fyzika z učebnice
Jaderná energie
Atomová jádra
Uprostřed atomu je malé, ale těžké kladně nabité jádro obklopené elektronovým obalem. Atomové jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů. V elektronovém obalu jsou záporně nabité elektrony.
Protony+ neutrony= nukleony. Počet protonů udává protonové číslo, počet nukleonů nukleonové číslo. Atomy se stejným protonovým i nukleonovým číslem se nazývají nuklidy. Atomy se stejným protonovým, ale různým nukleonovým číslem jsou izotopy. Izotopy téhož prvku mají stejné vlastnosti.
Radioaktivita
Radioaktivita je vyzařování jaderného záření nestabilními jádry atomů.
Záření alfa- proud jader helia, skládají se ze dvou protonů a dvou neutronů. Pohlcuje ho již list papíru nebo tenká vrstva vzduchu. Nebezpečí je při vdechnutí nebo pozření- nebezpečné vdechování plynu radon, který je zdrojem alfa záření.
Záření beta- záporně nabité elektrony nebo kladně nabité elektrony=pozitrony. Letí skoro stejnou rychlostí jako světlo. Pohlcuje se například tenkým hliníkovým plechem.
Záření gama- spolu s neutronovým zářením je nejpronikavější. Gama záření je krátkovlnné elektromagnetické záření, podobné rentgenu, pohlcuje je např. vrstva olova.
Neutronové záření- proud letících neutronů. Nejpronikavější, chrání před ním silná vrstva vody nebo betonu.
Poločas přeměny- doba, za kterou se přemění polovina z celkového počtu jader v daném množství radionuklidu (od několika dní až po miliardy let)
Radioaktivní přeměnová řada- jadernou přeměnou prvku (zejména uranu 238) vznikají postupně další radionuklidy tak dlouho, dokud nevznikne stabilní neklid, který se už dál nepřeměňuje (u uranu izotop olova 206).
Radionuklidy přírodní a umělé- těch je několik tisíc, připravují se pouze v laboratořích (v reaktorech a urychlovačích), pužívají se v lékařství, vědě i technice.
Využití jaderného záření
Metoda značených atomů- zkoumání cest radioakvitvních izotopů např. v rostlinách nebo živočiších.
Radiouhlíkové metody k určování stáří organických látek (kostí, oděvů…) a hornin.
V lékařství se pomocí radionuklidů diagnostikují nemoci. Pomáhají při léčení- ozařování zhoubných nádorů, odstraňování nádorů gama nožem. Ke sterilizaci vaty, chir. rukavic… ozařování potravin proti jejich zkažení. Gama záření se používá v technice k defektoskopii- zjišťování poruch a prasklin v kovech. Jaderné elektrické baterie- zdroj elektřiny např. do kosmu nebo do odlehlých míst, kde není jiná možnost.
Jaderné reakce
Při jaderných reakcí se mohou přeměňovat jádra jednoho nuklidu v jádra jiných nuklidů. Přitom zůstává elektrický náboj i počet nukleonů stejný před i po reakci.
Jaderné reakce zapisujeme rovnicemi. Na levé straně jsou nuklidy do reakce vstupující a na pravé z reakce vystupující. Směr reakce určuje šipka.
Při chemických i jaderných reakcích se může uvolňovat energie.Nukleony jsou v jádře vázány obrovskými jadernými silami.
Při reakcích dochází buď ke štěpení (těžké atomové jádro se rozdělí na dvě menší) nebo slučování (ze dvou lehkých jader se stane jedno těžké). Toto se děje např. vnitř hvězd a Slunce.
E=mc2 - E je energie, m hmotnost (v kg) a c rychlost světla ve vakuu- 300 miliónů metrů za sekundu. To znamená, že v kilogramu libovolné látky je utajena obrovská energie 90 tisíc biliónů joulů, neboli 25 miliard kilowatthodin.
Uvolňování jaderné energie
Jedením ze způsobů je štěpení jader při řetězové jaderné reakci. Probíhá pouze ve štěpných materiálech (nuklid uranu U235-jediný přírodní). Aby mohla řeťězová reakce proběhnout, musí mít materiál kritickou hmotnost. Energie se při řeťězové reakci může uvolnit buď v procesu výbuchu nebo postupně při řízené reakci, jako např. v jaderných reaktorech.
Jadernou energii je také možno uvolňovat slučováním jader vodíku (v nitru Slunce a hvězd). Při reakcích mezi částicemi a antičásticemi dochází k úplnému uvolnění energie, která je v látce obsažena.
