Atóm sa kedysi považoval za najmenšiu nedeliteľnú časticuhmoty. Atóm vždy patrí nejakému chemickému prvku. Z viacerých atómov saskladajú molekuly – napríklad molekula vody, H2O, obsahuje 2 atómy vodíka a 1atóm kyslíka.
Atóm sa skladá z maličkého ťažkého jadra a veľkého ľahkého obalu.V maličkom jadre je sústredená skoro celá hmotnosť atómu, pretože jadroobsahuje ťažké protóny a neutróny. Protón váži toľko, koľko neutrón, ale líšiasa tým, že protón má kladný elektrický náboj, zatiaľčo neutrón nemá žiadny náboj.V obale poletujú elektróny, ktoré skoro nič nevážia, ale nesú zápornýelektrický náboj.
V atóme je vždy rovnaký počet elektrónov a protónov,preto je atóm elektricky neutrálny. Ak mu nejaký elektrón z obalu odletí,protóny prevážia, a z atómu sa stáva kladný ión, katión. Ak atóm naopakniekde po ceste nejaký elektrón priberie, stane sa z neho záporný ión,anión.
Elektróny si teda atóm môže pri chemických reakciách priberať a strácať, ale početprotónov sa mu nemení. A práve podľa počtu protónov v jadre, tzv.protónového čísla, určujeme, ktorému chemickému prvku atóm patrí. Pozrite sa doMendelejevovej tabuľky : 1 – vodík, 2 – hélium, 3 – lítium... a tak ďalej.
Dva atómy rovnakého prvku majú by definition rovnaký početprotónov v jadre. Ak sa líšia počtom neutrónov, sú si navzájom izotopami.Pri izotopoch sa uvádza aj ich tzv. nukleónové číslo, čo je súčet protónov plusneutrónov v jadre. Napríklad urán má v Mendelejevovej tabuľke číslo92, má teda 92 protónov v jadre. Urán 235 a urán 238 sú izotopy uránu: jedenmá v jadre (235-92=) 143 neutrónov, druhý (238-92=) 146 neutrónov.
Väčšina prvkov sa vyskytuje v niekoľkých izotopoch. Akje atóm „spokojný“ s množstvom neutrónov, ktoré má, a nechce ho meniť, jeto stabilný izotop. V opačnom prípade je to nestabilný izotop – ten sa zo sebasnaží vyžiariť neutróny a tzv. rádioaktívnym rozpadom sa po čase zmení nanejaký iný izotop, ktorý môže byť buď stabilný, alebo nestabilný. Ak jenestabilný, proces sa opakuje dovtedy, kým nezostanú už lenstabilné izotopy.
Každý nestabilný izotop sa rozpadá svojím vlastným charakteristickým tempom.Čas, za ktorý rozpadom zmizne polovica množstva nestabilného izotopu, sa nazývapolčas rozpadu. Čím je kratší, tým rýchlejšie žiariaci izotop z prostrediazmizne. Čím je dlhší, tým dlhšie tu bude otravovať a žiariť.
Jadrové reakcie sú zvláštnym druhom chemických reakcií. Narozdiel od obyčajných chemických reakcií sa pri nich zmena nekoná na obaleatómu, kde sú elektróny, ale v jadre, kde sú protóny a neutróny. Prijadrových reakciách sa mení jadro atómu, a teda aj chemický prvok so všetkýmipríslušnými vlastnosťami. Vďaka jadrovým reakciám je dnes možné to, o čo samárne snažili starovekí alchymisti – napr. vyrobiť zlato z ortuti. Asamozrejme, aj akýkoľvek iný prvok.
Pri jadrových reakciách sa spravidla uvoľňuje energia.
Jadrové reakcie sú dvoch druhov – fúzne a štiepne. Reakcia jadrová fúzna
Pri fúznej reakcii sa dve ľahké jadrá (napríklad vodík avodík) zrazia a vytvoria nové jadro (vznikne nový prvok – hélium). Prvok, ktorývznikne, je ťažší ako pôvodné, lebo vznikol ich zlúčením.
