29. Atomové jádro a jaderné reakce

Podobné dokumenty
Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

JADERNÁ ENERGIE. Jaderné reakce, které slouží k uvolňování jaderné energie, jsou jaderná syntéza a jaderné štěpení.

RADIOAKTIVITA KAP. 13 RADIOAKTIVITA A JADERNÉ REAKCE. Typy radioaktivního záření

VY_32_INOVACE_FY.17 JADERNÁ ENERGIE

JADERNÁ FYZIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

VY_52_INOVACE_VK64. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen červen 2013 Ročník, pro který je VM určen

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Rozměr a složení atomových jader

FYZIKA ATOMOVÉHO JÁDRA

2. ATOM. Dualismus částic: - elektron se chová jako hmotná částice, ale také jako vlnění

Radioaktivita,radioaktivní rozpad

JADERNÁ ENERGIE. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Radioaktivita a radionuklidy - pozitivní i negativní účinky a využití. Jméno: Ondřej Lukas Třída: 9. C

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. neutronové číslo

Atomová a jaderná fyzika

4.4.9 Energie z jader

JADERNÁ ENERGIE. Při chemických reakcích dochází ke změnám v elektronových obalech atomů. Za určitých podmínek mohou změnám podléhat i jádra atomů.

8.STAVBA ATOMU ELEKTRONOVÝ OBAL

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Fotoelektrický jev je uvolňování elektronů z látky vlivem dopadu světelného záření.

Jaderná fyzika. Zápisy do sešitu

ŠTĚPNÁ REAKCE (JADERNÁ ENERGIE)

Elektroenergetika 1. Jaderné elektrárny

Jaderné reakce a radioaktivita

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Atomové jádro, elektronový obal

Jaderná elektrárna. Martin Šturc

6.3.5 Radioaktivita. Předpoklady: Graf závislosti vazebné energie na počtu částic v jádře pro částice z minulé hodiny

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

vysokoteplotního plazmatu na tokamaku GOLEM

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Potřebné pomůcky Sešit, učebnice, pero

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Elektroenergetika 1. Jaderné elektrárny

Nezkreslená věda Jak funguje jaderná elektrárna

3. Radioaktivita. Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie. X Y + n částic. Základní hmotnostní podmínka radioaktivity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)

8.1 Elektronový obal atomu

ATOMOVÉ JÁDRO. ATOM - základní stavební částice hmoty dále již chemickými postupy nedělitelná - skládá se z jádra a obalu.

Jaderné reaktory a jak to vlastně vše funguje

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

Identifikace typu záření

Kateřina Fišerová - Seminární práce k předmětu Didaktika fyziky

2. Atomové jádro a jeho stabilita

Jaderné reaktory a jak to vlastně funguje

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Letní škola RADIOAKTIVNÍ LÁTKY a možnosti detoxikace

6.3.1 Jaderné štěpení, jaderné elektrárny

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Chemie pro KS Anorganická a analytická část

Monitorovací indikátor: Počet nově vytvořených/inovovaných produktů Akce: Přednáška, KA 5 Číslo přednášky: 19

4. JADERNÁ FYZIKA A Z. protonové (atomové) číslo, pořadové číslo v periodické tabulce, Q = Z.e. neutronové číslo. nukleonové (hmotnostní) číslo

ENERGIE a její přeměny

Elektrárny část II. Tepelné elektrárny. Ing. M. Bešta

CZ.1.07/1.1.30/

VY_32_INOVACE_06_III./7._STAVBA ATOMOVÉHO JÁDRA

PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/ PŘEDMĚT VYUŽITÍ ELEKTRICKÉ ENERGIE

Chemické složení vesmíru

RADIOAKTIVITA RADIOAKTIVITA

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

( ) 2 2 MODUL 5. STAVBA ATOMU SHRNUTÍ

Radiační patofyziologie. Zdroje záření. Typy ionizujícího záření: Jednotky pro měření radiace:

RADIOAKTIVITA TEORIE. Škola: Masarykovo gymnázium Vsetín Mgr.Milan Staněk MGV_F_SS_3S2_D12_Z_MIKSV_Radioaktivita_PL

RADIOAKTIVITA A VLIV IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Stavba atomového jádra, jaderné reakce, jaderné reaktory, radioaktivita, využití radionuklidů

Simulace provozu JE s reaktory VVER 440 a CANDU 6

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

Ocelov{ n{stavba (horní blok) jaderného reaktoru

Úvod do moderní fyziky. lekce 4 jaderná fyzika

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD.