Reakce jaderného slučování neprobíhá jako řetězová reakce a vyžaduje, aby se jádra vodíku navzájem srážela obrovskými rychlostmi. To nastane při vysokých teplotách několika set miliónů stupňů- termojaderné reakce. Zatím pouze u výbuchu jaderné bomby.
Při vysokých teplotách se plyn ionizuje, od jeho atomů jsou při vzájemných srážkách odtrhávány elektrony a vzniká tzv. plazma tvořená kladně a záporně nabitými částicemi. Antičástice umožňují uvolnit všechnu energii z látky. Protože každá částice má svůj opačně nabitý protějšek- záporně nabitý elektron má opačně nabitý pozitron, kladně nabitý proton má záporně nabitý antiproton atd. Setkají-li se částice a antičástice, tak obě zaniknou a uvolní se veškerá energie a vzniká gama záření- dnes to ještě ale neumíme využít.
Jaderný reaktor
Jaderná energie, kterou dnes využíváme k výrobě el. energie se uvolňuje v jaderném reaktoru. Probíhá v něm řetězová reakce štěpení uranu v tzv. aktivní zóně jaderného reaktoru.
Aby tahle reakce mohla probíhat, musí se neutrony vyletující z jader zpomalit moderátorem (voda nebo grafit-tuha), protože pak lépe štěpí jádro uranu.
K ovládání slouží regulační tyče (z kadmia nebo oceli s příměsí boru), které pohlcují nadbytečné neutrony. Jejich zasouváním se mění výkon reaktoru. Kdyby se nebezpečně zvýšil počet neutronů, tak se zasunou havarijní tyče, které řetězovou reakci zastaví.
Aktivní zóna je chlazena vodou nebo plynem v tlakové nádobě. Horká voda pak koluje uzavřeným primárním okruhem a odevzdává část své vnitřní energie v parogenerátoru (vyvíječi páry), který je součástí sekundárního (parního) okruhu. Pára je vedena do turbíny, kterou roztáčí a vyrábí se tak el. energie. Pára, která odevzdala energii se odvádí do kondenzátoru, kde se chladí a zkapalňuje. Ta voda se pak vrací do parogenerátoru. Chlazení v kondenzátoru zajišťuje chladící okruh. Část vody se v chladícím okruhu odpaří a uniká z chladících věží jako bílá pára nebo mlha. Proto se voda musí doplňovat- jaderné elektrárny bývají u vodních nádrží.
Jaderná energetika
První jaderný reaktor uvedl do chodu tým amerických vědců pod vedením italského fyzika Enrica Fermiho 2. 12. 1942 na univerzitě v Chicagu. U nás se jaderné elektrárny podílejí na výrobě el. energie asi z 31%.
Reaktor je v kontejnmentu- z betonu a oceli, neměl by ho porušit ani pád letadla.
Neznečišťuje ovzduší popílkem, oxidy síry….
Likvidace vyhořelého paliva - po vytažení z reaktoru je dlouho horké
-mezisklad (je v areálu elektrárny), chladne tam pod vodou několik let
-po vychladnutí se ukrývá v podzemí v hloubce několika set metrů a nebo na dně oceánů a moří
inherentní bezpečnost- odstavení reaktoru (nebo zmenšení výkonu) v případě nebezpečí bez zásahu člověka.
Jaderné havárie: menší a střední rozsah: Anglie (1957), USA (1979)
Nejvážnější- katastrofa na 4. bloku elektrárny v Černobylu (1986)
Palivoý cyklus- začíná těžbou uranové rudy, ta se drtí, mele a louží kyselinou- vznikne koncentrát oxidu uranu- žlutý koláč, ten se pak zpracovává na jaderné palivo v podobě palivových článků a kazet závaží. Jednou za rok se třetina paliva ochuzeného o štěpný materiál vymění za ,,čerstvé"
Ochrana před zářením
Jaderné záření může vyvolat rakovinu a genetické změny a proto bychom se měli před ním chránit, musí se dodržovat bezpečnostní předpisy.
Jaderný výbuch ohrožuje člověk především pronikavým zářením, dále vysokými teplotami, tlakovou vlnou a dlouhodobým zamořením oblasti.
Při opalování bychom měli používat krémy- Slunce taky vysílá jad. záření, měli bychom větrat, aby se nehromadil plyn radon a měli bychom mít co nejméně rentgenů, protože se nám za život sčítají.
Dozimetr- měří přítomnost a intenzitu záření
Tebe to baví přepisovat?