Fúzna reakcia vlastne umožňuje život na Zemi –neprestajne horí na Slnku, z ktorého celá Zem čerpá životnú energiu cezfotosyntézu rastlín, dokonca ju vieme aj napodobiť (nekontrolovaná fúznareakcia vo vodíkovej bombe), ale nevieme ju riadiť. O schopnosť naučiť sariadiť fúznu reakciu sa snažia vedci už niekoľko desaťročí – elektráreňzaložená na fúznej reakcii by bola výkonnejšia ako dnešné jadrové, aleneprodukovala by jadrový odpad a na pohon by jej stačila čistá voda. Reakcia jadrová štiepna
Pri štiepnej reakcii sa jedno ťažké jadro (napríklad uránalebo plutónium) rozpadne na dve menšie, pričom vzniknú dva nové, ľahšie prvky(napríklad bárium a kryptón). Pritom sa uvoľní energia a z pôvodného jadravyletí niekoľko neutrónov. Tie letia ako projektil, trafia iné jadro uránu arozbijú ho, čím aj z tohto druhého jadra vyletí niekoľko neotrónov a celáreakcia sa opakuje, ba až reťazí. Nekontrolovaná štiepna reakcia je typická preatómovú bombu , ale – vďaka tomu, že vieme ovplyvniť množstvo a rýchlosťpoletujúcich neutrónov a tým reakciu brzdiť i rozbiehať – nám slúži skrotenáv reaktoroch atómových elektrární.
Reaktor si možno ľahko predstaviť ako kachle čipiecku.Takisto vyrába teplo, ibaže namiesto dreva sa doň dáva jadrové palivo anamiesto popola vyberáme jadrový odpad. Aby sme to teplo mohli využiť,musímeho nejako odviesť z reaktora von, a na to máme chladenie.Chladením odvedieme teplo mimo reaktora, kde ho potom využijeme naohrievanie vody, ktorá sa zmení na paru, ktorá potom poháňa parnúturbínu, ktorá vyrába elektrinu. To je v kocke vlastne celá jadrováelektráreň.
Silu „ohňa“,čiže výkon reaktoru, vieme ovplyvniť: Na zrýchlenie reakcie, teda „rozdúchanieohňa“ sa používa tzv. moderátor, na brzdenie reakcie, teda na „priškrtenieohňa“ sa používajú tzv. riadiace tyče, tiež zvané absorbenty neutrónov.
Podľa konštrukcie, typu moderátora atď. sa na svete používaasi 8 až 10 typov atómových reaktorov. Pozri tiež heslá VVER a RBMK.
Podobne, ako si na piecke môžeme navariť napríkladpraženicu, môžeme reaktor využiť aj na prípravu potrebných izotopov –v lepšom prípade si v reaktore uvaríme jód 131, ktorým môžemebez skalpelu vyoperovať štítnu žľazu, v horšom si uvaríme napríkladpolónium 210, s ktorým otrávime Litvinenka , alebo plutónium 239, ktorýmzrušíme Nagasaki . Takisto bez skalpelu.
Prvý jadrový reaktor na svetespustili 2.12.1942 v hale štadióna Stagg Fields v Chicagu. Nafotografii práve vyťahujú kadmiovú brzdnú tyč, čím sa reakcia odbrzdí anaštartuje.
Moderátor je stálou súčasťou vnútra reaktora. Ak prirozstrelení jadra napr. uránu vyletia niektoré neutróny príliš rýchlo, nemuseliby trafiť iné jadrá uránu. Moderátor ich spomalí tak, aby mali rýchlosť vhodnúna trafenie iných jadier uránu a aby sa teda reakcia stále znovu opakovala.Moderátor udržuje a podporuje štiepnu reakciu.
