Jaderná energie
15. 7. 2021 2021-08-04 14:06Jaderná energie
Jaderná energie
JADERNÁ ENERGIE
Při chemických reakcích dochází ke změnám v elektronových obalech atomů. Za určitých
podmínek mohou změnám podléhat i jádra atomů.
HISTORIE
Profesor pařížské univerzity Sorbonny Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908) objevil r.
1896 do té doby neznámé záření. Zjistil, že sloučeniny uranu vysílají záření, které i přes obal
z černého papíru způsobuje zčernání fotografické desky. Jeho objev prokázal, že některé látky
vysílají neviditelné záření, které má schopnost procházet jinými látkami a způsobovat jejich
změny.
Polka Marie Curie-Sklodowská a její manžel Francouz Pierre Curie získali ze smolince
(vytěženého v Jáchymově) do té doby neznámé chemické prvky radium a polonium. Oba
prvky vydávaly záření. Po svém objevu nazvali manželé M. a P. Curieovi vlastnost některých
látek samovolné vydávat pronikavé neviditelné záření radioaktivita. Látky, které toto záření
vysílají, jsou radioaktivní.
RADIOAKTIVITA
Nestabilní jádra atomů některých prvků se mohou samovolně
přeměňovat a rozpadat. Takové prvky označujeme jako radioaktivní.
Při rozpadu jader vznikají jádra atomů jiných prvků a uvolňuje se radioaktivní záření.
Tento jev označujeme jako radioaktivita.
JADERNÉ ZÁŘENÍ
Postupně bylo zjištěno, že záření radioaktivních látek jej způsobeno přeměnami v jádrech
atomů, a proto se též nazývá jaderné záření. Byly zjištěny 3 druhy jaderného záření:
• Záření α (čti alfa) jsou rychle letící jádra atomů helia 4
2He (zápis vyjadřuje, že částice
obsahují 2 protony a 2 neutrony)
• Záření β (čti beta) jsou rychle letící elektrony
• Záření γ (čti gama) je podobně jako světlo elektromagnetické vlnění, avšak
s mnohonásobně větší energií.
RADIOAKTIVNÍ IZOTOPY
Izotopy jsou atomy téhož chemického prvku, které mají stejný počet protonů, ale liší se
počtem neutronů v jádře.
Izotopy, jejichž jádra se samovolně přeměňují, jsou radioaktivní izotopy.
Radioaktivních izotopů se v přírodě vyskytuje asi 50. Mezi nejvýznamnější patří izotopy
chemického prvku uranu, např.:
•238 92 U, jádra atomů obsahují 92 protonů a 146 neutronů (přírodní uran ho obsahuje více než 99%)
•235 92 U, jádra atomů obsahují 92 protonů a 143 neutronů (přírodní uran ho obsahuje asi 0,7%)
ŠTĚPENÍ JADER ATOMŮ URANU
Rozpad jader atomů prvků je možné vyvolat i uměle působením částic s vysokou energií.
Dochází ke změnám struktury atomových jader. Ta se obvykle rozpadnou na dvě jádra atomů
jiných prvků a další částice.
Jestliže na jádro atomu uranu narazí neutron, vznikají dva štěpné produkty, které se od sebe
rozletí velkou rychlostí, a dále se uvolňují 2 až 3 volné neutrony.
Jak štěpné produkty narážejí na další atomy kolem sebe, ztrácejí rychlost a jejich pohybová
energie se mění na teplo. Tento děj se může vhodně využít, např. v jaderné elektrárně.
JADERNÁ ELEKTRÁRNA
Při jaderných reakcích se uvolňuje obrovské množství energie, mnohem větší, než při
chemických reakcích. Energie uvolněná při jaderných reakcích je dnes využívána
v jaderných (atomových) elektrárnách k výrobě elektrické energie
Jaderná elektrárna a elektrárna tepelná spalující uhlí mají mnoho podobného. V obou
případech zahřívá zdroj energie vodu k varu a unikající vodní pára roztáčí turbínu. Která
pohání generátor vyrábějící elektrický proud. Rozdíl spočívá především ve zdroji tepla.
