JADERNÁ FYZIKA
Atom atomos = nedělitelný, atomisté (Démokritos) skládá se z atomového jádra a atomového obalu v atomové jádře jsou protony a neutrony (nejpozději-1932), v obalu elektrony náboj protonu je kladný, elektronu záporný, neutron je bez el.náboje hmotnosti protonu a neutronu jsou srovnatelné, elektrony jsou mnohokrát lehčí (1800krát) rozměry jádra jsou minimální v porovnání s rozměry obalu, přesto je v jádře skryta téměř celá hmotnost atomu (100 000 násobný rozdíl – obal jako sportovní hala a jádro jako špendl.hlavička) rozměr atomu: 1 cm = 100 000 000 atomů
PROTONOVÉ ČÍSLO určuje počet protonů v jádře, dva různé prvky se stejným počtem protonů neexistují, udává chemické vlastnosti NUKLEONOVÉ ČÍSLO určuje dohromady počet protonů a neutronů v jádře, nukleony jsou tedy protony a neutrony IZOTOPY daného prvku mají stejný počet protonů v jádře, ale liší se počtem neutronů
IZOTOPY
Radioaktivita V roce 1896 francouzský fyzik Antoine Henri Becquerel objevil, že uranová ruda zvaná smolinec těžená v Jáchymově, vyzařuje neviditelné pronikavé záření. RADIOAKTIVITA je schopnost některých látek samovolně vyzařovat neviditelné pronikavé záření. Toto záření vychází z atomových jader, která se přeměňují na jádra jiných prvků.
Druhy radioaktivního záření – liší se svou pronikavostí α proud částic alfa = jádra atomu hélia; nejméně pronikavé a nejméně nebezpečné, dá se zachytit vrstvou papíru či tenkou vrstvou vzduchu; nebezpečné při vdechnutí či pozření; POZOR NA RADON ve starých nevětraných domech β proud elektronů či pozitronů; pronikavější než alfa a dá se zachytit například tenkým hliníkovým plechem γ krátkovlnné, vysokofrekvenční elektromagnetické záření podobné RTG; nejpronikavější z těchto tří, dá se zachytit vrstvou olova neutronové záření provází výbuch atomové bomby, činnost reaktorů je to proud letících neutronů, zachytí ho vrstva vody nebo betonu, zdraví velmi škodlivé
Poločas rozpadu – doba, za kterou se přemění (rozpadne) polovina počtu jader radionuklidu (radon -3,8 dne, radium 1620 let, uran 238 – 4 500 000 000let) Radionuklidy jsou přírodní a umělé (plutonium – 24 000let – jader.havárie, jaderné zkoušky)
VYUŽITÍ JADERNÉHO ZÁŘENÍ podle intenzity vydávaného záření se zkoumá hromadění škodlivých látek v životním prostředí, jodu ve štítné žláze, draslík v listech a semenech rostlin...... radiouhlíková metoda – historiková a archeologové – určování stáří předmětů, kostí, ohnišť, listin... (během života přijímáme stabilní C12 i nestabilní C14 s poločasem přeměny 5 730 let -tzv.radiouhlík) podle podílu radioaktivního olova se určuje stáří hornin v lékařství -diagnostika nemocí, léčení, ozařování, léčba revmatických chorob, výroba léčiv, sterilizace nástrojů, rukavic...... ozařování potravin – zabránění klíčení, plísním, kazivosti pro delší čerstvost a životnost defektoskopie – zjišťování vad a poruch v materiálech kontrola tloušťky plechu, stěn nádob, výšky kapalin v cisternách
Rozdíly mezi chemickými a jadernými reakcemi: při jaderných reakcích se přeměňují chemické prvky v atomy prvků jiných a uvolňuje se při tom mnohem více energie než u reakcí chemických (vznikají pouze jiné vazby mezi atomy)
DRUHY JADERNÝCH REAKCÍ JADERNÉ ŠTĚPENÍ – těžké a nestabilní atomové jádro se rozdělí na dvě jádra lehčí (v jaderných elektrárnách, atomových bombách) JADERNÁ SYNTÉZA (TERMOJADERNÁ REAKCE)– ze dvou lehkých jader se vytvoří jádro těžší (na Slunci, hvězdách, vodíkových bombách) PROBLÉM – neprobíhá jako řetězová, jádra vodíku se musí srážet obrovskými rychlostmi, což vyžaduje i několik 100 milionů °C a takových teplot umíme dosáhnout jen při výbuchu jad.bomby.
