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 4 2He (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.: 238 92 U, jádra atomů obsahují 92 protonů a 146 neutronů (přírodní uran ho obsahuje více než 99%) 235 92 U, 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 235 92U 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 222 Rn. 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.