Jadrové reakcie a jadrové zbrane

JADROVÁ ENERGIA (atómová energia) je energia „uložená“ v JADRE ATÓMU, ktorá sa môže uvoľniť počas vhodnej JADROVEJ REAKCIE. Uvoľňuje sa vo forme pohybovej energie častíc, ktoré počas reakcií unikajú z jadra. Po rozštiepení jadra sa jeho časti odpudzujú veľkými elektrostatickými silami, čím získajú veľkú pohybovú energiu, ktorú postupne odovzdávajú atómom prostredia, ktorým prenikajú. Prostredie sa ionizuje a silne zohrieva. Takáto premena sa využíva v JADROVÝCH REAKTOROCH a v JADROVÝCH BOMBÁCH.
JADROVÁ REAKCIA

je premena jadra atómu, ktorá nastáva počas vzájomného pôsobenia s iným jadrom alebo elementárnou časticou. Pri jadrovej reakcií sa môže zmeniť nukleónové číslo, protónové číslo, ťažšie jadro sa môže rozštiepiť na menšie časti( štiepenie jadier ), ľahké jadrá sa môžu zlučovať (Termonukleárna reakcia).
*jadrové štiepenie- rýchlo letiaci neutrón narazí do elektrónového obalu a keď je jadro
nestabilné, rozštiepi sa na dve časti. Pri rozpade sa uvoľnia dva- tri nové neutróny, tie vniknú
do jadier atómov a spustia reťazovú reakciu
*jadrová syntéza- všetky hviezdy, teda aj Slnko, získavajú svoju energiu z jadrovej syntézy.Dochádza k nej vtedy, keď sa dve alebo viac jadier atómov spojí do jedného. Napríklad na Slnku sú to jadrá vodíka, ktoré sa spájajú a vytvárajú tak jadrá hélia.
Pri tomto procese sa časť hmoty "stráca" - mení sa na energiu.
-V roku 1905 Nemecký fyzik Albert Einstein dokázal, že hmota sa môže meniť na energiu.
-V roku 1919 Novozélanďan Ernest Rutheford oznámil, že pozoroval premenu jadra dusíka na jadro kyslíka.
-V roku 1942 Na sqashovom ihrisku chicagskej univerzity v USA postavil Talian Enrico Fermi prvý jadrový reaktor.
-V roku 1991 V JET (Joint European Torus) v anglickom Oxforde prebehla prvá riadená jadrová syntéza.
JADROVÁ ELEKTRÁREŇ

-(atómová elektráreň) je elektráreň, v ktorej je zdrojom tepla JADROVÝ REAKTOR. Teplo sa z reaktora odvádza primárnym okruhom do generátora pary. Vyvinutá para sa sekundárnym okruhom privádza na TURBOGENERÁTOR, z ktorého sa odvádza elektrická energia do elektrickej siete.
Keďže v reaktore vznikajú RÁDIOAKTÍVNE LÁTKY, musí byť elektráreň zabezpečená proti úniku týchto látok. Jadrové elektrárne majú reaktor, primárny okruh a generátor pary umiestnený v špeciálnej železobetónovej budove, ktorú možno v prípade jadrovej havárie vzduchotesne a vodotesne uzavrieť.
-JADROVÝ REAKTOR je zariadenie, v ktorom prebieha REŤAZOVÁ JADROVÁ REAKCIA a udržiava sa tak, aby sa JADROVÁ ENERGIA uvoľňovala požadovanou rýchlosťou. Reťazová reakcia prebieha v aktívnej zóne reaktora, do ktorej sú vsunuté PALIVOVÉ ČLÁNKY (uránové tyče ) a regulačné (riadiace) KADMIOVÉ tyče.
Táto zóna ja vyplnená MODERÁTOROM (spomaľovačom) neutrónov, ktorým najčastejšie býva GRAFIT alebo ŤAŽKÁ VODA (deutérium). Spomalením neutrónov sa zvyšuje pravdepodobnosť, že vyvolajú ďalšie štiepenie jadier. Reakciu spomaľujú aj regulačné kadmiové tyče, lebo silno pohlcujú neutróny. Uvoľnenú energiu odvádza chladiaci okruh, ktorý pozostáva zo sústavy rúrok prechádzajúcich aktívnou zónou, cez ktoré preteká plyn, kvapalina alebo ľahko taviteľný kov.
Štiepenie paliva sprevádza intenzívne NEUTRÓNOVÉ ŽIARENIE a ŽIARENIE GAMA, preto musí byť reaktor obložený účinnými ochrannými vrstvami- vodou proti neutrónom, betónom a olovom proti žiareniu gama.
RADIAČNÉ ŽIARENIE
Rádioaktívne prvky sa rozpadajú rôznymi rýchlosťami. Polčas rozpadu je čas, za ktorý sa rozpadne polovica pôvodného množstva rádioktívneho prvku.
-Rádioaktívne materiály sa často uchovávajú vo vode. Voda pôsobí ako štít pohlcujúci žiarenie. Častice gama prechádzajúce cez vodu vyvolajú v nej slabé modrasté svetielkovanie.
Tento jav sa nazýva ČERENKOVOVO ŽIARENIE podľa ruského fyzika Pavla Čerenkova, ktorý za jeho objav dostal Nobelovu cenu.
-Žiarenie rádioaktívnych látok môže byť aj smrtiace, preto sa musí s nimi narábať veľmi opatrne. Ale dá sa využiťaj na dobré účely. Kardiostimulátory majú jadrový zdroj energie, ktorý vydrží oveľa dlhšie ako obyčajné batérie. Pomocou rádioaktívneho žiarenia možno diagnostikovať i liečiť rakovinu.
Urýchľovače:
Pokusy dosiahnuť kontrolovanú jadrovú syntézu sa robia aj v zariadeniach nazývaných urýchľovače častíc. Urýchľovač dokáže nasmerovať elektrický výboj s výkonom 100 triliónov wattov na guľôčku deutéria veľkú ako hrášok. Keď je zväzok častíc vystrelený, plyn sa na niekoľko bilióntin sekundy zohreje na teplotu až niekoľko miliónov stupňov Celzia- na začatie syntézy to však nestačí.
JADROVÉ ZBRANE

