Černobyľský stručný jadrový slovníček

Autor: Peter Papp | 26.4.2007 o 19:51 | Karma článku: 10,99 | Prečítané:  30360x

Malý slovník výrazov, ktoré by ste mali poznať, ak idete na návštevu do jadrovej elektrárne :) Tento slovníček je doplnkom k mojej černobyľskej trilógii.

AtómAtóm

Atóm sa kedysi považoval za najmenšiu nedeliteľnú časticu hmoty. Atóm vždy patrí nejakému chemickému prvku. Z viacerých atómov sa skladajú molekuly – napríklad molekula vody, H2O, obsahuje 2 atómy vodíka a 1 atóm kyslíka.

Atóm sa skladá z maličkého ťažkého jadra a veľkého ľahkého obalu. V maličkom jadre je sústredená skoro celá hmotnosť atómu, pretože jadro obsahuje ťažké protóny a neutróny. Protón váži toľko, koľko neutrón, ale líšia sa tým, že protón má kladný elektrický náboj, zatiaľčo neutrón nemá žiadny náboj. V obale poletujú elektróny, ktoré skoro nič nevážia, ale nesú záporný elektrický 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 naopak niekde po ceste nejaký elektrón priberie, stane sa z neho záporný ión, anión.

Elektróny si teda atóm môže pri chemických reakciách priberať a strácať, ale počet protónov sa mu nemení. A práve podľa počtu protónov v jadre, tzv. protónového čísla, určujeme, ktorému chemickému prvku atóm patrí. Pozrite sa do Mendelejevovej tabuľky : 1 – vodík, 2 – hélium, 3 – lítium... a tak ďalej.

Izotop

Dva atómy rovnakého prvku majú by definition rovnaký počet protónov v jadre. Ak sa líšia počtom neutrónov, sú si navzájom izotopami. Pri izotopoch sa uvádza aj ich tzv. nukleónové číslo, čo je súčet protónov plus neutrónov v jadre. Napríklad urán má v Mendelejevovej tabuľke číslo 92, má teda 92 protónov v jadre. Urán 235 a urán 238 sú izotopy uránu: jeden má v jadre (235-92=) 143 neutrónov, druhý (238-92=) 146 neutrónov.

Väčšina prvkov sa vyskytuje v niekoľkých izotopoch. Ak je atóm „spokojný“ s množstvom neutrónov, ktoré má, a nechce ho meniť, je to stabilný izotop. V opačnom prípade je to nestabilný izotop – ten sa zo seba snaží vyžiariť neutróny a tzv. rádioaktívnym rozpadom sa po čase zmení na nejaký iný izotop, ktorý môže byť buď stabilný, alebo nestabilný. Ak je nestabilný, proces sa opakuje dovtedy, kým nezostanú už len stabilné izotopy.

Každý nestabilný izotop sa rozpadá svojím vlastným charakteristickým tempom. Čas, za ktorý rozpadom zmizne polovica množstva nestabilného izotopu, sa nazýva polčas rozpadu. Čím je kratší, tým rýchlejšie žiariaci izotop z prostredia zmizne. Čím je dlhší, tým dlhšie tu bude otravovať a žiariť.

Reakcia jadrová

Jadrové reakcie sú zvláštnym druhom chemických reakcií. Na rozdiel od obyčajných chemických reakcií sa pri nich zmena nekoná na obale atómu, kde sú elektróny, ale v jadre, kde sú protóny a neutróny. Pri jadrových reakciách sa mení jadro atómu, a teda aj chemický prvok so všetkými príslušnými vlastnosťami. Vďaka jadrovým reakciám je dnes možné to, o čo sa márne snažili starovekí alchymisti – napr. vyrobiť zlato z ortuti. A samozrejme, aj akýkoľvek iný prvok.

Pri jadrových reakciách sa spravidla uvoľňuje energia.

Jadrové reakcie sú dvoch druhov – fúzne a štiepne.

Fúzna reakcia horí vo hviezdachReakcia jadrová fúzna

Pri fúznej reakcii sa dve ľahké jadrá (napríklad vodík a vodík) zrazia a vytvoria nové jadro (vznikne nový prvok – hélium). Prvok, ktorý vznikne, 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 cez fotosyntézu rastlín, dokonca ju vieme aj napodobiť (nekontrolovaná fúzna reakcia vo vodíkovej bombe), ale nevieme ju riadiť. O schopnosť naučiť sa riadiť fúznu reakciu sa snažia vedci už niekoľko desaťročí – elektráreň založená na fúznej reakcii by bola výkonnejšia ako dnešné jadrové, ale neprodukovala by jadrový odpad a na pohon by jej stačila čistá voda.

