Transcript Jaderné reakce - Základní škola Emila Zátopka, Zlín

Základní škola Emila Zátopka Zlín, příspěvková organizace, Štefánikova 2701, 761 25 Zlín
EU PENÍZE ŠKOLÁM
OP VK- 1. 4. Zlepšení podmínek pro vzdělávání na základních školách
Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.1395
Název projektu: Škola a sport
VY_32_INOVACE_354
Autor DUM: Irena Heimová
Datum (období), kdy byl materiál vytvořen: květen 2013
Ročník, pro který je materiál vytvořen: 9. ročník
Vzdělávací oblast, obor, tematický okruh, téma: Člověk a příroda, fyzika, jaderná energie
Anotace-metodický list: Žáci se seznámí s vynucenými přeměnami atomových jader. Naučí se rozlišovat jaderné
reakce na transmutace a štěpení. Pochopí možnost rozvinutí štěpné reakce v reakci řetězovou. Seznámí se s historickými
reakcemi. Prezentace vytvořená v programu PowerPoint.
Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských
zařízení. Jakékoliv další využití podléhá Autorskému zákonu.
Jaderné reakce
Jaderné reakce
• Jaderné přeměny, k nimž dochází při
vzájemných srážkách jader s různými částicemi
nebo jader navzájem
• Zapisujeme rovnicí
X aYb
Terč
Střela
• Počet nukleonů zůstává stejný i po reakci
• Při jaderných reakcích se uvolňuje obrovská
jaderná energie
Historicky důležité reakce
• Umělá transmutace – přeměna jednoho prvku
na jiný
14
4
17
1
– Ernest Rutherford 1919
7 N  2 He 8 O 1 H
• Objev neutronu
– J. Chadwick 1932
9
4
N  He O  n
4
2
12
6
1
0
Historicky důležité reakce
• Umělá radioaktivita
– Frederic a Iréne Joliot-Curie 1934
27
13
Al  He P  n
4
2
30
15
30
15
1
0
P Si  e
30
14
0
1
Jaderné reakce
1. Štěpné
– radioaktivní nuklid se štěpí účinkem neutronů tak,
že vzniká větší množství neutronů, než kolik se jich
na štěpení spotřebovalo.
– těžké jádro se rozpadá na 2 jádra lehčí, bohatá na
energii a několik neutronů.
– Pokud je neutronů dostatečné množství a mají
odpovídající energii, mohou způsobit štěpení
dalších jader
Jaderné reakce
2. Termonukleární
– Děj, při němž složením dvou lehčích jader vznikne
jádro těžší
– Uvolňuje se obrovské množství energie
http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/anim/Synteza_helia.avi
Štěpení jader při řetězové jaderné
reakci
• Řetězovou reakci objevili němečtí vědci 1939
• První řetězová reakce, která se sama udržovala v
chodu byla uskutečněna 2. 12. 1942 na dvoře
chicagské univerzity skupinou Enrica Fermiho
• Probíhá ve štěpných materiálech (nuklid uranu
235)
238
• Přírodní uran je tvořen převážně 92U
• Obsahuje pouze 0,7% uranu 235
• Ten se musí z přírodního uranu získávat náročným
technologickým postupem
Další štěpný materiál
• Plutonium 239 (z uranu 238)
• Uran 233 (z thoria) – vznikají v jaderných
reaktorech
z 1 kg uranu vznikne tolik tepla jako při spálení
1,5 milionů litrů benzínu
Řetězová jaderná reakce
• Aby proběhla řetězová reakce, musí mít štěpný
materiál kritickou hmotnost
• Reakce:
– Neřízená – jaderné zbraně
– Řízená – jaderné reaktory
Štěpení uranu 235
• Je nejdůležitější jaderná reakce vyvolaná
pomalými neutrony
Štěpení uranu 235
• Do jádra uranu 235 vnikne neutron, vznikne
nestabilní uran 236 a ten se rozštěpí na dvě
jádra přibližně poloviční velikosti
• Při tom vylétnou dva až tři nové neutrony,
které mohou štěpit další jádra uranu
U  n Ba  Kr 3 n
235
92
1
0
144
56
89
36
1
0
U  n Sr  Xe 5 n
235
92
1
0
91
38
140
54
1
0
• Vzniklé neutrony se zpomalí, mohou vyvolat
štěpení dalších jader – řetězová reakce
• Štěpení se podle svého průběhu dělí:
– Podkritické – každý neutron je zachycen – přírodní
rozpad
– Kritické – 1 neutron není zachycen – řízená
řetězová reakce
– Nadkritické – 2 neutrony nejsou zachyceny
– Superkritické – neřízená řetězová reakce – nechají
se reagovat všechny vzniklé neutrony, reakce končí
výbuchem (uran 235, plutonium 239)
Budoucnost – jaderná syntéza
• Reakce, které probíhají na Slunci – slučování
jader 2 H  3H  4He 1n 2 H  2H  3H  1H
1
1
2
0
1
1
2
1
• Uvolňuje se značná energie a nevzniká radioaktivní
odpad
• Jaderné slučování vyžaduje, aby se jádra vodíku
vzájemně srážela obrovskými rychlostmi při nesmírně
vysokých teplotách (několik set miliónů stupňů Celsia)
• Takových teplot lze dosáhnout pouze při výbuchu
jaderné bomby (vodíková bomba – jaderná bomba
sloužila jako rozbuška)
Antičástice
• Ke každé částici existuje „dvojník“, částice s
opačným znaménkem el. náboje
• Setká-li se částice s antičásticí, obě zanikají ,
uvolňuje se všechna energie a vzniká záření
gama
• Hudba vzdálené budoucnosti
E  mc
2
• Albert Einstein vypočetl, že energie obsažená v
tělese souvisí s jeho hmotností
• V jednom kilogramu jakékoliv látky je utajena
obrovská energie 90 tisíc bilionů joulů neboli
25 miliard kilowatthodin.
Jak tuto energii z látky uvolnit?
Zdroje:
•
•
•
•
http://www.energyweb.cz/web/EE/images/03/31_03.gif
http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/img/big/31.jpg
http://web.vscht.cz/hrotkovr/jadro/ilus/reakce.bmp
KOLÁŘOVÁ, Růžena. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Praha: Prometheus, 2008, 236 s. ISBN 978-807-1961-932.