Jaderná Energie

1. Jaderné reakce Jaderný reaktor Co už víme o atomech??? Jaderná energetika Jaderná Energie Ochrana Před zářením Radioaktivita Uvolňování jaderné energie Využití jaderného záření

2. Co už víme o atomech??? • Tělesa,která kolem sebe pozorujeme,se zdají být vytvořena z nepřetržité spojité látky.Již staří Řekové usoudili,že při dělení,krájení nebo drcení těles musíme nerazit na nějakou mez,dospět k tak malým částečkám,které se již dále dělit nedají.Nazvali je atomy tj. „nedělitelnými“.Zastánce tohoto názoru nazýváme atomisty a nejznámější z nich byl řecký filozof Demokritos. Atom Diamantu:

3. Atomová jádra Protože atom je elektricky neutrální a přitom obsahuje záporně nabité elektrony,musí obsahovat také částice s kladným elektrickým nábojem,který by záporný náboj elektronů vyrovnával. Ernest Rutherford (čti ernest razrford;1871-1937) Anglický fyzik původem z Nového Zélandu Za výzkum radioaktivity a radioaktivního záření dostal v roce 1908 Nobelovu cenu za chemii.V roce 1911 objevil atomové jádro a stal se tak zakladatelem jaderné fyziky. Roku 1919 při jaderné reakci poprvé přeměnil jeden prvek v druhý,dusík na kyslík.

4. Uprostřed atomu je malé,ale těžké kladně nabité jádro obklopené elektronovým obalem. Atomové jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů.Říkáme jim společným názvem nukleony.Počet protonů udává protonové číslo,počet nukleonů nukleonové číslo.Látky složené z atomů,které mají stejné protonové i nukleonové číslo,se nazývají nuklidy.Mají-li dva atomy stejné protonové číslo,ale různé nukleonové číslo,jsou to dva izotopy téhož prvku.

5. Radioaktivita!!!! V roce 1896 francouzský vědec Antoine Henri Becquerel objevil,že uranová ruda zvaná smolinec,pochází z českého Jáchymova,vyzařuje neviditelné záření.Když totiž položil kus smolince na fotografickou desku zabalenou v černém papíře a pak ji vyvolal,zjistil že je deska ozářena a dokonce mohl rozeznat obrys přiloženého kusu smolince.Schopnost některých látek samovolně vyzařovat neviditelné pronikavé záření byla nazvána radioaktivitou. Radioaktivita je vyzařování jaderného záření nestabilními jádry atomů. Radionuklidyse samovolně přeměňují na nuklidy jiné. Doba, za kterou se přemění právě polovina z celkového počtu jader radionuklidu, je poločas přeměny. Kromě přirozených radionuklidů lze vyrábět i radionuklidy jiné. Antoine Henri Becquerel (čti antuán ánri bekerel;1852-1908) Francouzský fyzik Zkoumal světélkování látek po jejich předchozím osvětlení (luminiscenci) a v roce 1896 zjistil, že nerost smolinec obsahující uran vydává neviditelné pronikavé záření. Stal se tak objevitelem radioaktivity. Spolu s Pierrem a Marií Curieovými dostal za svůj objev v roce 1903 Nobelovu cenu.

6. Druhy záření Záření alfa (a) Částice alfa nebo také alfa záření jsou částice s kladným nábojem. Mají dva protony a dva neutrony, jde tady vlastně o jádro helia (He). Částice alfa jsou vyzařovány některými radioaktivními jádry atomů, tzv. alfa-zářiči. Pohybují se poměrně pomalu a mají malou pronikavost. Neprojdou ani obyčejným papírem. Přeměně alfa podléhá například uran 238U. Při ní se z jádra atomu uvolní dva neutrony a dva protony. Tato alfa částice se začne pohybovat od jádra. Takto nově vzniklé jádro má o dva protony a o dva neutrony v jádře méně a může rovněž podléhat rozpadu. Uran 238U se samovolně rozpadá právě alfa rozpadem a tak z něj vzniká lehčí jádro thoria 234Th. Záření beta (b) Záření beta jsou částice, které jsou vysílány radioaktivními jádry prvků pří beta-rozpadu. velmi rychle se pohybují. Nesou kladný nebo záporný elektrický náboj a jejich pohyb může být tedy ovlivňován elektrickým polem. Částice beta jsou elektrony nebo pozitrony. Pozitrony jsou částice podobné elektronům ale s kladným nábojem. Jejich pronikavost je větší než u alfa částic, mohou pronikat materiály s nízkou hustotou nebo malou tloušťkou. K jejich zastavení stačí vrstva vzduchu silná 1m nebo kovu o šířce 1mm. Jednomu typu přeměny beta podléhá bismut 21283Bi. Při ní se v jádře atomu přemění neutron na proton, elektron a antineutrino. Proton zůstane v jádře a elektron s antineutrinem jádro opustí. Pohybující se elektron se stal beta zářením. Nové jádro má o jeden proton více. Beta rozpadem bismutu takto vzniká polonium 21284Po. Záření gama (c) Záření gama je záření vyzařované radionuklidy spolu s beta zářením. Proud gama částic má spíše charakter vlnění s podobnými vlastnostmi jako světlo nebo rentgenové záření. Částice gama se pohybují rychlostí světla a mají velmi vysokou pronikavost, proto jsou nejnebezpečnější. Pro ochranu před škodlivými účinky gama záření byly stanoveny tzv. polotloušťky materiálů. Polotloušťka určitého materiálu udává tloušťku tohoto materiálu, která zbrzdí právě polovinu množství dopadajícího gama záření. Pro průchod gama záření má vzduch polotloušťku 120 m, olovo pak 13 mm.