Mnoho nových objavov, či už fyzikálnych , alebo chemických bolo zneužitých na výrobu a prípravu zbraní, bômb alebo výbušnín. Poznanie jadrovej energie nebolo výnimkou.
Výbuch jadrovej bomby sa dá charakterizovať, ako neriadená reťazová reakcia s lavínovitým štiepením. Jadrová bomba s náložou 1 kg nuklidu uránu 235 zodpovedá náloži 20 000 ton trinitrotoluénu
-Vedci si uvedomovali, že prírodný urán by sa v bombe nedal využiť, lebo obsahuje len 0,7 % izotopu 235 - iba v jeho prípade nastáva proces štiepenia.
-Rakúsky fyzik Otto Frisch (1904 - 1979) vypočítal tzv. kritickú hmotnosť uránu 235- najmenšie množstvo, pri ktorom samovoľne prebieha jadrová reťazová reakcia. Ukázal, že toto množstvo predstavuje iba niekoľko kilogramov, čo je množstvo vhodné aj na použitie v leteckej bombe.
-V padesiatych rokoch sa vyvinula ešte oveľa ničivejšia bomba- vodíková bomba. Namiesto rozštiepenia jedného atómu dochádza k fúzií ( syntéze ) dvoch ľahkých izotopov vodíka a vzniká ťažší. V oboch prípadoch, či už syntéze, alebo štiepnej reakcií, dochádza k odovzdaniu veľkého množstva energie

ÚČINKY JADROVÉHO VÝBUCHU
-Prvý účinok,ktorý obeti bombardovania pocítia je silný tok fotónov z výbuchu,ktorý uvoľní 70 – 80 % energie bomby.Účinky siahajú až k tepelným popáleninám 3.stupňa.Prvé úmrtia zpôsobuje práve tento efekt výbuchu.
-Daľším javom je nadzvuková tlaková fronta. Vidíte ju skôr ako ju počujete.Tlaková fronta zmetie všetko, čo jej stojí v ceste
-Po tlakovej fronte prichádza pretlaková fáza.Vyvolá pocit pobytu pod vodou v hĺbke niekoľko sto metrov.Tlak postupne odoznie a nastane fáza negatívneho pretlaku so silným vetrom v opačnom smere.Toto obrátenie vzdušného prúdenia zpôsobuje vzduch rútiaci sa zpäť aby vyplnil prázdnotu zanechanú výbuchom.
-Vzduch sa postupne vracia k normálnemu atmosférickému tlaku.Vtejto fázi zmenia ohne zpôsobené elektrickými výbojmi a zapálené trosky zasiahnutú oblasť na ohnivé more
-Potom prichádzajú strednedobé účinky ako tvorba keloidov a retinálne blastomy. Genetické poruchy sa môžu objaviť až po 40 rokoch po počiatočnom ožiarení.

