CESTA DO HLUBIN ATOMOVÉHO JÁDRA

CESTA DO HLUBIN ATOMOVÉHO JÁDRA A ZPĚT Anna Macková∗

1

Úvod

Současným vědeckým pozorováním jsou dostupné prostorové vzdálenosti v rozsahu přibližně 10−18 m – 1023 m. V následujícím přehledu jevů probíhajících na různých typech vzdáleností budeme popisovat cestu k menším a menším objektům, až se dostaneme na současnou známou fundamentální úroveň, tedy nejmenším elementárním částicím, o kterých zatím předpokládáme, že jsou nedělitelné. Jedná se o věci, které jsou víceméně obsahem středoškolské fyziky, ale snahou je ukázat aplikaci, využití a prospěšnost jaderné fyziky v širokém spektru lidské činnosti, v medicíně, kosmologii, zkoumání nových materiálů a technologií. Uváděné rozměry jsou jen ukázky, objekty určitého typu mohou mít rozměry lišící se o několik řádů od uvedených.

1023 − 109 m: kosmologické rozměry, vzdálenosti galaxií

2

Na těchto rozměrech lze pozorovat rozpínání vesmíru. Jeho zpomalování a to, zda se zastaví a přejde k opětovnému smršťování, závisí na hustotě hmoty ve vesmíru, která je silně ovlivněna v astronomických pozorováních neviditelnou (nesvítící) hmotou včetně neutrin. Neutrina jsou neutrální elementární částice, jejichž měření je velmi obtížné, neboť s hmotou téměř nereagují. Měřením neutrin, ale i dalších částic přicházejících z vesmíru (kosmické záření), získáváme cenné informace o vývoji vesmíru. • 1018 m: rozměry galaxií • 1013 m: rozměry sluneční soustavy Vnitřním zdrojem energie Slunce a dalších hvězd jsou jaderné reakce. Mimo jiné jsou zdrojem slunečních neutrin, kterých je pozorováno méně, než předpovídá teorie. Za kosmické záření je obvykle považován vysokoenergetický proud částic, který do zemské atmosféry proniká z kosmického prostoru. Přesněji řečeno, jedná se o primární kosmické ∗

Ústav jaderné fyziky AV ČR, Řež; PřF UJEP v Ústí nad Labem; e-mail: [email protected]

39

záření, které interaguje s částicemi zemské atmosféry. Srážkami vznikají další a další částice, reakce se rozvětvuje a výsledkem je sprška sekundárního kosmického záření, která dopadá na zemský povrch (viz obrázek 1). Kosmické záření je z největší části tvořeno protony (kolem 90%), zbytek tvoří jádra hélia a těžších prvků, jisté malé zastoupení mají i elektrony. Součástí kosmického záření jsou i další stabilní částice - neutrina, které se však mohou srazit s částicí v atmosféře jen nesmírně vzácně a mechanismy jejich urychlování nejsou zatím zcela jasné. Kosmické záření, které zachycujeme na Zemi, je téměř přesně izotropní, tedy ze všech směrů přichází stejný počet částic. Drobné odchylky od této izotropie jsou způsobeny v nízkoenergetické oblasti (energie do 1011 eV) zářením přicházejícím od Slunce, přičemž tato složka jeví znatelné jedenáctileté variace shodné se slunečním cyklem. Toto rovnoměrné směrové rozdělení přicházejícího kosmického záření je celkem snadno pochopitelné, když uvážíme, že v kosmickém záření výrazně převažují nabité částice, jejichž dráhy jsou zakřivovány zejména v magnetických polích. Částice tak opisují na svojí cestě k Zemi velmi složité dráhy, čímž se ztrácí informace o zdroji.