Relativistická dynamika

Atomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální

Jaderná energetika (JE)

Jaderné elektrárny I, II.

PRO VAŠE POUČENÍ. Kdo se bojí radiace? ÚVOD CO JE RADIACE? Stanislav Kočvara *, VF, a.s. Černá Hora

DUM č. 15 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Radioaktivní záření, jeho druhy, detekce a základní vlastnosti

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

J a d e r n á e n e r g i e

A) Štěpná reakce obecně

JADERNÁ ENERGETIKA aneb Spojení poznatků z fyziky a chemie. Jiří Kameníček

STRUKTURA ATOMŮ. První model atomu - Thomson (1898) atom je homogenní koule kladně nabité hmoty, v níž jsou ponořeny elektrony

Prvek, nuklid, izotop, izobar

Historie zapsaná v atomech

VY_32_INOVACE_274. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

Biofyzikální chemie radiometrické metody. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

ABSOLVENTSKÁ PRÁCE. Název práce: Radioaktivita a radionuklidy - pozitivní i negativní účinky a využití. Jméno: Ondřej Lukas. Třída: 9.

ÚVOD DO JADERNÉ FYZIKY ATOMOVÉ JÁDRO

Stavba atomu: Atomové jádro

EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/

Jaderná energie. Obrázek atomů železa pomocí řádkovacího tunelového mikroskopu

VY_32_INOVACE_277. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

VY_32_INOVACE_06_III./10._JADERNÉ ELEKTRÁRNY

ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU

Transkript:

9. tomové jádro a jaderné reakce tomové jádro je složeno z nukleonů, což jsou protony (p + ) a neutrony (n o ). Průměry atomových jader jsou řádově -5 m. Poznámka: Poloměr atomového jádra je dán vztahem: R=R. ⅓, R =,3. -5 m, je nukleonové číslo. Jádro X je charakterizováno třemi čísly: Protonové (atomové) číslo udává počet protonů v jádře Nukleonové (hmotnostní) číslo - udává počet nukleonů v jádře, tj. protonů a neutronů. Neutronové číslo N udává počet neutronů v jádře Mezi uvedenými čísly platí vztah: =+N Mezi protony v jádře působí elektrostatické odpudivé síly, mezi nukleony působí slabé přitažlivé gravitační síly, ale především silné přitažlivé krátkodosahové jaderné síly, jejichž dosah je řádově 5 m. Kvůli jaderným silám je odtržení nukleonu od jádra mnohem těžší než odtržení elektronu od atomu. K rozložení atomového jádra na jednotlivé volné nukleony, je třeba dodat tzv. vazební energii Ev, přičemž podle Einsteinova vztahu platí: Ev=B.c Dodáním energie vzroste také hmotnost o tzv. hmotnostní schodek B. Proto je hmotnost volných nukleonů větší než hmotnost jádra z nich vytvořeného! To lze zapsat ve tvaru: B=.m p +(-) m n - m j V jaderné fyzice se setkáváme s různými jadernými reakcemi, což jsou reakce, vyvolané srážkou jádra s jiným jádrem nebo částicí. Při jaderných reakcích se uplatňují: zákon zachování energie zákon zachování hmotnosti (relativistické) zákon zachování hybnosti zákon zachování počtu nukleonů zákon zachování elektrického náboje Poznámka: Na emi byla první umělá jaderná reakce uskutečněna Ernstem Rutherfordem v roce 99: 7 He 7N 8OH. Další umělá jaderná reakce pak vedla v roce 93 k objevu neutronu Jamesem Chadwickem: 9 He Be C n. 6

