Archeologové najdou kus dřeva z pravěkého ohniště. Jak poznají, že je 10 000 let staré? Pomůže jim radioaktivní uhlík, který se v něm pomalu rozpadá – jako přesné přírodní hodiny.
Jaderná fyzika vysvětluje, proč svítí Slunce, jak funguje jaderná elektrárna v Temelíně, jak lékaři léčí nádory zářením i proč je radioaktivita nebezpečná.
N = A − Z.¹⁴C: A = 14, Z = 6, neutronů 8.Nikdo neví, kdy se rozpadne jedno konkrétní jádro. Ale u obrovského množství jader platí přesné pravidlo: za určitou dobu se rozpadne vždy polovina.
Sleduj graf: po každém poločase zbude polovina toho, co bylo. Kolik procent zbude po 3 poločasech?
Živý strom stále přijímá uhlík ze vzduchu, takže má stálý podíl ¹⁴C. Po smrti příjem skončí a ¹⁴C ubývá. Ze zbylého množství se spočítá stáří.
α (alfa) – jádra helia (2 protony + 2 neutrony); zastaví je list papíru. β (beta) – elektrony nebo pozitrony; zastaví je hliníkový plech. γ (gama) – fotony s velkou energií; zeslabí je až olovo nebo beton. Chrání nás vzdálenost, krátký čas a stínění.
Nukleony v jádře drží pohromadě obrovská jaderná síla. Nejpevněji jsou svázané jádra kolem železa. Proto se energie uvolní, když se těžké jádro (uran) rozštěpí, i když se lehká jádra (vodík) sloučí – v obou případech vzniknou jádra pevněji vázaná. Elektrárny štěpí uran, Slunce slučuje vodík na helium.
Každý poločas se půlí to, co zbylo, ne původní množství. 100 % → 50 % → 25 % → 12,5 %… Nikdy to neklesne přesně na nulu.
Když se jádro rozpadne, změní se v jiný prvek – to, o co se marně snažili alchymisté. Abys věděl, co z rozpadu vznikne, stačí umět „účetnictví“ protonů a neutronů. Tady se ho naučíš.
N = A − Z.E = m · c².| Rozpad | Co vyletí | Změna A | Změna Z |
|---|---|---|---|
| α | jádro helia ⁴₂He | −4 | −2 |
| β⁻ | elektron (neutron se změní na proton) | 0 | +1 |
| β⁺ | pozitron (proton se změní na neutron) | 0 | −1 |
| γ | foton | 0 | 0 |
Rozpad α je jako rovnice se dvěma neznámými. Vyzkoušej si Z: na vahách x − 2 = 90 (x je původní protonové číslo). Zjisti x.
N = N₀ · 2^(−t/T). N₀ = počáteční počet jader, T = poločas. Po t = T zbude ½, po 2T ¼, po 3T ⅛ (12,5 %).
Vazebná energie na jeden nukleon je největší u jader kolem železa a niklu. Štěpením těžkých jader (uran v elektrárně) i slučováním lehkých (termojaderná syntéza vodíku na helium ve Slunci) vznikají pevněji vázaná jádra a rozdíl energie se uvolní.
Záření: α zastaví papír, β hliníkový plech, γ zeslabí olovo či beton. Ochrana: vzdálenost, čas, stínění.
Elektron není nukleon. V jádře se jeden neutron změní na proton – počet nukleonů zůstane, protonů přibude.