Obrázek 1: Vznik sekundárního kosmického záření

3

109 m: průměr Slunce, sluneční elektrárna

V dnešní době je poměrně dobře technologicky zvládnutý způsob, jak získávat energii štěpením některých těžkých jader (viz. kapitola rozměry atomového jádra). Velkou nevýhodou jaderných elektráren je potřeba paliva tj. uranu (izotopu 235 U) popř. plutonia, kterého není nevyčerpatelně mnoho. Dalším problémem je produkce radioaktivního odpadu, jehož přepracování nebo skladování je poměrně technologicky náročné. Proto se před padesáti lety začala zkoumat možnost jaderné fúze, které je už od vzniku vesmíru zdrojem energie hvězd. Jiný způsob, jak přeměnit část klidové energie jader na kinetickou energii (tedy na teplo), je jaderná syntéza (též fúze nebo slučování). Spojíme-li dvě lehká jádra, bude 40

mít výsledné jádro větší vazebnou energii na jeden nukleon, a proto jeho celková energie bude menší než energie jader, která do reakce vstupovala. Uvolněná kinetická energie je odnášena uvolněnými protony, neutrony nebo zářením. K tomu, aby se lehká jádra k sobě dostatečně blízko přiblížila, musí mít vysokou rychlost a energii potřebnou k překonání odpudivých elektrostatických sil. Aby reakce probíhala ve velkém objemu, je třeba látku zahřát na vysokou teplotu alespoň 50 milionů K. To je hlavní podmínkou syntézy, proto se označuje jako termojaderná fúze. Tyto termojaderné reakce probíhají ve hvězdách typu našeho Slunce, kde je ovšem dostatek času, dostatečná teplota a tlak, aby reakce probíhaly ve velkém měřítku a samy se udržovaly. Termojaderné reakce umožňují hvězdám typu Slunce ustáleně zářit. Jaderná fúze je znázorněna na obrázku 2. Vytvořit takové podmínky na Zemi, znamená zkonstruovat zařízení, které svým silným elektromagnetickým polem udrží palivo (nejpravděpodobněji vodík a tricium) ve formě žhavé plasmy po dostatečně dlouhou dobu. Toto zařízení se nazývá TOKAMAK (jedná se o zkratku ruských slov s významem toroidní komora s axiálním magnetickým polem).

Obrázek 2: Jaderná fúze Příklad nejslibnější reakce pro jadernou fúzi D + T →32 He + n; Q = 17, 6M eV V současné době se přípravou stavby výzkumného fúzního reaktoru zabývá projekt ITER. Více o projektu ITER - International Thermonuclear Experimental Reactor - na adrese [1],[2]. • 107 m: odpovídá průměru Země. Již jsme se zmínili o důležitosti zkoumání kosmického záření ať už z hlediska vývoje vesmíru nebo z hlediska vlivu kosmického záření na lidský organismus. S tím souvisí měření kosmického záření, které dopadá do zemské atmosféry a problém ozáření posádek letadel. • 104 m: mají řádově objekty v krajině na Zemi a s tím souvisí aplikace jaderného fyziky a jejích analytických metod při studiu šíření nečistot v atmosféře a vodních tocích (popílky, aerosoly, radioaktivní kontaminace). 41

4

1 m: rozměry lidského těla

V souvislosti s lidským tělem se nabízí široká škála aplikací jaderné fyziky. • Problematika radiační bezpečnosti (problematika stínění v provozech, kde se používají zdroje ionizujícího záření). Mnoho lidí má pocit, že se jedná jen o provozy jako jsou jaderné elektrárny a specializovaná pracoviště. Ve skutečnosti jsou ionizujícím záření (tj. rentgenové záření, radioaktivní látky v přírodě, umělé radionuklidy pro medicínu, kosmické záření atd.) ovlivněni také lékaři, piloti a laboranti při prípravě radiofarmak. • Dozimetrie ionizujícího záření (obor zabývající se studium vlivu ionizujícího záření na lidský organismus). • Produkce radiofarmak s užitím v medicíně.