Brzdné tyče (riadiace tyče, absorbenty neutrónov)
Riadiace alebo brzdné tyče sú pre letiace neutrónymucholapkou. Ak v reaktore poletuje príliš mnoho projektilov-neutrónov ahrozí nám, že sa reakcia tak zrýchli, až z toho budeme mať Hirošimu,zasunieme brzdné tyče, tie prebytočné neutróny vychytajú a do ďalších uránovýchjadier nemá kto strieľať. Reakcia satým brzdí až zastavuje. Ak zistíme, že sme reakciu zbrzdili príliš a reaktorvyhasína, tyče o trochu povytiahneme, neutrónov začne poletovať viac a reakciasa zas rozbehne.
RBMK, reaktor boľšoj moščnosti – kanaľnyj
V Sovietskom zväze vymysleli typ reaktora, ktorýnazvali RBMK: Reaktor boľšoj moščnosti – kanaľnyj, čiže vysokovýkonný reaktorkanálového typu. Ako moderátor sa používa grafit, obyčajná tuha, ktorá jev reaktore napevno zabudovaná. Chladiacim médiom je natlakovaná vodas teplotou 290 stupňov Celzia, vedená v kanálikoch. Palivom je urán 235 vo forme oxidu uraničitého,urán nemusí byť veľmi obohatený, čo je ekonomicky výhodné. Táto technológiamala dosť nevýhod, je nestabilná, má vysoký pozitívny void coefficient a dnesje už úplne zastaraná, pre Sovietov však mala mnohé výhody. Jednak nemuseliprácne a nákladne obohacovať urán až na takú hodnotu, ako vyžaduje reaktorVVER, jednak RBMK mohol mať obrovský výkon (1000 aj 1500 MW oproti 440 MWv reaktore VVER) a jednak sa v RBMK výborne vyrábalo plutónium 239,z ktorého sa robili atómové bomby. Reaktor RBMK je taký vysoký, že ochrannébetónové steny sa stavali len okolo, nie však nad reaktorom. Reaktormi RBMK bola vybavená aj elektráreň v Černobyle.
Našťastie typ RBMK nechcela postaviť žiadna iná krajina, nanešťastie jeden máme aj v EU – v Litve, ktorá svoju elektráreňIgnalina zdedila aj s reaktormi RBMK ako nástupca ZSSR.
Model reaktoru typu RBMK-1500. VVER, vodno-vodný energetický reaktor
Najrozšírenejší reaktor v jadrových elektrárňach nasvete je typ VVER, ľudovo Veverka. Tieto reaktory pracujú ajv českých a slovenských jadrových elektrárňach. Palivom jeobohatený urán 235 vo forme oxidu uraničitého. Chladiacim médiom je silnenatlakovaná voda (150-160 atmosfér), ktorá vďaka pretlaku zostáva kvapalnou ajpri 315 stupňoch Celzia. Táto voda zároveň slúži ako moderátor. Okrembrzdiacich tyčí, ktoré sú skôr „záchrannou brzdou“, sa reakcia brzdí ajspomaľovačom, kyselinou boritou, ktorá sa pridáva priamo do cirkulujúcej vodypodľa aktuálnej potreby. Superohriata, zato prudko rádioaktívna vodaz reaktora odovzdá svoje teplo vo výmeníku obyčajnej vode, ktorá sa zmenína paru a tá poháňa turbínu. Reaktor je stabilný, neobsahuje grafit a mánegatívny void coefficient, čo znamená, že keď sa prehreje, sám sa hneďochladí. Obvyklý výkon jedného reaktoru VVER je 440 MW.
Void coefficient je také myslené číslo. Ak v reaktoreobieha nejaká kvapalina, ktorá môže aj vrieť, napríklad voda, tak sa vrením zmení naparu. Ale para sa chová k „ohňu v piecke“ inak, ako voda. Ak má reaktorkladný void coefficient, vznik pary reakciu ešte urýchli. Ak je voidcoefficient záporný, vznik pary reakciu zbrzdí. Samozrejme, najvhodnejšie jemať mínusový void koeficient, pretože ak sa reaktor prehreje, vzniknutá para hoopäť schladí a všetko je zas v pôvodnom stave. Naopak pozitívny void coefficientspôsobí, že reaktor, ktorý sa tak prehrial, až vznikla para, sa ešte viacrozohreje, pričom para môže až roztrhnúť jeho steny. Reaktory VVER majú voidcoefficient záporný, ale reaktory RBMK vysoko kladný. Sú preto nestabilné av kuse sa musia strážiť.