7. Marie Curieová-Sklodowská (francouzská fyzička 1868-1934) a její manžel Pierre Curie (1859-1906) Spolu objevili nové neznámé radioaktivní prvky, polonium a radium a věnovali se výzkumu radioaktivity. Když Pierre Curie zahynul při dopravní nehodě, pokračovala Marie Curieová ve výzkumu sama a dostala v roce 1911 druhou Nobelovu cenu, a to za chemii.

8. Využití jaderného záření Radionuklidy jsou velmi užitečné ve vědě, technice i v lékařství. Metodou značených atomů je možné sledovat koloběh látek v organizmech a v přírodě. Pomocí radionuklidů se dá určovat stáří organických látek a hornin. Ozařováním radionuklidy je možno ničit zhoubné nádory, sterilizovat předměty, chránit potraviny. V průmyslu slouží radionuklidy k měření a kontrole kvality výrobků. Radionuklidy mohou být i zdrojem elektrické energie, např. na odlehlých místech či v kosmu.

9. Jaderné reakce Při jaderných reakcích se mohou přeměňovat jádra jednoho nuklidu v jádra jiných nuklidů. Přitom zůstává el. Náboj i počet nukleonů stejný před reakcí i po reakci. Jaderné reakce zapisujeme rovnicemi. Na levé straně zapisujeme označení nuklidů do reakce vstupujících a na pravé straně označení nuklidů z reakce vystupujících. Směr reakce vyznačujeme šipkou. Při chemických i jaderných reakcích se může uvolňovat energie. Nukleony jsou v atomovém jádře vázány obrovskými jadernými silami. Energie uvolňovaná při jaderných reakcích je milionkrát větší, než u reakcí chemických. Albert Einstein ( 1879-1955 ) Jeden z největších fyziků 20.století. Narodil se v Německu, působil ve Švýcarsku, v letech 1911-1912 v Praze, pak v Berlíně a USA. Vytvořil tzv.teorii relativity a určil množství energie v obsažené hmotě. Zabýval se také teorií gravitace.

10. Uvolňování jaderné energie Jaderná energie se uvolňuje při řetězové jaderné reakci ve štěpném materiálu ( uran 235, plutonium 239 nebo uran 233 ). Aby mohla proběhnout řetězová reakce, musí mít štěpný materiál kritickou hmotnost. Energie se při řetězové reakci může uvolnit buď v procesu výbuchu, nebo může být uvolňována postupně, řízeně, jako v jaderných reaktorech. Jadernou energii je možné uvolňovat také slučováním jader vodíku; tento proces probíhá v nitru slunce a hvězd. Při reakcích mezi částicemi a antičásticemi dochází k úplnému uvolnění energie, která je v látce obsažena.

11. Jaderný reaktor Jaderná energie, kterou dnes využíváme k výrobě elektřiny se uvolňuje v jaderném reaktoru. Řetězová jaderná reakce probíhá v aktivní zóně jaderného reaktoru. Štěpný materiál je součástí palivových článků. Neutrony uvolněné při štěpení se zpomalují moderátorem, např.vodou. K ovládání reaktoru slouží regulační tyče, k zastavení řetězové reakce havarijní tyče. Aktivní zóna je chlazená např. vodou v tlakové nádobě. Teplo, které odevzdá horká voda parogenerátoru, slouží k vytváření páry k pohonu turbíny.

12. Ochrana před zářením Jaderné záření může vyvolat rakovinu a genetické změny, a proto je třeba vystavovat se mu co nejméně a chránit se před ním. Při práci s radionuklidy je nutno dodržovat bezpečnostní předpisy. Jaderný výbuch ohrožuje člověka především pronikavým zářením, dále vysokými teplotami, tlakovou vlnou a dlouhodobým zamořením životního prostředí. Před jaderným zářením člověka chrání stínění, např. z olověných cihel, oceli, vody nebo betonu. K měření radioaktivity slouží dozimetr.

13. Černobyl Černobylská havárie se stala 26. dubna1986, v černobylskéjaderné elektrárně na Ukrajině (tehdy část Sovětského svazu). Jde o nejhorší jadernou havárii v historii jaderné energetiky a jedinou havárii stupně 7, tj. nejvyššího stupně podle mezinárodní stupnice jaderných událostí INES. Během riskantního pokusu tehdy došlo k přehřátí a následné explozi reaktoru a do vzduchu se uvolnil radioaktivní mrak, který postupoval západní částí Sovětského svazu, Východní Evropou a Skandinávií. Byly kontaminovány rozsáhlé oblasti Ukrajiny, Běloruska a Ruska, což si vyžádalo evakuaci a přesídlení asi 200 000 lidí. Přibližně 60 % radioaktivního spadu skončilo v Bělorusku. Nehoda zvýšila obavy o bezpečnost sovětského jaderného průmyslu, zpomalila na mnoho let jeho expanzi a zároveň nutila sovětskou vládu přehodnotit míru utajování. Nástupnické státy po rozpadu Sovětského svazu – Rusko, Ukrajina a Bělorusko dodnes nesou břímě pokračujících nákladů na dekontaminaci a léčení nemocí způsobených černobylskou havárií. Je obtížné přesně zaznamenat počet úmrtí způsobených událostmi v Černobylu — odhady se pohybují od sto až stopadesáti osob (WHO) po stovky tisíc (ekologické organizace). Problém je stále široce diskutován a jeho dlouhodobým dopadům stále nebylo zcela porozuměno.

14. Obrázky z Černobylu

15. Autor: Lukáš Vacula