Nekontrolovaná štiepna reakciaReakcia jadrová štiepna

Pri štiepnej reakcii sa jedno ťažké jadro (napríklad urán alebo plutónium) rozpadne na dve menšie, pričom vzniknú dva nové, ľahšie prvky (napríklad bárium a kryptón). Pritom sa uvoľní energia a z pôvodného jadra vyletí niekoľko neutrónov. Tie letia ako projektil, trafia iné jadro uránu a rozbijú ho, čím aj z tohto druhého jadra vyletí niekoľko neotrónov a celá reakcia sa opakuje, ba až reťazí. Nekontrolovaná štiepna reakcia je typická pre atómovú bombu , ale – vďaka tomu, že vieme ovplyvniť množstvo a rýchlosť poletujúcich neutrónov a tým reakciu brzdiť i rozbiehať – nám slúži skrotená v reaktoroch atómových elektrární.

Reaktor jadrový

Reaktor si možno ľahko predstaviť ako kachle či piecku. Takisto vyrába teplo, ibaže namiesto dreva sa doň dáva jadrové palivo a namiesto popola vyberáme jadrový odpad. Aby sme to teplo mohli využiť, musíme ho nejako odviesť z reaktora von, a na to máme chladenie. Chladením odvedieme teplo mimo reaktora, kde ho potom využijeme na ohrievanie vody, ktorá sa zmení na paru, ktorá potom poháňa parnú turbínu, ktorá vyrába elektrinu. To je v kocke vlastne celá jadrová elektráreň.

Silu „ohňa“, čiže výkon reaktoru, vieme ovplyvniť: Na zrýchlenie reakcie, teda „rozdúchanie ohňa“ sa používa tzv. moderátor, na brzdenie reakcie, teda na „priškrtenie ohňa“ sa používajú tzv. riadiace tyče, tiež zvané absorbenty neutrónov.

Podľa konštrukcie, typu moderátora atď. sa na svete používa asi 8 až 10 typov atómových reaktorov. Pozri tiež heslá VVER a RBMK.

Podobne, ako si na piecke môžeme navariť napríklad praženicu, môžeme reaktor využiť aj na prípravu potrebných izotopov – v lepšom prípade si v reaktore uvaríme jód 131, ktorým môžeme bez skalpelu vyoperovať štítnu žľazu, v horšom si uvaríme napríklad polónium 210, s ktorým otrávime Litvinenka , alebo plutónium 239, ktorým zrušíme Nagasaki . Takisto bez skalpelu.

 

Prvý reaktor na svete

 

Prvý jadrový reaktor na svete spustili 2.12.1942 v hale štadióna Stagg Fields v Chicagu. Na fotografii práve vyťahujú kadmiovú brzdnú tyč, čím sa reakcia odbrzdí a naštartuje.

Moderátor

Moderátor je stálou súčasťou vnútra reaktora. Ak pri rozstrelení jadra napr. uránu vyletia niektoré neutróny príliš rýchlo, nemuseli by trafiť iné jadrá uránu. Moderátor ich spomalí tak, aby mali rýchlosť vhodnú na 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 neutróny mucholapkou. Ak v reaktore poletuje príliš mnoho projektilov-neutrónov a hrozí nám, že sa reakcia tak zrýchli, až z toho budeme mať Hirošimu, zasunieme brzdné tyče, tie prebytočné neutróny vychytajú a do ďalších uránových jadier nemá kto strieľať. Reakcia sa tým brzdí až zastavuje. Ak zistíme, že sme reakciu zbrzdili príliš a reaktor vyhasína, tyče o trochu povytiahneme, neutrónov začne poletovať viac a reakcia sa zas rozbehne.

RBMK, reaktor boľšoj moščnosti – kanaľnyj

V Sovietskom zväze vymysleli typ reaktora, ktorý nazvali RBMK: Reaktor boľšoj moščnosti – kanaľnyj, čiže vysokovýkonný reaktor kanálového typu. Ako moderátor sa používa grafit, obyčajná tuha, ktorá je v reaktore napevno zabudovaná. Chladiacim médiom je natlakovaná voda s 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 technológia mala dosť nevýhod, je nestabilná, má vysoký pozitívny void coefficient a dnes je už úplne zastaraná, pre Sovietov však mala mnohé výhody. Jednak nemuseli prácne a nákladne obohacovať urán až na takú hodnotu, ako vyžaduje reaktor VVER, jednak RBMK mohol mať obrovský výkon (1000 aj 1500 MW oproti 440 MW v reaktore VVER) a jednak sa v RBMK výborne vyrábalo plutónium 239, z ktorého sa robili atómové bomby. Reaktor RBMK je taký vysoký, že ochranné betónové 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, na nešťastie jeden máme aj v EU – v Litve, ktorá svoju elektráreň Ignalina zdedila aj s reaktormi RBMK ako nástupca ZSSR.

 

Model RBMK

 

Model reaktoru typu RBMK-1500.

