☢️ Jaderná energie

Příběh objevů

O čem to je

Více než třetinu elektřiny v Česku vyrábějí dvě jaderné elektrárny: Dukovany a Temelín. Energie pochází z nepatrných jader atomů. Jak na to lidé přišli a jak se s tím pracuje bezpečně?

Nové pojmy

Atom a jádroAtom je nepatrná částice látky. Uprostřed má malé jádro z protonů (kladný náboj) a neutronů (bez náboje). Kolem jsou elektrony.Jádro je asi 100 000krát menší než celý atom.

RadioaktivitaNěkterá jádra jsou nestabilní a samovolně se rozpadají. Přitom vysílají neviditelné záření.Uran, radium, polonium jsou radioaktivní.

Časová osa objevů

Projdi osu. U každého roku si řekni, co se objevilo a proč to bylo důležité.

1896 Becquerel: radioaktivita
1898 Curieovi: polonium, radium
1911 Rutherford: atomové jádro
1938 štěpení uranu
1954 první jaderná elektrárna
1985 Dukovany v provozu

Marie Curie-Skłodowská objevila spolu s manželem Pierrem prvky polonium a radium. Jako první člověk dostala dvě Nobelovy ceny.

Tři druhy záření

Záření	Co to je	Zastaví ho
α (alfa)	jádra helia	list papíru
β (beta)	elektrony	hliníkový plech
γ (gama)	elektromagnetické vlnění	silná vrstva olova nebo betonu

Záření γ je nejpronikavější, α nejméně. Záření poškozuje živé buňky, proto se s radioaktivními látkami pracuje za stíněním.

Jak funguje elektrárna

Štěpení jádraDo těžkého jádra uranu narazí neutron a jádro se rozpadne na dvě menší. Uvolní se obrovská energie a 2–3 nové neutrony.Rozštěpením 1 g uranu 235 se uvolní asi tolik energie jako spálením 2–3 tun uhlí.

Řetězová reakceNové neutrony štěpí další jádra, ta uvolní další neutrony… V reaktoru se reakce řídí, aby neběžela příliš rychle.Jako dominové kostky, kde každá shodí dvě další.

V reaktoru se štěpí uran a uvolňuje teplo.

Teplo ohřeje vodu na páru.

Pára roztáčí turbínu.

Turbína točí alternátor, který vyrábí elektřinu.

Z chladicích věží Temelína stoupají bílé mraky. Je to kouř?

Ne, je to vodní pára. Jaderná elektrárna při provozu nespaluje nic, takže nevypouští kouř ani skoro žádné CO₂.

Které záření zastaví list papíru?

Záření α – je nejméně pronikavé.

✗Jaderná elektrárna vyrábí elektřinu přímo z uranu bez páry.

✓Uran jen ohřívá vodu; elektřinu vyrábí turbína a alternátor jako v tepelné elektrárně.

Reaktor je vlastně „kotel“ – místo uhlí je v něm štěpný uran.

Nestabilní jádra se rozpadají a vysílají záření α, β, γ. V elektrárně se štěpí uran řízenou řetězovou reakcí; teplo → pára → turbína → elektřina.

Poločas a reakce

O čem to je

Lékaři používají radioaktivní látky k vyšetření, archeologové jimi určují stáří nálezů a energetici vyrábějí elektřinu. Všichni potřebují vědět, jak rychle se radioaktivní látka rozpadá. K tomu slouží poločas rozpadu.

Nové pojmy

Jádro atomuStřed atomu složený z protonů a neutronů. Nese skoro celou hmotnost atomu.Jádro uranu má 92 protonů.

Radioaktivní rozpadSamovolná přeměna nestabilního jádra, při které vzniká záření.Rozpad radia.

Poločas rozpaduDoba, za kterou se rozpadne polovina jader dané látky. Pro každou látku je jiný – od zlomků sekundy po miliardy let.Jód používaný v medicíně má poločas asi 8 dní.

Jak počítat s poločasem

Zjisti, kolik poločasů uplynulo: čas : poločas.

Po každém poločasu vyděl množství dvěma.

Zbylé množství = počáteční : 2 : 2 : … (tolikrát, kolik poločasů).

Máme 100 g látky s poločasem 8 dní. Kolik zbude za 16 dní?

16 : 8 = 2 poločasy. 100 → 50 → 25 g.

Z 64 mg zbylo 8 mg. Kolik poločasů uplynulo?

64 → 32 → 16 → 8: dělil jsem třikrát dvěma → 3 poločasy.

Sleduj sloupce: každý je polovina předchozího. Látka nikdy „nezmizí najednou“.

Štěpení a syntéza

ŠtěpeníTěžké jádro (uran) se po zásahu neutronem rozdělí na dvě lehčí. Uvolní se energie a nové neutrony, které mohou štěpit další jádra – řetězová reakce.Reaktory v Dukovanech a Temelíně.

Jaderná syntézaLehká jádra (vodíku) se spojí do těžšího (helia). Uvolní se ještě víc energie.Takhle svítí Slunce a všechny hvězdy.

	Výhody	Nevýhody
jaderná elektrárna	velký stálý výkon, téměř žádné CO₂	radioaktivní odpad, riziko havárie, drahá výstavba

✗Po dvou poločasech se rozpadne všechno (2 · ½ = 1).

✓Po dvou poločasech zbude čtvrtina.

Druhý poločas půlí jen to, co zbylo po prvním: ½ z ½ = ¼.

Poločas = doba, za kterou se rozpadne polovina jader; po každém poločasu děl dvěma. Štěpení dělí těžká jádra (elektrárny), syntéza spojuje lehká (Slunce).

💡Polovodiče🔦Světlo a jeho šíření