JADERNÁ ENERGIE Při chemických reakcích dochází ke změnám v elektronových obalech atomů. Za určitých podmínek mohou změnám podléhat i jádra atomů.
HISTORIE Profesor pařížské univerzity Sorbonny Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908) objevil r. 1896 do té doby neznámé záření. Zjistil, že sloučeniny uranu vysílají záření, které i přes obal z černého papíru způsobuje zčernání fotografické desky. Jeho objev prokázal, že některé látky vysílají neviditelné záření, které má schopnost procházet jinými látkami a způsobovat jejich změny. Polka Marie Curie-Sklodowská a její manžel Francouz Pierre Curie získali ze smolince (vytěženého v Jáchymově) do té doby neznámé chemické prvky radium a polonium. Oba prvky vydávaly záření. Po svém objevu nazvali manželé M. a P. Curieovi vlastnost některých látek samovolné vydávat pronikavé neviditelné záření radioaktivita. Látky, které toto záření vysílají, jsou radioaktivní.
RADIOAKTIVITA Nestabilní jádra atomů některých prvků se mohou samovolně přeměňovat a rozpadat. Takové prvky označujeme jako radioaktivní.
Při rozpadu jader vznikají jádra atomů jiných prvků a uvolňuje se radioaktivní záření. Tento jev označujeme jako radioaktivita. JADERNÉ ZÁŘENÍ Postupně bylo zjištěno, že záření radioaktivních látek jej způsobeno přeměnami v jádrech atomů, a proto se též nazývá jaderné záření. Byly zjištěny 3 druhy jaderného záření: • Záření α (čti alfa) jsou rychle letící jádra atomů helia 42He (zápis vyjadřuje, že částice obsahují 2 protony a 2 neutrony) • Záření β (čti beta) jsou rychle letící elektrony • Záření γ (čti gama) je podobně jako světlo elektromagnetické vlnění, avšak s mnohonásobně větší energií. RADIOAKTIVNÍ IZOTOPY Izotopy jsou atomy téhož chemického prvku, které mají stejný počet protonů, ale liší se počtem neutronů v jádře. Izotopy, jejichž jádra se samovolně přeměňují, jsou radioaktivní izotopy. Radioaktivních izotopů se v přírodě vyskytuje asi 50. Mezi nejvýznamnější patří izotopy chemického prvku uranu, např.: • 23892U, jádra atomů obsahují 92 protonů a 146 neutronů (přírodní uran ho obsahuje více než 99%) • 23592U, jádra atomů obsahují 92 protonů a 143 neutronů (přírodní uran ho obsahuje asi 0,7%)
ŠTĚPENÍ JADER ATOMŮ URANU Rozpad jader atomů prvků je možné vyvolat i uměle působením částic s vysokou energií. Dochází ke změnám struktury atomových jader. Ta se obvykle rozpadnou na dvě jádra atomů jiných prvků a další částice. Jestliže na jádro atomu uranu narazí neutron, vznikají dva štěpné produkty, které se od sebe rozletí velkou rychlostí, a dále se uvolňují 2 až 3 volné neutrony. Jak štěpné produkty narážejí na další atomy kolem sebe, ztrácejí rychlost a jejich pohybová energie se mění na teplo. Tento děj se může vhodně využít, např. v jaderné elektrárně.
JADERNÁ ELEKTRÁRNA Při jaderných reakcích se uvolňuje obrovské množství energie, mnohem větší, než při chemických reakcích. Energie uvolněná při jaderných reakcích je dnes využívána v jaderných (atomových) elektrárnách k výrobě elektrické energie Jaderná elektrárna a elektrárna tepelná spalující uhlí mají mnoho podobného. V obou případech zahřívá zdroj energie vodu k varu a unikající vodní pára roztáčí turbínu. Která pohání generátor vyrábějící elektrický proud. Rozdíl spočívá především ve zdroji tepla. V jaderné elektrárně to jsou štěpící se atomy uranu v jaderném reaktoru a v tepelné elektrárně hořící uhlí. Přitom však uran poskytuje energie mnohem více (např. z 1g uranu 23592U lze získat tolik energie jako spálením 2000 litrů benzinu nebo 3000kg uhlí). Při štěpení atomů uranu se uvolňují neutrony. Jestliže tyto neutrony narazí na další atomy uranu, dochází k další štěpné reakci. V krátkém časovém úseku se tak štěpí stále více a více jader atomů.