TERMOJADERNÁ REAKCE Ze dvou vodíkových jader se vytvoří jádro hélia a velké množství energie
ŘETĚZOVÁ ŠTĚPNÁ JADERNÁ REAKCE byla objevena v roce 1939 v Německu ----> strach-----> USA intenzivní výzkumné práce -----> Hirošima, Nagasaki probíhá pouze ve štěpných materiálech z přírody bereme U235 (99,3% U238 - štěpný není--> z něho plutonium, jenom 0,7% U235) OBRÁZEK-------->
ŠTĚPNÁ JADERNÁ REAKCE
ŘÍZENÁ ŠTĚPNÁ JAD.REAKCE
JADERNÁ ELEKTRÁRNA řetězová reakce je zpomalena, přebytečné neutrony pohlceny, nemá lavinovitý nekontrolovaný charakter, teploty jen kolem stovek stupňů !!!!!!!!!!radioaktivní odpad!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! KAM S NÍM??? !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!zásoby uranu!!!!!!!!!!!!!!!!!! JSOU OMEZENÉ
JADERNÁ ELEKTRÁRNA DUKOVANY
TEMELÍN
VZDÁLENÁ BUDOUCNOST Snaha napodobit reakci na Slunci – jadernou syntézu – s uvolněnou energií a bez jaderného odpadu JEŠTĚ VZDÁLENĚJŠÍ BUDOUCNOST = ANTIČÁSTICE Albert Einstein 19./ 20. století E = m * c2 ENERGIE OBSAŽENÁ V LÁTCE SOUVISÍ S JEJÍ HMOTNOSTÍ E = 1 kg * 300 000 0002m/s = 90 000 000 000 000 000J (roční spotřeba energie v ČR z 2 – 3 kg libovolné látky) Při zmíněných jaderných reakcích se z látky uvolňuje jen 1% energie.
Jak uvolnit všechnu energii? Jak uvolnit všechnu energii????-------> ke každé částici existuje její dvojník (má stejnou hmotnost, ale opačný náboj—např.elektron a pozitron, proton a antiproton). Setká-li se částice se svou antičásticí, obě zanikají a uvolňuje se všechna jejich energie se vznikem záření γ. TEORIE JE JASNÁ – REALIZACE HODNĚ DALEKO
ATOMOVÁ BOMBA
PRINCIP JADERNÉ BOMBY uran, plutonium jako štěpné radionuklidy + výbušnina Řetězová reakce může být spuštěna pouze, když má štěpná látka tzv. KRITICKOU VELIKOST. V bombě jsou drženy 2 kusy U, Pu o podkritické velikosti odděleně, explozí klasické výbušniny jsou vrženy proti sobě -----> nadkritická velikost ------> řetězová reakce ------> energie a mnoho milionů stupňů.
FAT MAN, LITTLE BOY
ROBERT OPPENHEIMER
Albert EINSTEIN E = m * c²
CAR BOMBA (IVAN) Vodíková jaderná bomba sestrojená v SSSR
JADERNÁ HAVÁRIE A JADERNÝ VÝBUCH PO NĚKOLIK SEKUND PŮSOBÍ PRONIKAVÉ ZÁŘENÍ VYSOKÁ TEPLOTA NIČIVÁ TLAKOVÁ VLNA DLOUHODOBÉ ZAMOŘENÍ TERÉNU ZÁVISLÉ NA POLOČASU ROZPADU (STRONCIUM, CESIUM-30 LET)