Moje osobní stránky :-)

Jaderná energie

Co už víme o atomech

-          nejmenší částečky sloučenin – molekuly

-          nejmenší částečky prvků – atomy

-          slučují-li se dva prvky ve sloučeninu – vytvářejí molekulu

-          atom à jádro + obal

-          obal à elektrony. Elektrony lze odtrhnout – ultrafialovým zářením, plamenem svíčky, posvícení na sluneční baterii à z atomů se uvolňují záporně nabité elektrony, ty mohou vytvářet elektrický proud. Z atomů se zároveň stávají kladně nabité ionty (anionty)

-          při vzájemném tření dvou těles přecházejí elektrony z jednoho z nich na druhé, při čemž jedno z nich se nabíjí kladně a druhé záporně

-          proces, při němž obal atomu ztrácí nebo přibírá elektrony a stává se elektricky nabitým iontem se nazývá ionizace

-          rozbití atomu = rozbití atomového jádra

Atomová jádra

-          atom obs. Záporně nabité elektrony (obal), at. Jádro (kladné protony – 1800*těžší než elektrony, neutrony)

-          počet protonů = stejný počet neutronů (aby atom nebyl kladný ani záporný) à protonové číslo (udává chemické vlastnosti atomu)

-          protony + neutrony (přibližně stejná hmotnost) à nukleony

-          celkový počet nukleonů – nukleonové číslo

-          látky složené z atomů, které jsou zcela stejné tj. mají stejná nukleonová a protonová čísla, se nazývají  nuklidy

-          nukleonové číslo najdete v tabulce pod relativní atomovou hmotností

-          nuklid je např. uhlík ¹²₆C – 6p, 6e, 6n

-          Atomy téhož prvku mohou náležet několika různým nuklidům a všechny budou mít stejné protonové číslo, ale budou se lišit pouze čísle nukleonovým, tj. počtem neutronů v jádře např. ¹²₆C a ¹⁴₆C (první uhlík má 6 neutronů, ale ten druhý 8) à jsou to izotopy

Radioaktivita

-          schopnost některých látek samovolně vyzařovat neviditelné pronikavé záření

-          radioaktivní záření vychází z atomových jader

-          při radioaktivním vyzařování se atomová jádra přeměňují na jádra jiná

-          látky tvořené atomy s jádry, které vyzařují radioaktivní záření nazýváme radionuklidy

-          radionuklidy mohou vyzařovat pronikavá záření – alfa, beta, gama

-          Záření alfa – tvořeno částicemi alfa – tj. atomy helia (2p + 2n), toto záření pohlcuje již list papíru nebo tenká vrstva vzduchu – nebezpečné je jeho pozření nebo nadýchání se. Zdrojem alfa záření je radioaktivní radon, který se hromadí ve sklepních prostorech

-          Záření beta à záporně nabité elektrony nebo kladně nabité pozitrony (mají stejnou hmotnost jako elektrony), pohlcuje ho tenký hliníkový plíšek

-          Záření gama à krátkovlnné elmg. záření, podobné záření rentgenovému, pohlcuje se vrstvou olova

-          Záření neutronové à jaderné bomby + reaktory à letící proud elektronů, je nepronikavější (neutrony nemají elektrický náboj, a tak na ně nepůsobí odpudivé el. síly atomových jader. Chráníme se vrstvou vody nebo betonu

-          Poločas přeměny à doba, za kterou se přemění polovina z celkového počtu jader v daném množství v radionuklidu – prostě se rozpadne na polovinu. T(Radon )=3,8dne, T(radium )=1620 let, T(uran 238)=4,8 miliardy let

-          v přírodě cca 50 radionuklidů

-          důležitý radionuklid – Uran 238, ( ²³⁸₉₂U) – jeho jadernou přeměnou vznikají postupně další radionuklidy tak dlouho, dokud nevznikne stabilní nuklid, který se už dále nepřeměňuje – v tomto případě izotop olova 206 à radioaktivní přeměnová řada

-          radium a radon v přírodě neustále vznikají

-          jiné radionuklidy vznikají v přírodě působením kosmického záření, některé jsou přítomny v živých organismech (draslík 40)

-          vedle radionuklidů, které existují v přírodě (přirozené), vyrábíme i umělé (použito ve vědě, lékařství, , technice). Příprava v urychlovačích nebo v laboratořích

-          Plutonium 239 – vzniká v jaderných reaktorech, výroba jadernách zbraní, v přírodě velké množství, uměle připraven

Využití jaderného záření

-          metoda značených atomů (stabilní a radioaktivní izotopy se chovají naprosto stejně, a tak když vám dá doktor vypít trošku toho radioaktivního, tak vás to vevnitř ozáří, doktor vás pak vyfotí a pak může zkoumat, jak vám to v těle fachuje, jak který látky jsou kam)

-          radiouhlíkové metody – určování stáří org. látek. Lidé a zvířata totiž přijímají do těla uhlík a to jak stabilní C12, tak radioaktivní C14 s poločasem přeměny 5730 let. Se zánikem organizmu přísun uhlíku do těla ustal a C14 se začal přeměňovat na jiné nuklidy. Stejně se určuje stáří hornin – podle podílu olova, které vzniklo postupnou přeměnou uranu

-          sterilizace lékařských nástrojů

-          defektoskopie

-          konstrukce jaderných elektrických baterií (radionuklidy se totiž sami zahřívaj

Jaderné reakce

-          při srážkách atomových jader, letících proti sobě může docházet k jaderným reakcím. Při nich se jedno jádro může změnit v jádro jiné à je možná přeměna prvku v jiný à součet protonových a nukleonových čísel musí být stejný na obou stranách rovnicí