4.1

Vliv radioaktivity na lidský organismus

Sluneční světlo nás ohřívá, protože naše tělo absorbuje infračervené paprsky, které světlo obsahuje. Infračervené paprsky tedy vnímáme, nejsou však zdrojem ionizace v tělesných tkáních. Naproti tomu ionizující záření může narušit normální funkce buněk, nebo je dokonce zničit. Množství energie potřebné k vyvolání významných biologických účinků prostřednictvím ionizace je tak malé, že naše tělo nepociťuje tuto energii, jako je tomu v případě infračervených paprsků, které vyvolávají teplo. Biologické účinky ionizujícího záření se liší podle typu a energie záření. Měřítkem rizika biologického poškození je dávka záření, kterou obdrží tkáně. Pro ionizující záření je charakteristické, že způsobuje ve hmotě elektrický efekt, zvaný ionizace. Je to proces, při němž vzniká z původně neutrálního kladně nabitý iont a volný záporně nabitý elektron. Každý druh záření má jinou ionizační schopnost. Například záření alfa (jádra helia) má vysokou ionizační schopnost, ale v látce nepronikne hluboko právě díky ztrátám energie ionizací atomů látky. Ionizace změní elektronovou strukturu látky, a tím i její vlastnosti.V materiálech, jako je ocel, může způsobit tvrdnutí, v mědi může vyvolat zkřehnutí. Pro stanovení množství ionizujícího záření působícího na živý organismus používáme fyzikální veličinu dávka D a dávkový ekvivalent H. D=

¯ dE , H = D.Q.N dm

¯ je střední energie deponovaná v jednotkovém množství látky přímo ionizujícími kde dE částicemi. Jednotkou dávky je [J.kg −1 ] nazývaný 1 Gy [Grey]. Q je jakostní faktor, který škáluje biologický účinek ionizujícího zářením a N v sobě zahrnuje další faktory, většinou se stanovuje jako 1 pro záření dopadající na člověka, liší se v případě vnitřní kontaminace lidského těla. Jednotkou dávkového ekvivalentu je 1 Sievert [Sv]. V živé tkáni může ionizace způsobit chemické změny, které ovlivní nebo zpomalí růst buněk, jejich funkci nebo rozmnožování. Ionizace se objevuje do určité míry v buňkách 42

našeho těla neustále, neboť jsme vystaveni záření z přírodních zdrojů. Naštěstí mají živé systémy účinný systém napravování takových poškození. Bez tohoto opravného mechanismu by byl život nemožný. Za nízké se považují hodnoty do stonásobku průměrného dávkového ekvivalentu na světě, tj. kolem 250 mSv/rok . Na obrázku 3 vidíme podíl jednotlivých zdrojů ionizujícího záření na ozáření našeho organismu a srovnání příspěvků umělých a přírodních zdrojů záření k ročnímu dávkovému ekvivalentu nabízí tabulka 1.

Obrázek 3: Podíl jednotlivých zdrojů ionizujícího záření na ozáření našeho organismu

4.2

Použití radioaktivity v medicíně

Záření se používá v medicíně dvěma způsoby: malé dávky při diagnóze, poranění nebo nemocí a veliké dávky na ničení rakovinotvorných buněk. Nejznámější formou záření používaného v medicíně je rentgenové záření. Většinou se používá na zobrazení zubů, hrudníku a končetin. Typický rentgen zubů představuje 0,1 mSv, rentgen plic 0,5 mSv, rentgen prsu 1 mSv, rentgenové vyšetření fyziologických procesů představuje 1 až 10 mSv. Radioaktivní látky vpravené do těla se používají ke sledování tělesných funkcí a k lokalizaci nádorů. Dávkové ekvivalenty z těchto vyšetření se pohybují mezi 1 až 10 mSv. Dále se používá celá řada moderních zobrazovacích metod, které slouží pro stanovení přesné anamnézy. Je to například metoda NMR (jaderná magnetická rezonance) využívající magnetických vlastností jader atomů a jejich natáčení v magnetickém poli, výsledné naměřené spektrum v mnoha projekcích-řezech je pak poměrně složitým způsobem převáděno na zobrazení vnitřních orgánů (NMR tomografie). Další diagnostické metody využívají radioaktivní látky vpravené do lidského těla (radiofarmaka) jako např. metoda PET. PET (Pozitron-Elektronová Tomografie) využívá radiofarmaka značená radionuklidy rozpadajícími se za vzniku pozitronu e+ . Pozitron je částice podobná elektronu, má však opačný - kladný náboj. Zajímavá je interakce pozitronu s okolní hmotou. Když totiž přijde do styku s běžným elektronem, společně anihilují, tedy zmizí z povrchu zemského. Pozůstatkem je tzv. anihilační záření, čili 2 fotony o shodné energii 511 keV pohybující se izotropně v prostoru od místa vzniku. Nachází-li 43

