PŘIPOMÍNÁME: Radioaktivita a její hrozby

V souvislosti s událostmi v Japonsku a v jejich jaderných elektrárnách vám přinášíme článek o využití a hrozbách radioaktivity.

Radioaktivita a přirozená radioaktivita

Radioaktivita neboli radioaktivní rozpad je přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření.

Radioaktivita se běžně rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou. Přirozeně radioaktivní je mnoho látek v přírodě, včetně tkání živých organismů. Umělou radioaktivitu získají prvky vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Přirozená radioaktivita je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření.

Umělá radioaktivita

Umělou radioaktivitu získají prvky transmutací, vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je tedy podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem, např. při ostřelování částicemi α se jádra mohou dále samovolně rozpadat, tzn. vykazují radioaktivitu. Takováto jádra v přírodě běžně neexistují, ale byla vytvořena uměle.

Záření alfa, beta, gama

Záření α je proud jader helia (α-částic) a nese kladný elektrický náboj, má nejkratší dosah (lze ho zastavit např. i listem papíru).
Záření β je proud záporně nabitých elektronů. Někdy se rozlišuje záření β- (elektrony) a β+ (kladně nabité pozitrony), lze ho zachytit 1 cm plexiskla nebo 1 mm olova.
Záření γ je elektromagnetické záření vysoké frekvence, neboli proud velmi energetických fotonů. Nemá elektrický náboj, a proto nereaguje na elektrické pole.
Neutronové záření je proud neutronů. Nemá elektrický náboj.

Tok neutronů

Neutron nenese elektrický náboj a nemusí tedy překonávat bariéru elektrických sil. Štěpící se jádro se deformuje. Tato jádra o obrovské kinetické energii se srážejí s dalšími atomy, odebírají jim elektrony a tvoří si z nich nové elektronové obaly.

Postupně se uklidňují a jejich kinetická energie přechází až na energii kmitů atomů a molekul. Tedy do formy tepelné energie, kterou lze využít v jaderné elektrárně.

Poločas rozpadu

Poločas rozpadu (obvykle označovaný T½) je doba, za kterou se přemění polovina celkového počtu atomárních jader ve vzorku. Pro konkrétní izotop je konstantní. Má hodnotu od zlomku sekundy až po milióny let.

Rozpadové řady

U těžkých prvků jsou produkty rozpadu rovněž nestabilní a rozpadají se dále. Tento proces popisuje rozpadová řada.

Štěpná reakce, syntéza jader – charakteristika, příklady, využití

Jaderné reakce

Základní stavební jednotkou hmoty jsou atomy (různých chemických prvků)- každý má atom má jádro složené z jaderných částic.

Za určitých okolností se může jádro atomu rozštěpit na dvě nová jádra. Některé z těchto (jaderných) reakcí jsou spojeny s uvolněním značného množství energie.

Například při rozštěpení jádra uranu se uvolní tepelné energie doprovázené radioaktivním zářením. Tato reakce pak může proběhnout buď velmi rychle (při jaderném výbuchu) nebo relativně pomalu (v jaderném reaktoru).

Štěpná reakce

Štěpná reakce je druh jaderné reakce, při níž se těžké jádro, např. uranu, rozštěpí na dvě přibližně stejně velké části. Uvolňuje se při ní velké množství energie.

Jako palivo se pro štěpné reakce nejčastěji používají Uran (U). Plutonium (Pu) se v přírodě prakticky nevyskytuje, je vyráběno v jaderných reaktorech a používá se hlavně pro výrobu jaderných zbraní.

Princip štěpení jádra atomu

Štěpení uranu jádra atomu probíhá tak, že po průniku pomalého neutronu do jádra se toto složené jádro s velkou pravděpodobností rozpadne na 2 přibližně stejně těžké části. Tato jádra o obrovské kinetické energii se srážejí s dalšími atomy, odebírají jim elektrony a tvoří si z nich nové elektronové obaly.

Postupně se uklidňují a jejich kinetická energie přechází až na energii kmitů atomů a molekul. Tedy do formy tepelné energie, kterou lze využít. Uniknuvší volné neutrony se zpomalí a buď uniknou, jsou pohlceny nebo iniciují další štěpnou reakci.

Využití v praxi

Štěpení se podle svého průběhu dělí do 4 druhů:

Podkritické – jádro se rozpadne, každý neutron je zachycen
Kritické – jeden neutron není zachycen, štěpí další jádra, (řízená reakce jaderné elektrárny).
Nadkritické – 2 neutrony nejsou zachyceny.
Superkritické – neřízená řetězová reakce (jaderné zbraně, nehody).

Podle toho mohou nastat následující situace:

Neřízená řetězová reakce, tedy že se nechají reagovat všechny vzniklé neutrony, reakce končí výbuchem. Tento výbuch může být úmyslný – jaderné bomby (k tomu se používají izotopy 235U, 233U, 239Pu), nebo neúmyslný – nehoda v jaderné elektrárně.
Řízená řetězová reakce, tehdy se nechá reagovat pouze 1 neutron. To je využito v jaderných elektrárnách.

Syntéza jader

Je to reakce, při níž dochází ke sloučení dvou atomových jader za vzniku těžšího jádra. Takových reakcí lehkých jader je známo více než třicet. Pro praktické využití této energie však zatím přichází v úvahu jen reakce mezi deuteriem a tritiem, protože ze všech reakcí probíhá nejsnadněji a uvolňuje se při ní značné množství energie.

Energetický potenciál této reakce je obrovský – reakcí jednoho gramu směsi deuteria a tritia v poměru 1:1 se uvolní stejné množství energie jako při spálení osmi tun ropy. Přeměny tohoto typu vyžadují vysokou energii jader vstupujících do reakce.

Využití

Ukazuje se, že jedinou praktickou možností realizace jaderného slučování k získání energie je termojaderná reakce. Za těchto podmínek dochází mezi jádry k velkému počtu srážek a vysoká kinetická energie jader deuteria a tritia způsobuje, že jádra reagují.

Řízená reakce

Využití pro získání energie ve fůzních elektrárnách. Extrémně vysokou teplotu (miliony kelvinů) může snést hmota jen ve formě plazmatu. Navíc žádné těleso není schopno tuto teplotu udržet, vypařilo by se. Proto vyvíjeli v 50. letech 20. století američtí, britští a sovětští vědci přístroj na bázi tak silného magnetismu, aby se plazma nemohla „dotknout“ stěny přístroje.

Neřízená reakce

Zažehnutí neřízených reakcí už bylo dosaženo ve zbrojním průmyslu. Jedná se o termonukleární zbraně. Mezi termonukleární zbraně patří Vodíková bomba, kde se využívá reakce deuteria a tritia.