum]]. Nebyli schopni tento jev plně vysvětlit. Vysvětlení podali až [[Lise Meitnerová]] a její synovec [[Otto Frisch]] v únoru [[1939]], kteří správně interpretovali výsledky jako "štěpení" uranového jádra a odhadli množství uvolněné energie. Potvrdili také, že při tomto procesu se mohou uvolňovat další neutrony, což otevíralo dveře k realizaci Szilárdovy myšlenky.

=== ☢️ První řízená reakce ===
První uměle vytvořenou a soběstačnou jadernou řetězovou reakci uskutečnil tým pod vedením italského fyzika [[Enrico Fermi|Enrica Fermiho]] dne [[2. prosinec|2. prosince]] [[1942]] v [[Chicago|Chicagu]] v [[USA]]. Experiment proběhl v rámci [[Projekt Manhattan|projektu Manhattan]] v reaktoru nazvaném [[Chicago Pile-1]], který byl postaven pod tribunou fotbalového stadionu Chicagské univerzity. Tento úspěch byl zásadním krokem k vývoji jaderné energetiky i jaderných zbraní.

== ⚛️ Jaderná řetězová reakce ==
Jaderná řetězová reakce je proces, při kterém se [[štěpná jaderná reakce|štěpení atomových jader]] šíří lavinovitě prostřednictvím neutronů.

=== ⚙️ Princip ===
Základem je interakce neutronu se štěpným materiálem, nejčastěji s izotopem [[uran-235]] nebo [[plutonium-239]]. Proces probíhá v následujících krocích:
# '''Iniciace:''' Volný neutron zasáhne jádro štěpného materiálu (např. U-235).
# '''Štěpení:''' Jádro se stane nestabilním a rozštěpí se na dvě menší jádra (tzv. štěpné produkty), přičemž se uvolní obrovské množství energie ve formě [[kinetická energie|kinetické energie]] produktů a [[zářeni gama|gama záření]].
# '''Uvolnění neutronů:''' Současně se štěpením se uvolní 2 až 3 nové, rychlé neutrony.
# '''Propagace:''' Tyto nově uvolněné neutrony mohou zasáhnout další jádra U-235 a způsobit jejich štěpení, čímž se cyklus opakuje a počet štěpení narůstá.

Aby mohly nově vzniklé neutrony efektivně štěpit další jádra, je často nutné je zpomalit. K tomu slouží v reaktorech tzv. [[moderátor neutronů]] (např. [[voda]], [[těžká voda]] nebo [[grafit]]).

=== 📈 Multiplikační faktor ===
Klíčovým parametrem pro popis řetězové reakce je [[multiplikační faktor neutronů]] (označovaný jako ''k''). Tento faktor udává průměrný počet neutronů z jednoho štěpení, které způsobí další štěpení.
* '''k < 1 (podkritický stav):''' Počet štěpení v čase klesá a reakce postupně vyhasíná.
* '''k = 1 (kritický stav):''' Počet štěpení je v čase konstantní. Každé štěpení vyvolá v průměru právě jedno další. Tento stav je cílem v [[jaderná elektrárna|jaderných elektrárnách]] pro stabilní výrobu energie.
* '''k > 1 (nadkritický stav):''' Počet štěpení exponenciálně roste. Tento stav vede k uvolnění obrovského množství energie v krátkém čase a je principem funkce [[atomová bomba|atomové bomby]].

=== ⚖️ Kritické množství ===
[[Kritické množství]] je minimální hmotnost štěpného materiálu, která je nutná k udržení samostatné řetězové reakce (dosažení stavu k = 1). Závisí na několika faktorech:
* '''Druh materiálu:''' Různé [[izotop]]y (např. U-235 vs. Pu-239) mají různá kritická množství.
* '''Čistota a hustota:''' Vyšší čistota a hustota snižují kritické množství.
* '''Geometrie (tvar):''' Nejmenší kritické množství má materiál ve tvaru [[koule]], protože má nejmenší povrch vzhledem k objemu, což minimalizuje únik neutronů.
* '''Okolní materiály:''' Přítomnost [[reflektor neutronů|reflektoru neutronů]] (materiálu, který odráží neutrony zpět do štěpného materiálu) snižuje kritické množství.

== 🧪 Chemická řetězová reakce ==
V chemii je řetězová reakce sledem reakcí, kde meziproduktem jsou vysoce reaktivní částice, nejčastěji [[volný radikál|volné radikály]]. Tyto částice reagují s výchozí látkou za vzniku produktu a nového radikálu, který pokračuje v řetězci.