Zdroj záření Roční dávka Přírodní zdroje záření Kosmické záření: - při mořské hladině 0,3 mSv - ve výšce 300 m nad mořem 0,325 mSv - ve výšce 600 m nad mořem 0,375 mSv - ve výšce 1 000 m nad mořem 0,45 mSv Potraviny a nápoje 0,35 mSv záření z půdy 1,35 mSv bydlíte-li v dřevěném domku, odečtěte -0,135 mSv bydlíte-li ve stanu, odečtěte -0,27 mSv bydlíte-li v žulovém domě, přičtěte 1,35 mSv pokud nevětráte, přičtěte 1,35 mSv Umělé zdroje záření: spalování uhlí 0,04 mSv spad po zkouškách jad. zbraní 0,01 mSv každá hodina sledování televize 0,002 mSv cesta letadlem na vzdálenost 4 000 km ve výšce 10 000 m 0,25 mSv bydlení za hranicí jaderné elektrárny 0,0002 mSv rentgenové vyšetření plic 0,08 mSv rentgenové vyšetření trávicího a zažívacího traktu 4 mSv radiofarmaceutické vyšetření 0,3 mSv Tabulka 1: Srovnání příspěvků umělých a přírodních zdrojů záření k ročnímu dávkovému ekvivalentu

se radionuklid uvnitř prstence vhodných detektorů, lze při současném zaznamenání dvou dopadů fotonu na povrch prstence určit koincidenční přímku a tím i místo anihilace. Takových přímek jsou při PET stanovovány statisíce za sekundu. Výkonný počítač z nich poté zrekonstruuje transaxiální řezy. PET kamera umožňuje snímat anihilační záření z různých radionuklidů. Nejčastěji se používá 18 F a biogenních také prvků 11 C, 13 N a 15 O. Tyto radionuklidy jsou po výrobě v cyklotronu (cyklický urychlovač iontů, urychluje protony na energie desítek MeV, následně jsou využity k ozáření prvků, po ozáření vznikají jadernou reakcí krátkodobě žijící radioaktivní prvky) zabudovávány do rozličných molekul radiofarmak. V klinické praxi je na celém světě zdaleka nejvíce rozšířena 2-[18F]fluoro-2deoxy-D-glukóza (18FDG)[3].

Výhodou diagnostické metody PET je vysoká selektivita radiofarmak, které se soustřeďují v konkrétních částech lidského těla a velmi přesně zobrazí zkoumanou oblast i případné rakovinné novotvary již v raném stadiu. 44

