Jaderné reakce a jaderná energetika

Prezentace na téma: "Jaderné reakce a jaderná energetika"— Transkript prezentace:

1 Jaderné reakce a jaderná energetika
Atomová fyzika

2 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

3 proton-protonový cyklus ve slunci
1 1 H 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)

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

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

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

7 jaderné elektrárny viz video

8 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.

9 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).

10 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

11 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)

12 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 ( Na , Tc , F ve formě F-deoxyglukózy). léčba nádorů ( Cs , Co , I ) - nádor v sobě koncentruje radionuklid, který se poté rozpadá v jeho buňkách, které tím zabíjí.

13 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.

14 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

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

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

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

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