Jadern reakce Autor Mgr Elika Vokov Gymnzium K

Jaderné reakce Autor: Mgr. Eliška Vokáčová Gymnázium K. V. Raise, Hlinsko, Adámkova 55 2013, duben

Jaderné reakce Obr. 1

Jaderné reakce • K jaderným reakcím dochází při srážkách atomových jader. • Při reakcích se může jeden nuklid měnit v druhý. • Elektrický náboj i počet nukleonů zůstává stejný před reakcí i po reakci.

V roce 1919 uskutečnil Rutherford první jadernou reakci, kdy došlo k přeměně prvků. Přeměna dusíku na kyslík. Obr. 2 Ernest Rutherford

• Při jaderných reakcích dochází k uvolnění obrovského množství energie – v jaderných reaktorech nebo při jaderném výbuchu bomby. • Uvolněná energie má podobu záření, projeví se tlakovými a tepelnými účinky. Může být přeměněna na energii elektrickou – v jaderných elektrárnách.

Druhy jaderných reakcí: a) jaderné štěpení – těžké jádro se rozdělí na dvě jádra lehčí, nastává v jaderném reaktoru, v jaderných bombách, b) jaderné slučování (syntéza) – ze dvou lehčích jader se vytvoří jádro těžší, je zdrojem energie v nitru Slunce a ostatních hvězd.

Obr. 3 Termonukleární syntéza na Slunci – příklad reakce Slučování jader vodíku vede postupně ke vzniku jader hélia.

Albert Einstein určil, že energie obsažená v látce souvisí s hmotností vztahem E = energie, m = hmotnost, c = rychlost světla ( v 1 kg látky je ukryta energie 9. 1016 J) Energie uvolňovaná při jaderných reakcích je milionkrát větší než u reakcí chemických.

Uvolňování jaderné energie Jaderná energie se může uvolňovat při štěpení jader v řetězové jaderné reakci, která probíhá pouze v tzv. štěpných materiálech. V přírodě – jediný štěpný materiál , který je obsažen v množství 0, 7 % v uranu 238. Z uranu 238 se uměle vyrábí také plutonium 239, které může být použito v jaderných zbraních.

Řetězová reakce: do jádra narazí neutron, rozštěpí ho na dvě jádra a dále vzniknou 2 -3 nové neutrony, které mohou štěpit další jádra. Je-li množství štěpné látky velké (kritická hmotnost), má řetězová reakce charakter jaderného výbuchu.

Příklad reakce:

Princip jaderné bomby: dva kusy uranu 235 nebo plutonia v menším než kritickém množství jsou explozí klasické výbušniny vrženy proti sobě proběhne řetězová reakce, při které se uvolní obrovská energie a látka se zahřeje na miliony stupňů Celsia. Obr. 4

Vědci zkoumají využití termojaderných reakcí – jaderné slučování při vysokých teplotách (miliony stupňů Celsia). Při vysokých teplotách se ionizuje plyn, vzniká plazma tvořené kladně a záporně nabitými částicemi. Technickým problémem je, kde udržet plazma – využívá se tokamak = magnetická nádoba tvaru prstence. Silné magnetické pole zabraňuje dotyku plazmatu a stěny komory.

Tokamak Obr. 5

Při jaderných reakcích se uvolňuje pouze asi 1 % energie obsažené v látce. BUDOUCNOST: Veškerá energie se uvolňuje při srážkách částice a její antičástice. Při srážce obě částice zanikají, dochází k tzv. anihilaci (zániku) hmoty.

Použité zdroje KOLÁŘOVÁ, Růžena; BOHUNĚK, Jiří; ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Dotisk 1. vydání. Nakladatelství Prometheus, spol. s r. o. , Praha 4, 2003. Učebnice pro základní školy. ISBN 80 -7196 -193 -0. Zdroje obrázků: Federal Government of the United States. [cit. 2013 -02 -10]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: < http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Operation_Upshot. Knothole_-_Badger_001. jpg/705 px-Operation_Upshot-Knothole_-_Badger_001. jpg >, obr. 1 Unknown. [cit. 2013 -02 -10]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/6/6 a/Ernest_Rutherford. jpg >, obr. 2 NASA Goddard Laboratory for Atmospheres. [cit. 2013 -02 -10]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/d/df/Sun_in_X-Ray. png >, obr. 3 Original uploader was Pitel at cs. wikipedia. [cit. 2013 -02 -10]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/4/41/Princip_jaderne_naloze. svg/709 px. Princip_jaderne_naloze. svg. png >, obr. 4 Michel Maccagnan. [cit. 2013 -02 -10]. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW: <http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/2/2 a/KSTAR_tokamak. jpg/800 px. KSTAR_tokamak. jpg> , obr. 5