V České republice jsou dvě jadrné elektrárny v činnosti – v Dukovanech a Temelíně. Jaderná elektrárna o výkonu 1000MW spotřebuje asi 35 tun uranu za rok. Stejně výkonná tepelná elektrárna spotřebuje miliony tun uhlí. Odpadem z jaderných elektráren je tzv. vyhořelé palivo. Je silně radioaktivní a v současné době nemá žádné využití. Skladuje se v podzemních úložištích ve speciálních kontejnerech. První jaderná elektrárna byla uvedena do provozu v roce 1954 v ruském Obninsku. Největší jaderná elektrárna v Evropě se nachází v ukrajinském Záporoží. Má šest jaderných reaktorů s celkovým výkonem 6000MW. Největší jadernou elektrárnou na světě je pak japonská Fukušima s deseti jadrnými reaktory a celkovým výkonem 9000MW.
K největší havárii atomové elektrárny došlo v roce 1986 v Černobylu na Ukrajině.
JE Temelín
Havárie JE Černobyl
ZNEUŽITÍ JADERNÉ ENERGIE Jaderná energie je také zneužívána k výrobě jaderných (atomových) bomb. Ty patří mezi tzv. zbraně hromadného ničení. V nejznámější z těchto zbraní – atomové pumě – se při výbuchu spojí odděleně uložená množství štěpného materiálu. Při tomto spojení dojde k neřízené řetězové reakci. Výbuch atomové pumy způsobí ničivou nárazovou vlnu, tepelné a světelné záření, jaderné a radioaktivní zamoření terénu. Po první zkoušce jaderného výbuchu na naší planetě (16. 7. 1945 v Novém Mexiku, USA) byla atomová puma použita armádou Spojených států amerických ve 2. světové válce při leteckém útoku na japonská města Hirošimu a Nagasaki (dne 6. 8. a 9. 8. 1945). Následky byly tragické, téměř 200 000 mrtvých a raněných, desetitisíce lidí umírajících na následky ozáření v průběhu dalších let. Od té doby některé státy provedly série dalších pokusných jaderných výbuchů, které vedly ve svých důsledcích ke zvýšení množství radioaktivních látek na povrchu i v ovzduší celé Země. Proto je cílem mezinárodního společenství tyto pokusy zastavit, počet jaderných zbraní omezit a v budoucnu je zcela zneškodnit.
DALŠÍ VYUŽITÍ JADERNÉHO ZÁŘENÍ Jaderné záření působí na člověka v běžném životě z nejrůznějších zdrojů. Dokonce i v lidském těle koluje radioaktivní izotop draslíku. Zvýšené dávky tohoto záření výrazně poškozují organismy, mohou narušovat činnost tkání a orgánů a způsobit i smrt organismu. U člověka mohou vyvolávat zhoubná nádorová onemocnění a nemoci krve (leukémii). Proto je nezbytné znát účinky jaderného záření i ochranu proti němu. Jaderné záření však nesouvisí pouze s ohrožením člověka. Statisíce lidí mu vděčí za včasné zjištění a léčbu nemocí (např. štítné žlázy). Radioaktivní minerální vody se využívají pro léčebné účely např. v lázních Jáchymov. Jsou to přírodní vody obsahující jako účinnou látku izotop radonu 222Rn. Jaderné záření se využívá v průmyslových závodech např. ke zjišťování tloušťky a vad materiálů i v zemědělství (konzervace brambor). Další využití má při ošetření historických památek a v kriminalistice.