V jaderné elektrárně to jsou štěpící se atomy uranu v jaderném reaktoru a v tepelné elektrárně
hořící uhlí. Přitom však uran poskytuje energie mnohem více (např. z 1g uranu 235
92U lze
získat tolik energie jako spálením 2000 litrů benzinu nebo 3000kg uhlí).
Při štěpení atomů uranu se uvolňují neutrony. Jestliže tyto neutrony narazí na další atomy
uranu, dochází k další štěpné reakci. V krátkém časovém úseku se tak štěpí stále více a více
jader atomů.
V České republice jsou dvě jadrné elektrárny v činnosti – v Dukovanech a Temelíně.
Jaderná elektrárna o výkonu 1000MW spotřebuje asi 35 tun uranu za rok. Stejně výkonná
tepelná elektrárna spotřebuje miliony tun uhlí. Odpadem z jaderných elektráren je tzv.
vyhořelé palivo. Je silně radioaktivní a v současné době nemá žádné využití. Skladuje se
v podzemních úložištích ve speciálních kontejnerech.
První jaderná elektrárna byla uvedena do provozu v roce 1954 v ruském Obninsku.
Největší jaderná elektrárna v Evropě se nachází v ukrajinském Záporoží. Má šest
jaderných reaktorů s celkovým výkonem 6000MW.
Největší jadernou elektrárnou na světě je pak japonská Fukušima s deseti jadrnými
reaktory a celkovým výkonem 9000MW.
K největší havárii atomové elektrárny došlo v roce 1986 v Černobylu na Ukrajině.
Mapa s umístěním největších jaderných elektráren v ČR:
Jaderná elektrárna:
ZNEUŽITÍ JADERNÉ ENERGIE
Jaderná energie je také zneužívána k výrobě jaderných (atomových) bomb. Ty patří mezi
tzv. zbraně hromadného ničení.
V nejznámější z těchto zbraní – atomové pumě – se při výbuchu spojí odděleně uložená
množství štěpného materiálu. Při tomto spojení dojde k neřízené řetězové reakci. Výbuch
atomové pumy způsobí ničivou nárazovou vlnu, tepelné a světelné záření, jaderné a
radioaktivní zamoření terénu.
Po první zkoušce jaderného výbuchu na naší planetě (16. 7. 1945 v Novém Mexiku, USA)
byla atomová puma použita armádou Spojených států amerických ve 2. světové válce při
leteckém útoku na japonská města Hirošimu a Nagasaki (dne 6. 8. a 9. 8. 1945). Následky
byly tragické, téměř 200 000 mrtvých a raněných, desetitisíce lidí umírajících na následky
ozáření v průběhu dalších let.
Od té doby některé státy provedly série dalších pokusných jaderných výbuchů, které vedly ve
svých důsledcích ke zvýšení množství radioaktivních látek na povrchu i v ovzduší celé Země.
Proto je cílem mezinárodního společenství tyto pokusy zastavit, počet jaderných zbraní
omezit a v budoucnu je zcela zneškodnit.
DALŠÍ VYUŽITÍ JADERNÉHO ZÁŘENÍ
Jaderné záření působí na člověka v běžném životě z nejrůznějších zdrojů. Dokonce i
v lidském těle koluje radioaktivní izotop draslíku. Zvýšené dávky tohoto záření výrazně
poškozují organismy, mohou narušovat činnost tkání a orgánů a způsobit i smrt organismu. U
člověka mohou vyvolávat zhoubná nádorová onemocnění a nemoci krve (leukémii). Proto je
nezbytné znát účinky jaderného záření i ochranu proti němu.
Jaderné záření však nesouvisí pouze s ohrožením člověka.
Statisíce lidí mu vděčí za včasné zjištění a léčbu nemocí (např. štítné žlázy).
Radioaktivní minerální vody se využívají pro léčebné účely např. v lázních Jáchymov. Jsou to
přírodní vody obsahující jako účinnou látku izotop radonu 222Rn.
Jaderné záření se využívá v průmyslových závodech např. ke zjišťování tloušťky a vad
materiálů i v zemědělství (konzervace brambor).
Další využití má při ošetření historických památek a v kriminalistice.
