Jaderné reakce a jaderná energetika Atomová fyzika

jaderné reakce některé jaderné reakce můžou probíhat i za běžných podmínek rychlost reakce (pravděpodobnost průběhu) vyjadřujeme pomocí účinného srážkového průřezu (=plocha, kterou musí jedna částice trefit na druhé, aby k reakci došlo) – závisí na energii jaderné reakce využíváme na: výroba radionuklidů výroba energie

proton-protonový cyklus ve slunci 1 1 H + 1 1 H → 1 2 H+ 𝑒 + +𝜈 0,42 MeV 𝑒 + + 𝑒 − →𝛾+𝛾 1,02 MeV malý účinný průřez – jedna reakce z 1026 pozitron okamžitě reaguje s volným elektronem a anihiluje (=zanikne a přemění veškerou hmotnost na elmag. záření)

využití proton-protonového cyklu 1 2 H + 1 1 H → 2 3 He+𝛾 5,49 MeV 2 3 He + 2 3 He → 2 4 He+ 1 1 H + 1 1 H 12,86MeV z 1kg vodíku => 6,4·1014J pro výrobu energie se s ním nepočítá kvůli malé pravděpodobnosti reakce

další reakce reakce tritia (je ho málo, je radioaktivní, muselo by se vyrábět z lithia) 1 2 𝐻 + 1 3 𝐻 → 2 4 𝐻𝑒+ 0 1 𝑛 17,6 MeV reakce deuteria (je potřeba cca 100 mil. ºC) 1 2 𝐻 + 1 2 𝐻 → 2 4 𝐻𝑒+ 0 1 𝑛 3,25MeV 1 2 𝐻 + 1 2 𝐻 → 1 3 𝐻 + 1 1 𝐻 4,03 MeV v současnosti není ani jedna reakce zvládnutá tak, aby uvolňovala víc energie než do ní vložíme

Tokamak nádoba tvaru pneumatiky rozžhavené plazma je udržováno magnetickým polem uvnitř tak, aby se nedotýkalo stěn

jaderné elektrárny viz video

havárie jaderných elektráren Černobyl (viz dokument) Fukušima přílivová vlna o výšce 18 m zaplavila jadernou elektrárnu postavenou na pobřeží moře reaktory se podařilo včas odstavit, slaná voda však způsobila zkrat elektrických vedení a vyřadila z provozu chlazení reaktorů rozpad radioaktivních nuklidů vzniklých štěpnou reakcí reaktory přehřál a došlo k poškození jejich těsnosti a úniku radioaktivních látek do okolí.

atomová bomba rychlý neutron => malá pravděpodobnost srážky => je třeba velký počte jader ⇒ možnost spuštění řetězové reakce i bez moderátoru, pokud je uran obohacený podstatně více než pro spalování v jaderném reaktoru v každém kousku uranu probíhají neustále rozpady ⇒ pokud máme dostatečné množství (nadkritické) dostatečně obohaceného uranu, řetězová reakce se spustí sama stejným způsobem můžeme využít i plutonium Atomová bomba: dvě podkritická množství vysoce obohaceného uranu přitiskneme k sobě ⇒spustí se neřízená řetězová reakce ⇒ výbuch největším problémem při konstrukci atomové bomby je získání dostatečného množství dostatečně obohaceného uranu (nebo plutonia).

Využití radioaktivních nuklidů Využití absorpce jaderného záření záření γ exponenciálně slábne při průchodu látkou ⇒ měřením intenzity záření máme velmi přesnou informaci například o: tloušťce vnitřních vadách (defektoskopie opotřebení hladině kapalin u uzavřené nádobě

Využití radioaktivních nuklidů Vlivem jaderného záření mění některé materiály své vlastnosti: změna zabarvení křehnutí polymerizace Využití vlivu jaderného záření na živé organismy: sterilizace (lékařské nástroje, materiál) sterilizace v uzavřených nádobách (záření projde i přes stěny ošetřování potravin (proti zkažení, naklíčení)

Využití radioaktivních nuklidů Radionuklidy v lékařství a biologii: stopovací prvky: navážeme je na látku, kterou tělo zpracovává, a pomocí vyzařovaného záření můžeme sledovat její koloběh v těle ( 11 24 Na , 43 99 Tc , 9 18 F ve formě F-deoxyglukózy). léčba nádorů ( 11 137 Cs , 27 60 Co , 53 131 I ) - nádor v sobě koncentruje radionuklid, který se poté rozpadá v jeho buňkách, které tím zabíjí.

Využití tepla z radioaktivní přeměny   termočlánky na výrobu elektřiny Jaderné baterie jsou malé, mají výkon několika wattů a mohou pracovat neomezeně dlouho v meteorologických stanicích, systémech automatické registrace na odlehlých místech a v kosmu.

Jaderné reakce jaderná reakce = reakce jader vyvolaná srážkou s jiným jádrem nebo částicí musí být splněny zákony zachování zz energie zz hmotnosti zz hybnosti zz elektrického náboje zz počtu nukleonů

jaderné reakce endoenergetické reakce – energii je třeba dodat exoenergetické reakce – energie se uvolňuje objev protonu – Rutherford při ostřelování dusíku částicemi alfa 7 14 𝑁 + 2 4 𝐻𝑒 → 8 17 𝑂+ 1 1 𝐻 bylo by možné vyrábět i zlato ze rtuti (snili o tom celé generace panovníků)

jaderné reakce objev neutronu – Chadwick (1932) při ostřelování berylia částicemi alfa 4 9 𝐵𝑒 + 2 4 𝐻𝑒 → 6 12 𝐶+ 0 1 𝑛

jaderná fúze (slučování) spojování lehkých jader uvolňuje se energie nejsnadnejí probíhá reakce deuteria a tritia – uvolňuje se značná energie 1 2 𝐻 + 1 3 𝐻 → 2 4 𝐻𝑒+ 0 1 𝑛 energie 17,6 MeV tritia je málo

jaderná fúze reakce deuteria 1 2 𝐻 + 1 2 𝐻 → 2 4 𝐻𝑒+ 0 1 𝑛 3,25MeV