Obete choroby z ožiarenia: 235U, Hirošima 1945 239Pu, Nagasaki 1945 210Po, Londýn 2006 |
Intenzitažiarenia sa udáva v röntgenoch alebo sievertoch (1 Sv = 100 R) zajednotku času. Čím je niekde slabšia intenzita žiarenia, tým dlhšie tammôžete zostať a naopak.
Chrániť sa môžete len časom, vzdialenosťou a clonením. Dozimeter, vášosobný merač okolitej radiácie, vám ukáže, koľko röntgenov dostávatekaždú sekundu. Ztoho si môžete spočítať, ako dlho tam smiete zostať, aby ste dostalitoľko röntgenov, koľko vám ešte neublíži. Pri vzďaľovaní sa od zdrojažiarenia intenzita klesá s druhou mocninou vzialenosti. Tienenie jenajlepšie vykonať tak, že sa postavíte za hrubú kamennú dosku.
Ak nárazovo dostanete viac ako 20 rentgenov,bude to mať negatívny účinok na vaše zdravie. Tomu sa hovorí choroba zožiarenia. Pozrite sa, čo sa stane, ak dostanete:
20-50 R: dočasný úbytok červených krviniek
50-100 R: Bolesti hlavy, porucha imunity, dočasná neplodnosť u mužov
100-200R: Ľahká choroba z ožiarenia. 3-6 hodín po ožiarení vám začne byť nazvracanie a môžete aj zvracať. To trvá deň. Nasleduje 10-14 dnílatentnej fázy, keď nezvraciate, ale cítite únavu. Do mesiaca zomrie10% postihnutých.
200-300 R: Ako v predošlomprípade. Prvé príznaky po 1-3 hodinách. Zvracanie dva dni. Latentnáfáza 7-14 dní, v ktorej vypadávajú vlasy a chlpy. Silná strata bielychkrviniek. Neplodnosť. Do mesiaca zomrie tretina.
300-400R: Ťažká choroba z ožiarenia. Symptómy a trvanie ako v predošlomprípade. Naviac nekontrolovateľné krvácanie do slizníc, kože aobličiek. Do mesiaca zomrie polovica.
400-600R: Akútna choroba z ožiarenia. Symptómy a trvanie ako v predošlomprípade. Spálená koža. Do mesiaca zomie 60% (400 R) až 90% (600 R)postihnutých.
600-1000 R: Akútna choroba.Kompletné zničenie kostnej drene a ťažké poškodenie tráviaceho traktu.Nástup príznakov za 15-30 minút, trvanie 2 dni. Latencia 5-10 dní.Skoro 100% postihnutých zomrie do 14 dní.
1000-5000R: Nástup príznakov za 5-30 minút, ochromujúca únava a silné zvracanietrvá niekoľko dní. 4-5 dní latentná fáza. Smrť do 7 dní.
5000-8000 R: Dezorientácia a kóma za niekoľko minút. Smrť do niekoľkých hodín.
Nad 8000 R: Okamžitá smrť.
Radiáciana mieste havárie v Černobyle bola 5,6 R/s. Ak by ste boli černobyľskýhasič, ľakhú chorobu z ožiarenia by ste dostali za 20 sekúnd, poďalších 40 sekundách by ste sa prekvalifikovali do kategórie ťažkejchoroby, v nasledujúcej minúte do akútnej choroby a po troch minútachby boli Vaše dni zrátané.
Normálna radiáciaprostredia existuje takisto, ale je maličká. V Prahe dostávate 17milióntin röntgenu za hodinu, teda za celý rok dostanete 0,15 R. Toľkodostali osoby v areále havarovanej elektrárne v Černobyle za 0,02sekundy.