Pro posouzení kompaktnosti jádra je výhodné zavést vazební energie vztaženou nukleon: j Poznámka: Jestliže chceme v jakékoliv soustavě docílit slabší silové vazby (např. oddálení tělesa od emě), musíme konat práci a energii soustavě dodávat. Při opačném ději, při němž pevnost vazby roste, můžeme naopak energii odebírat. následujícího grafu je zřejmé, že: Nejkompaktnějším ze všech jader je jádro železa. Jadernou energii lze při splnění podmínky růstu hodnoty odebírat dvěma způsoby: ) Slučováním lehkých jader na jádra těžší (např. slučování jader vodíku). ) Štěpením těžkých jader těžkých na jádra lehčí (např. štěpení jader uranu). ) Slučování lehkých jader (jaderná fúze) j E v by se jádra sloučila, je nutné překonat silné elektrické odpudivé síly mezi nimi a přiblížit je na dosah sil jaderných. Přiblížení jader vedou dvěma způsoby: Tlakem tato cesta je prakticky nereálná Srážkou vysokorychlostních jader k tomu je potřeba jádra zahřát na řádově 7 K (pracovní látkou je plazma) a současně zajistit jejich dostatečnou hustotu, aby do sebe narazila. Proto používáme pro slučovací reakce také název termonukleární reakce. Problémem je, že žádná nádoba takovou teplotu nevydrží. Poznámka: Řízená termonukleární reakce je stále ve stadiu výzkumu a experimentů. K získání horkého plazmatu se dnes užívá výkonných laserů. Nádobou je tzv.tokamak (zkratka pro název тороидальная камера в магнитных катушках" (toroidní komora v magnetických cívkách) - plazma je v nádobě prstencového tvaru udržováno v úzkém paprsku ve středu prstence působením silného magnetického pole. Deuterium H, (D) jako jaderné palivo je prakticky nevyčerpatelné koncentrace D O v oceánech je,5%. Pokud by se podařilo zvládnout termojadernou fúzi, získalo by lidstvo čistou energii v množství asi třikrát větší na jeden atom než jakou získává ze štěpné reakce v jaderných elektrárnách. Termonukleární reakce jsou zdrojem energie ve vesmíru a dochází k ní v nitru hvězd. Nejbližším takovým reaktorem je Slunce, v jehož nitru je dostatečná teplota a tlak, aby ke slučování jader docházelo. Takto probíhá termonukleární reakce uvnitř hvězd: H H H e... neutrino 3 H H He 3 3 He He He H... gama záření. H He e 6, 7MeV Poznámka: Neřízená termonukleární reakce na emi probíhá při výbuchu vodíkové bomby.

) Štěpení těžkých jader Ke štěpení těžkého jádra dochází po jeho zasažení pomalým neutronem. Vzhledem k tomu, že neutron nemá elektrický náboj, proniká do jádra relativně snadno. Poznámka: Pravděpodobnost rozštěpení jádra se výrazně zvětší, pokud je neutron jádrem zachycen, k čemuž dojde pouze tehdy, když je neutron dostatečně pomalý. Rychlý neutron jádrem proletí a štěpení jádra nevyvolá. Při štěpné reakci z jednoho jádra vznikají dvě jádra s přibližně stejným protonovým číslem a uvolňuje se energie. Jádro téhož prvku lze se může štěpit různými způsoby, jak je vidět z následujících rovnic. Neutron zpomalený vrstvou vody nebo 35 89 35 n 9U 56 Ba36Kr 3 n MeV parafínu může tedy rozštěpit jádro 9 U na 35 9 n 9U 38Sr 5Xe 5 n přibližně stejně těžká jádra. Nově vzniklá 35 95 39 n U Mo La n e jádra jsou v excitovaném stavu, nestabilní 9 57 7 (radioaktivní) a dále se rozpadají. Pokud alespoň z neutronů, které vznikly rozštěpením, budou účinné a rozštěpí další jádra, vznikne štěpná řetězová reakce (atomový výbuch). Řízená štěpná reakce se využívá v jaderných reaktorech. Existují pouze čtyři nuklidy, v nichž je možno uskutečnit řetězovou jadernou reakci, a které proto mohou sloužit jako štěpné materiály k získávání jaderné energie. Jsou to uran 35, plutonium 39, uran 33 a plutonium. Pouze jeden z nich se vyskytuje v přírodě. Je to uran 35, který je obsažen v přírodním uranu ve směsi s uranem 38 v množství,7%. Jaderný reaktor se skládá z následujících základních částí: Betonový obal tepelně odizoluje, odstiňuje vznikající záření Ocelová tlaková nádoba v ní se nachází aktivní zóna reaktoru Palivové tyče tablety s obohaceným uranem naskládaná do palivových proutků a ty do palivových kazet moderátor slouží ke zpomalování neutronů lehká jádra (HO, dříve C) regulační a bezpečnostní tyče obsahují Cd, B, které silně pohlcují neutrony a tím štěpnou reakci tlumí. V případě rychlého odstavení reaktoru jsou do něj spuštěny volným pádem. Na rozdíl od schématu jsou uloženy svisle. Chlazení tlakové vodní potrubí Poznámka: Dukovany, Temelín používají jaderné reaktory typu VVER (vodo-vodný), v nichž se voda se používá jako chladivo i moderátor (bezpečnější, protože při porušení, když by voda vytekla nebo se změnila v páru, se reakce zastaví).