5

10−3 − 10 m: konstrukce a předměty zhotovené člověkem

Materiály a předměty vytvořené člověkem, ať už v současnosti nebo v dobách dávno minulých, mohou být rovněž zkoumány s využitím jaderné fyziky. Vlastnosti ocelí, polymerů, optických materiálů, archeologických nálezů a jiných materiálů pro použití v průmyslu a lékařství mohou být úspěšně zkoumány s využitím svazků částic -nabitých iontů, jejichž zdrojem je urychlovač nebo neutrálních neutronů, jejichž zdrojem je jaderný reaktor (viz další kapitola). Dalším příkladem je skupina jaderných analytických metod ÚJF AV ČR, která se systematicky podílí na studiu syntézy, struktury a vlastností progresivních materiálů pro mikroelektroniku, optiku, optoelektroniku, kryogeniku a materiálů s význačnými vlastnostmi (mikrotvrdost, chemická odolnost, biokompatibilita a pod.). Povrchové struktury a systémy připravované ve spolupráci s našimi a zahraničními pracovišti různými technologiemi jsou analyzovány metodami využívajícími interakci iontů s pevnými látkami např. metoda zpětného rozptylu iontů označovaná jako RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry)[4]. Nabité částice (ionty) procházející pevnou látkou se brzdí, ztrácejí energii a část je odražena zpět jak vidíme na obrázku 4. Pokud měříme energetické rozdělení těchto zpětně odražených částic, můžeme z něj získat řadu informací o složení zkoumaného materiálu, z jakých prvků se skládá a jak jsou tyto prvky distribuovány do hloubky. Tato metoda je vhodná pro nedestruktivní stanovení hloubkových koncentračních profilů prakticky všech prvků [4].

Obrázek 4: Princip jaderných analytických metod s použitím iontových svazků

V oddělení jaderné spektroskopie ÚJF jsou již po mnoho let prováděna stanovení prvkového složení vzácných předmětů historického nebo uměleckého charakteru. V současnosti se dokončují a vyhodnocují analýzy stříbrných perských mincí ze 3.–7. st. pro Náprstkovo muzeum. Bylo prozkoumáno několik tisíc zbraní, užitkových i ozdobných předmětů a určen charakter slitin, ze kterých byly vyrobeny. 45

6

10−10 − 10−5 m: buněčné rozměry, vzdálenost atomů v krystalické mřížce

Jaderná fyzika je také aplikována na výzkum mikrostruktury pevných látek pomocí rozptylu mikroskopických částic např. neutronů a nazývá se neutronová difrakce. Rozptyl neutronů na krystalech využívá duálního charakteru částic, které ačkoli jsou hmotné, mají rovněž vlnový charakter podobně jako elektromagnetické záření. Difrakční obraz vytvořený neutrony podává přesnou informaci o kvalitě krystalické mřížky, vnitřních pnutích a změnách krystalické mřížky. Dále jsou pomocí neutronového rozptylu diagnostikovány póry a defekty v materiálech (ocelích, polymerech,. . . ). K těmto rozměrům se také vztahují zákonitosti procesů, kterými v důsledku účinků ionizujícího záření vznikají primární poškození částí živých buněk (DNA, proteiny). Rozměr 10−9 m se také označuje jako nanometr a dal svůj název celému vědnímu oboru nazvanému „nano-scienceÿ neboli nano-věda. Tento vědní obor zkoumá chování objektů, jejichž rozměry jsou tak malé, že se již mohou projevovat kvantové vlastnosti těchto objektů. V první řadě však způsobily rozruch první elektronické součástky, kterou jsou sestaveny z několika málo atomů a naznačují tak netušené možnosti v miniaturizaci elektronických součástek. Objevuje se také pojem nano-technologie, což zahrnuje širokou škálu metod umožňujících zkonstruovat struktury o velikosti menší než 100 nm (viz obrázek 5). Mezi tyto struktury patří velmi populární nano-vlákna a nano-trubičky, které mohou být vytvořeny v polovodičových materiálech leptáním elektronovým svazkem nebo iontovým svazkem (tzv. elektronová nebo iontová litografie) a dalšími metodami. Dále jsou velmi populární nanostruktury obsahující uhlík, uhlíková nano-vlákna atd. V tomto rozměru je dále zajímavé zkoumat kvantově mechanický pohyb elektronů v prostorově omezených mezoskopických oblastech (vrstvách, trubicích a pod.) a patří k nim i tzv. kvantové tečky.