-          elektrony a at. jádra jsou v atomu vázána elektrickými silami. Nukleony jsou vázány v at. jádře milionkrát většími jadernými silami. Při chemických nebo jaderných reakcích může dojít k uvolnění energie. Uvolněná energie – záření à tlakové a tepelné účinky à lze přeměnit fe. na elektrickou

-          jaderná energie se uvolňuje buď při radioaktivní přeměně jader nebo při některých jaderných reakcích

-          štěpení à těžké atomové jádro à dvě jádra menší

-          slučování à dvě lehká jádra à jádro těžší à princip uvolňování energie v nitru Slunce a hvězd (slučování H à He)

-          Einstein à rovnice à E=mc²   (E= energie, m=hmotnost látky, c=rychlost světla ve vakuu – 300 000 000 m/s)

Uvolňování jaderné energie

-          uvolňování jaderné energie à štěpení jader při řetězové jaderné reakci à pouze ve štěpných materiálech

-          jediný štěpný materiál v přírodě à nuklid uranu U 235

-          přírodní uran tvořen à nuklid U 238 à 7% U 235

-          Uran 238 není štěpný, ale je možno z něj vyrobit v jadrných reaktorech plutonium 239 (à jaderné zbraně)

-          Další štěpný materiál à uran 233 à z thoria v jaderných reaktorech

-          V thoriových reaktorech nevzniká nebezpečné plutonium à nehrozí vojenské zneužití

-          Princip řetězové reakce: do jádra uranu 235 vnikne neutron, rozštěpí ho na dvě jádra a z jádra vylétnou dva až tři neutrony, které štěpí další jádra

-          Je-li množství látky větší než kritická hmotnost à řetězová reakce s charakterem jaderného výbuchu

-          Dva kusy uranu 235 nebo plutonia s hmotností menší než kritická, jsou drženy od sebe vhodným mechanickým zařízením. Explozí klasické výbušniny jsou tyto dva kusy vrženy proti sobě, čímž je dosaženo nadkritické hmotnosti à uvolnění E a t

-          Bezpečnější cesta uvolňování jaderné E à napodobení jaderné reakce jako probíhá ve hvězdách a sluncích

-          reakce jaderného slučování à nepobíhá jako řetězová à vyžaduje, aby se jádra vodíku srážela obrovskými rychlostmi. To nastane při vysokých teplotách à termojaderné reakce à takové teploty pouze při výbuchu jaderné bomby à konstrukce vodíkové bomby à jaderná slouží jako rozbuška

-          při vysokých teplotách à ionizace plynu àod jeho atomů jsou při srážkách odtrhávány elektrony à plazma

-          setká-li se částice a antičástice à obě zanikají a jejich energie se uvolňuje a vzniká záření gama

Jaderný reaktor

-          řetězové reakce à jaderný reaktor à štěpení uranu 235 (palivo – uranové tyče)

-          základní část reaktoru, kde probíhá řetězová reakce à aktivní zóna

-          zpomalování reakce moderátorem (à řízená řetězová reakce) à těžká voda, grafit

-          ovládání reaktoru à regulační tyče à kadmium, ocel à pohlcují přebytečné neutrony à zasouvání a vysouvání – mění se výkon reaktoru, kdyby se počet neutronů začal nebezpečně zvyšovat à havarijní tyče (automaticky)

-          reaktor se musí chladit

-          aby voda zůstávala v kapalném stavu při vysokých teplotách à aktivní zóna umístěna v tlakové nádobě

-          horká voda koluje v primárním okruhu à část své vnitřní energie odevzdává v parogenerátoru (vyvíječi páry), který je součástí sekundárního parního okruhu

-          pára vedena do turbíny à výroba E pak probíhá jako u elektráren na uhlí

-          pára se zkapalňuje  a ochlazuje  à vznikající teplá voda může být využita na vytápění domů12

Jaderná energetika

-          jaderná část uzavřena v kontejnmentu à ochranná obálka z oceli a betonu à ani pád letadla nenaruší jeho těsnost

-          otázka likvidace vyhořelého paliva

-          inherentní bezpečnost à v případě nebezpečí se elektrárny samy odstaví bez zásahu člověka

-          uvažuje se o umisťování jad. elektráren pod zem

-          palivový cyklus: - těžba uranové rudy à drcení, melení, slučování s kyselinou à koncentrát oxidu uranu – žlutý koláč à jaderné palivo – palivové články àdo jaderných elektráren à jednou za rok – třetina ochuzeného o štěpný materiál z reaktoru vyjímá a aktivní reaktoru se doplňuje čerstvým palivem

-          vyhořelé palivo à nejprve uchováváno ve vodním bazénu v elektrárně à radioaktivita klesne à mezisklad (elektrárna X vně, suchý X mokrý) à ukládáno do ocelových nebo betonových obalů à hledání kam to uložit à nevynalezeno

Ochrana před zářením

-          draslík 40 (radioaktivní, v našem těle)

-          omezení rentgenů, slunění, více větrat

-          měření záření à detektory záření

-          je-li radioaktivní záření pohlceno – třeba lidským tělem, předá mu svou energii à měří to dozimetry (můžeme určit, jakému záření byl člověk vystaven)

-          před zářením se chráníme stíněním olověných cihel, oceli, vody, betonu

-          záření se sčítá à buď jednou ohromné, nebo dlouho malé

-          jaderný výbuch à doprovázen teplotou a tlakovou vlnou à úkryt pod hranou terénu , vrstvy olova, betonu, zeminy, užití ochranného oděvu

-          dlouhodobé zamoření terénu à stroncium se může dostat do těla mlékem a ukládá se do kostí jako vápník.