Atmosférické účinky výbuchu
Atómový Hríb
Teplo jadrovej fúzie a štiepenia okamžite zahreje okolný vzduch na desať miliónov stupňov celzia. Táto superžeravá vzdušná plazma vydáva toľko svetla, že vyzerá jasnejšie ako slnko a je vidieť na stovky kilometrov ďaleko. Výsledná ohnivá guľa sa rýchlo rozpína. Pozostáva s horúceho vzduchu a preto stúpa rýchlosťou niekoľko sto metrov za sekundu. Asi po jednej minúte ohnivá guľa vystúpi do výšky niekoľko kilometrov a vychladne natoľko, že už ďalej nežiari. Vnútroný materiál sa postupne rozpína do hríbovitého mraku kvôli tepelnému prúdeniu. Ak dôjde k výbuchu na zemi, zem a rádioaktívne trosky sú nasávané do nohy hríbu, ktorá sa nachádza pod ohnivou guľou. Zrážky a ionozácia častíc mraku spôsobujú, že sa na zem vybíjajú mohutné blesky. V záverečných fázach môže mať mrak až sto kilometrov v priemere a výšku až štyridsať kilometrov pri výbuchu megatonovej triedy.
Elektromagnetický impulz /EMI/
Jadrový výbuch vyžaruje na všetkých vlnových dĺžkach. Časť vyžarovania je v rádiovej a radarovej časti spektra. To je EMI. EMI je tým silnejší, čím vyššie v atmosfére idete. Výbuchy vo vysokých výškach môžu vyradiť elektroniku indukciou prúdových rázov v uzavretých okruhoch z kovových predmetov – v elektronike, elektrickom vedení, telefónnych linkách, televízoroch, rádiach atď. Dosah škôd môže byť cez 1000 km.

Prehľad okamžitých účinkov.
Tri kategórie opkamžitých účinkov sú nasledujúce: tlaková vlna, tepelné vyžarovanie a okamžitá ionizácia alebo prenikavé žiarenie. Ich pomerný význam sa mení s kalibrom bomby.
-Pri nízkych kalibroch môžu byť významným zdrojom zranení všetky tri. Pri výbušnom ekvivalente asi 2,5 kT sú tieto tri účinky zhruba rovnaké, všetky môžu spôsobiť smrteľné zranenia v oktuhu 1 km.
- Pri malom jadrovom útoku, kalibru bomby približne 15 kT,
Budú mať zranenia vrátane smrteľných všetky 3 príčiny. Dve tretiny tých ktorý zomrú prvý deň budú obeťami popálenín a oblasť ich výskytu bude najväčšia. Zranenia spôsobené tlakovou vlnou a popáleniny sa budú vyskytovať u 60 až 70 percent všetkých ešte živých. Ľudia dosť blízko na to aby sa u nich objavila výrazná choroba z ožiarenia sa budú nachádzať hlboko v hraniciach smrteľných účinkov tlakovej a tepelnej vlny. V dôsledku toho sa iba u 30 percent tých čo prežili prejaví choroba z ožiarenia.
- Pri kalibroch radu stoviek kiloton alebo väčších-typických pre strategické hlavice-účinkyokamžitého ožiarenia prestávajú mať význam.Nebezpečné intenzity žiarenia sa vyskytujú iba tak blízko výbuchu,že sa prežitie v týchto miestach stáva nemožným.Dvadsaťmegatonová bomba môže spôsobiť potenciálne smrteľné popáleniny do vzdialenosti 40 km, kde tlaková vlna dokáže len o málo viac než rozbiť okná a zapríčiniť povrchové zranenia.

Prehľad dlhodobých účinkov
Radioaktívne zamorenie:Hlavným dlhodobým účinkom je vznik veľkých objemov radioaktívneho materálu s dlhodobou aktivitou-polčasy rozpadu siahajú od dní po tisícročia.Hlavním zdrojom týchto produktou sú zbytky po štepných reakciách.
Keď sa atómy štiepia môžu sa deliť asi 40 rôznymi, čo vytvára kombináciu zhruba 80 rôznych izotopov.Tieto izotopy sa výrazne líšia svojou vo svojej stabilite, niektoré sú stabilné, zatiaľčo iné podliehajú rádioaktívnemu rozpadu s polčasmi zlomkou sekundy.Rozkladajúce sa izotopy samy môžu vytváraťstabilné alebo nestabilné dcérske izotopy.Výsledná zmes sa ďalej komplikuje , v štepných produktoch bolo identifikovaných 300 izotopov 36 prvkov.
Krátko žijúce izotopy rýchlo uvoľnujú svojú rozopadovú energiu, vytvárajú silné radiačné polia, ktoré rýchlo slabnú.Dlho žijúce izotopy uvoľňujú energiu po dlhšiu dobu,vydávajú žiarenie , ktoré je oveľa menej intenzívne,ale trvalejšie.Štepné produkty tak majú zpočiatku veľmi vysokú úroveň radiácie,ktorá rýchlo slabne,ale keď klesne intenzita žiarenia poklesne aj rýchlosť jej slabnutia.
Tieto radioaktívne produkty sú najnebezečnejšie, keď sa ukladajú na zem ako spad.Rýchlosťusadzovania spadu veľmi silno závisí na výške, v ktorej k výbuchu došlo a v menšej miere tiež na sile výbuchu..
Tak ako vonkajšie vystavenie prenikavému žiareniu,tak aj vnútorné ožiarenie –požitie rádioaktívneho materiálu-predstavuje vážne zdravotné rizika.