=== ⚙️ Fáze reakce ===
Chemická řetězová reakce se obvykle dělí do tří fází:
# '''Iniciace:''' Fáze, ve které se vytvářejí první reaktivní částice (radikály). To se často děje působením [[teplo|tepla]], [[světlo|světla]] (zejména [[ultrafialové záření|UV záření]]) nebo pomocí speciální látky zvané [[iniciátor]]. Příkladem je rozpad molekuly [[chlor]]u (Cl₂) na dva chlórové radikály (2 Cl•) působením světla.
# '''Propagace (šíření řetězce):''' V této fázi reaktivní částice reaguje se stabilní molekulou za vzniku produktu a nové reaktivní částice. Řetězec se tak šíří dál. Například chlórový radikál (Cl•) reaguje s [[vodík]]em (H₂) za vzniku [[chlorovodík]]u (HCl) a vodíkového radikálu (H•). Ten pak reaguje s další molekulou Cl₂ za vzniku HCl a nového Cl•.
# '''Terminace (ukončení řetězce):''' Fáze, ve které reaktivní částice zanikají, a řetězec tak končí. K tomu dochází nejčastěji spojením dvou radikálů (např. 2 Cl• → Cl₂) nebo reakcí radikálu s inhibitorem.

=== 💡 Příklady ===
* '''Reakce vodíku s chlorem:''' Výbušná reakce H₂ + Cl₂ → 2 HCl, iniciovaná světlem.
* '''Radikálová polymerace:''' Základ výroby mnoha [[plast]]ů, jako je [[polyethylen]] nebo [[polyvinylchlorid]] (PVC). Monomery se postupně řetězí díky aktivitě radikálů.
* '''Spalování uhlovodíků:''' Hoření v [[spalovací motor|spalovacích motorech]] nebo při [[požár]]ech je komplexní systém řetězových radikálových reakcí.
* '''Odbourávání ozonu:''' [[Ozonová díra|Odbourávání ozonu]] v [[stratosféra|stratosféře]] je katalyzováno radikály (např. z [[freon]]ů), které spouštějí řetězovou reakci.

== 🌐 Využití a význam ==
Řetězové reakce mají zásadní význam v mnoha oblastech vědy, techniky i přírody.

* '''Jaderná energetika:''' Řízené štěpné reakce v jaderných reaktorech jsou zdrojem čisté a výkonné [[elektrická energie|elektrické energie]].
* '''Vojenské aplikace:''' Neřízené štěpné reakce jsou základem ničivé síly jaderných zbraní.
* '''Chemický průmysl:''' Řetězové polymerace jsou klíčové pro výrobu široké škály polymerů a plastů.
* '''Astrofyzika:''' Hvězdné procesy, jako je [[proton-protonový cyklus]] ve [[Slunce|Slunci]], mají charakter řetězových reakcí, i když se jedná o [[jaderná fúze|jadernou fúzi]], nikoli štěpení.
* '''Biologie:''' Některé biochemické procesy, jako je [[polymerázová řetězová reakce]] (PCR) pro amplifikaci [[DNA]], využívají principu řetězového množení.

== 🤔 Pro laiky (Jak to funguje) ==
Představte si řetězovou reakci pomocí jednoduchých příkladů:

* '''Jaderná reakce jako domino:''' Postavte řadu dominových kostek. Když shodíte první kostku (to je náš počáteční neutron), ta shodí další, ta další a tak dále. To je jednoduchá řetězová reakce. Nyní si představte, že každá padající kostka shodí ne jednu, ale hned dvě nebo tři další kostky. Pád se bude šířit mnohem rychleji a mohutněji – to je princip '''neřízené reakce''' v atomové bombě. Pokud byste chtěli reakci řídit, museli byste mezi kostky umisťovat překážky (jako řídící tyče v reaktoru), které by zachytily některé padající kostky, aby každá padající kostka shodila v průměru jen jednu další. Tím udržíte proces stabilní – to je princip '''řízené reakce''' v jaderné elektrárně.

* '''Chemická reakce jako hra na babu:''' Představte si skupinu lidí (molekuly). Jeden člověk (iniciátor) dostane "babu" (stane se z něj aktivní radikál). Jeho úkolem je předat babu někomu jinému. Jakmile ji předá, sám už ji nemá, ale má ji někdo jiný, kdo ji musí předat dál. Hra (reakce) pokračuje, dokud se dva lidé s "babou" nesrazí a navzájem si ji nevezmou (terminace), nebo dokud nedojdou lidé, kterým by ji mohli předat.

{{DEFAULTSORT:Retezova reakce}}
{{Aktualizováno|datum=17.12.2025}}
[[Kategorie:Jaderná fyzika]]
[[Kategorie:Chemická kinetika]]
[[Kategorie:Fyzikální jevy]]
[[Kategorie:Vytvořeno Gemini 2.5 Pro]]