Obrázek 5: Obrázek nano struktur zkoumaných mikroskopiií atomárních sil - AFM, srovnání velikosti nano-součástek

46

7

10−10 m: rozměry elektronových obalů atomů, 10−14 m: rozměry atomových jader

V roce 1919 sestrojil britský chemik F. W. Aston nový typ hmotnostního spektrografu (přístroje, kterým se dá zjišťovat přesná hmotnost izotopů prvků podle jejich pohybu v elektrických a magnetických polích). Při měřeních zjistil, že hmotnost atomových jader je o něco nižší než součet hmotností jednotlivých konstituentů (nukleonů), které jádra tvoří. Rozdílu mezi oběma hmotnostmi říkáme hmotnostní schodek jádra. Atomové jádro je vázaný systém částic. Představme si, že bychom chtěli jádro rozdělit na jednotlivé nukleony. Museli bychom překonat soudržnost nukleonů vázaných jadernými silami a dodat jim energii. Jestliže však částici dodáme energii, vzroste její hmotnost. Volné nukleony musí být tedy těžší než vázaná soustava nukleonů. Naopak při spojení protonů a neutronů do jednoho jádra snižuje jejich energii práce přitažlivých jaderných sil, dochází k uvolnění stejně velké energie a k úbytku hmotnosti. Energie volných nukleonů je tedy větší než energie jádra, které z nich složíme, o rozdíl nazývající se vazebná energie viz. obrázek 6 a 7. Atomová jádra jsou složena z protonů a neutronů. Počet protonů (protonové číslo Z) určuje elektrický náboj jádra a tedy o jaký chemický prvek se jedná, počet neutronů (neutronové číslo) označme N, celkový počet nukleonů (tj. počet protonů a netronů dohromady) v jádře - hmotnostní číslo A=Z+N. Hmotnostní číslo neurčuje přesně hmotnost jádra M, ta je menší o vazbovou energii jádra (energii potřebnou k rozbití jádra na volné nukleony). Vazebná energie jádra EV je rozdíl mezi součtem klidových energií všech nukleonů v jádře (mp je hmotnost protonu a mn je hmotnost neutronu) a skutečnou klidovou energií jádra (M je skutečná hmotnost jádra). EV = Z.mp c2 + N.mn c2 − M.c2

Obrázek 6: Vazebná energie jádra

Vazebná energie může být uvolněna štěpením těžkých jader, která mají nižší vazbovou energii na jeden nukleon než jádra lehčí. Pro jádra složená z mnoha částic se začíná 47

uplatňovat odpuzování kladně nabitých protonů, vazebná energie je nižší a pro jádro je výhodnější rozpadnout se na více lehkých dobře vázaných systémů - jader. Jádra se nevyskytují jen v základním stavu (tj. stavu s nejnižší energií,) ale i ve vzbuzených (excitovaných) stavech s vyššími energiemi. Určení těchto hladin je základní úlohou jaderné spektroskopie. Při přechodu jádra ze stavu s vyšší energií do stavu s nižší energií (deexcitaci) se stejnými čísly A a Z je uvolněná energie odnášena fotonem (záření gama). Mluvíme pak o elektromagnetických přechodech, též nazývané přechody gama, které jsou způsobeny elektromagentickou interakcí. Jaderná spektroskopie a jaderné reakce dovolují získat bližší informace o struktuře atomových jader. Vzhledem k tomu, že teoretické výpočty složitých mnohočásticových systémů nejsou prakticky proveditelné, užívají se jaderné modely (např. nahrazení interakcí mezi všemi dvojicemi nukleonů v jádře jejich nezávislým pohybem v zadaném silovém poli, které je ovšem všemi nukleony vytvářeno).