VVER, vodno-vodný energetický reaktor

Najrozšírenejší reaktor v jadrových elektrárňach na svete je typ VVER, ľudovo Veverka. Tieto reaktory pracujú aj v českých a slovenských jadrových elektrárňach. Palivom je obohatený urán 235 vo forme oxidu uraničitého. Chladiacim médiom je silne natlakovaná voda (150-160 atmosfér), ktorá vďaka pretlaku zostáva kvapalnou aj pri 315 stupňoch Celzia. Táto voda zároveň slúži ako moderátor. Okrem brzdiacich tyčí, ktoré sú skôr „záchrannou brzdou“, sa reakcia brzdí aj spomaľovačom, kyselinou boritou, ktorá sa pridáva priamo do cirkulujúcej vody podľa aktuálnej potreby. Superohriata, zato prudko rádioaktívna voda z reaktora odovzdá svoje teplo vo výmeníku obyčajnej vode, ktorá sa zmení na paru a tá poháňa turbínu. Reaktor je stabilný, neobsahuje grafit a má negatívny void coefficient, čo znamená, že keď sa prehreje, sám sa hneď ochladí. Obvyklý výkon jedného reaktoru VVER je 440 MW.

Void coefficient

Void coefficient je také myslené číslo. Ak v reaktore obieha nejaká kvapalina, ktorá môže aj vrieť, napríklad voda, tak sa vrením zmení na paru. Ale para sa chová k „ohňu v piecke“ inak, ako voda. Ak má reaktor kladný void coefficient, vznik pary reakciu ešte urýchli. Ak je void coefficient záporný, vznik pary reakciu zbrzdí. Samozrejme, najvhodnejšie je mať mínusový void koeficient, pretože ak sa reaktor prehreje, vzniknutá para ho opäť schladí a všetko je zas v pôvodnom stave. Naopak pozitívny void coefficient spôsobí, že reaktor, ktorý sa tak prehrial, až vznikla para, sa ešte viac rozohreje, pričom para môže až roztrhnúť jeho steny. Reaktory VVER majú void coefficient záporný, ale reaktory RBMK vysoko kladný. Sú preto nestabilné a v kuse sa musia strážiť.

Choroba z ožiarenia

Obete choroby z ožiarenia:

Hirosima

235U, Hirošima 1945

Nagasaki

239Pu, Nagasaki 1945

Litvinenko

210Po, Londýn 2006

Intenzita žiarenia sa udáva v röntgenoch alebo sievertoch (1 Sv = 100 R) za jednotku času. Čím je niekde slabšia intenzita žiarenia, tým dlhšie tam môžete zostať a naopak.

Chrániť sa môžete len časom, vzdialenosťou a clonením. Dozimeter, váš osobný merač okolitej radiácie, vám ukáže, koľko röntgenov dostávate každú sekundu. Z toho si môžete spočítať, ako dlho tam smiete zostať, aby ste dostali toľko röntgenov, koľko vám ešte neublíži. Pri vzďaľovaní sa od zdroja žiarenia intenzita klesá s druhou mocninou vzialenosti. Tienenie je najlepšie 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 z ožiarenia. 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

100-200 R: Ľahká choroba z ožiarenia. 3-6 hodín po ožiarení vám začne byť na zvracanie a môžete aj zvracať. To trvá deň. Nasleduje 10-14 dní latentnej fázy, keď nezvraciate, ale cítite únavu. Do mesiaca zomrie 10% postihnutých.

200-300 R: Ako v predošlom prípade. Prvé príznaky po 1-3 hodinách. Zvracanie dva dni. Latentná fáza 7-14 dní, v ktorej vypadávajú vlasy a chlpy. Silná strata bielych krviniek. Neplodnosť. Do mesiaca zomrie tretina.

300-400 R: Ťažká choroba z ožiarenia. Symptómy a trvanie ako v predošlom prípade. Naviac nekontrolovateľné krvácanie do slizníc, kože a obličiek. Do mesiaca zomrie polovica.

400-600 R: Akútna choroba z ožiarenia. Symptómy a trvanie ako v predošlom prípade. 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.

1000-5000 R: Nástup príznakov za 5-30 minút, ochromujúca únava a silné zvracanie trvá 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.

Radiácia na mieste havárie v Černobyle bola 5,6 R/s. Ak by ste boli černobyľský hasič, ľakhú chorobu z ožiarenia by ste dostali za 20 sekúnd, po ďalších 40 sekundách by ste sa prekvalifikovali do kategórie ťažkej choroby, v nasledujúcej minúte do akútnej choroby a po troch minútach by boli Vaše dni zrátané.

Normálna radiácia prostredia existuje takisto, ale je maličká. V Prahe dostávate 17 milióntin röntgenu za hodinu, teda za celý rok dostanete 0,15 R. Toľko dostali osoby v areále havarovanej elektrárne v Černobyle za 0,02 sekundy.

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

Mikloš: Matovičova reforma? Ďalší konflikt, výsledok žiadny

Bývalý minister financií tvrdí, že takto sa to nerobí.


Už ste čítali?