Jaderná elektrárna Jednotlivé části jaderné elektrárny jsou patrné z obrázku: ) primární okruh (uzavřený): jaderný reaktor tlakovodní potrubí s čerpadlem ) sekundární okruh (uzavřený): parogenerátor parní turbína kondenzátor čerpadla 3) terciární okruh (otevřený): chladicí věže čerpadla - vodní zdroj Radioaktivita je schopnost jader některých nuklidů se samovolně rozpadat (mohou vznikat jádra jiných prvků) a přitom vysílat záření (Becquerel objev 896, výzkum (objev Po, Ra) Marie a Pierre Curie). Druhy jaderného záření: ) α záření proud heliových jader He, má silné ionizační účinky, malou pronikavost a nesou velkou energii, k zastavení stačí oděv. X He Y vznikne jádro prvku, který je v tabulce o místa vlevo před původním jádrem, např. 88 Ra He ) β záření má větší pronikavost, menší ionizační účinky, k zastavení stačí hliníkový plech, může být dvojího druhu: a) β - - je tvořeno elektrony e -, jeho zdrojem jsou přirozená jádra tzv. přirozená radioaktivita ~ X e Y ~ - antineutrino, vznikne jádro prvku, který je 3 v tabulce o místo vpravo za původním jádrem, např. P 3 ~ 5 S 6 e n p ~ 6 e b) β + - je tvořeno pozitrony e +, vzniká při umělé radioaktivitě (uměle vytvořená jádra) X Y e vznikne jádro prvku, který je v tabulce o místo vlevo před původním jádrem, např. 86 Rn 3 P Si e nebo p n e 3 5 nebo

3 3) γ záření - elektromagnetické vlnění o f, Hz, je velmi pronikavé, k zastavení je potřeba silná vrstva olova, silně ionizuje plyny, má schopnost uvolňovat z látky elektrony nebo celé ionty, doprovází α, β. ktivita zářiče je fyzikální veličina udávající počet radioaktivních přeměn za časovou jednotku. [] = Bq (becquerel) = s -. a poločas přeměny T klesne aktivita zářiče na ½. Poločas přeměny T je doba, za kterou se přemění polovina jader. t t T T...poločas přeměny, e... Eulerovo číslo. Protože tln ln ln T t e e, t e e, ln kde je přeměnová konstanta - vyjadřuje pravděpodobnost přeměny T t N t N e ákon radioaktivní přeměny: N() je původní počet jader (v čase t = ) a N(t) je počet jader radionuklidu v čase t. Přirozená radioaktivita aktivita jader radionuklidů vyskytujících se v přírodě; Umělá radioaktivita aktivita jader radionuklidů vytvořených člověkem nebo získaných v jaderném reaktoru nebo v urychlovači částic Využití radionuklidů: ) v medicíně diagnostické účely (sledování průtoku krve, zjišťování činnosti štítné žlázy), léčení zhoubných nádorů, revmatických chorob, výroba léčiv ) jaderné baterie (v meteorologických stanicích, kosmu) 3) v kouřových detektorech a hlásičích požáru ) k ochraně životního prostředí (sledování škodlivých exhalací, toxických látek, sledování koloběhu látek v přírodě metoda značených atomů) 5) k měření stáří hornin a organických materiálů (uhlíková metoda)