8

10−15 m: rozměry nukleonů a dalších hadronů (tj. silně interagujících elementárních částic)

Elementárních částic je dnes známo velké množství (více než 100). Většina z nich se za velmi krátkou dobu rozpadá na jiné elementární částice, stabilních částic je podle současných znalostí 11 (počítáme-li zvlášť částice a jejich antičástice). Velká většina tzv. elementárních částic je složená z elementárnějších objektů (kvarků a gluonů). Elementární částice dělíme na interagující silně - hadrony, interagující pouze slabě a elektromagneticky (a ovšem gravitačně) - leptony, a částice zprostředkující interakci - fotony a další bosony zprostředkující elektroslabé interakce, dosud hypotetické gravitony zprostředkující gravitační interakci. Podle statistických vlastností se částice dělí na fermiony (v libovolném stavu může být nejvýše jedna částice) a bosony (v každém stavu může být současně libovolné množství těchto částic). Statistické vlastnosti souvisí též s hodnotou spinu, tj. momentu hybnosti, který má i kvantový objekt (na rozdíl od klasického), který je v klidu. Při vysokých energiích řádu GeV, které jsou dosahovány na velkých urychlovačích v laboratořích CERN se např. protony ještě chovají jako nedělitelné částice, dochází však již k jejich přeměnám. Při srážkách složených částic např. protonů vyšších energií dochází k tak těsnému přiblížení částic, že se začíná projevovat složená struktura a lze usuzovat na vlastnosti jednotlivých konstituentů (kvarků).

8.1

10−18 m: současná fundamentální úroveň

Fundamentálními (nejelementárnějšími) objekty současné fyziky je 6 leptonů (lehkých částic např. elektron, pozitron, neutrina) a 6 kvarků (částice, ze kterých se skládají částice např. proton a neutron), dále foton, gluony zprostředkující silnou interakci kvarků, experimentálně neověřený graviton. Volné kvarky a gluony nebyly experimentálně pozorovány, jsou však ověřeny projevy jejich existence (např. protony se při ve srážkách s vysokou energií chovají jako složené objekty). Podle současných představ se kvarky a gluony nemohou vyskytovat volné, ale nacházejí se vždy jen uvnitř částic jako protony 48

a neutrony (tzv. uvěznění kvarků). V Ústavu jaderné fyziky jsou teoreticky studovány modely interakcí leptonů a kvarků a dosud neobjasněného uvěznění kvarků a gluonů. Ve velmi stlačené jaderné hmotě vzniká tzv. kvark-gluonový plazmat. První experimentální indikace pro tento teoreticky předpovězený stav hmoty byly nedávno poprvé pozorovány ve srážkách velmi energetických těžkých iontů v evropském středisku pro jaderný výzkum CERN v Ženevě. Pozorované vyletující částice odpovídají představě, že ve srážce vznikl na krátkou dobu kvark-gluonový plazmat (viz. obrázek 7).

Obrázek 7: Vnitřní stuktura nukleonů a její výzkum

9

Závěr

Uvedli jsme zde několik příkladů aplikací jaderné fyziky a jejích objevů v mnoha oborech lidské činnosti. Ukazuje se, že tento obor fyziky jednak je schopen popsat nejfundamentálnější úroveň existenci hmoty, ale současně také příspívat k výzkumu a vývoji nejnovějších materiálů a technologií. Radioizotopy jsou dnes nezastupitelným pomocníkem v diagnostice a léčbě nemocí. Domnívám se, že znalost těchto aplikací studentům a žákům otevře nový pohled na jadernou fyziku jako vědu s širokým záběrem a současně jako pomocníka v mnoha oborech lidské činnosti. Bylo by velmi pochybené redukovat povědomí žáků o jaderné fyzice na existenci jaderných reaktorů či jaderných zbraní. Vědomosti o přirozené radioaktivitě, ionizujícím záření, které je všude kolem nás jsou důležité pro objektivní vnímání jevů z oblasti jaderné fyziky a možných rizik s nimi spojenými.

49

Literatura [1] online: [2] online: [3] online: [4] online: [5] M. Macháček: Encyklopedie fyziky, Mladá fronta, 1995.

50