Jaderný příběh
10. 11. 2010
Spousty věcí v životě považujeme za samozřejmé. Většina mužů nepřemýšlí o tom, jak je možné, že špinavé prádlo pohozené v domě se zázrakem ocitá čisté, vyprané a poskládané ve skříni. A podobně se možná nezatěžujeme tím, jak je možné, že se můžeme spolehnout na dodávky elektrické energie. V dnešní době do našich domácností putuje 33 procent elektrické energie, vyrobené z jádra. A tento podíl dále poroste. Ale jaká je podstata jaderné energie a jaké myšlenky se skrývají za rozpadem jeho jádra?
Michael: Je spousta věcí v životě, které považujeme za samozřejmé.
Tereza: Ano. Naši drazí muži nepřemýšlejí o tom, když někde v domě pohodí špinavé prádlo, jak je možné, že se zázrakem ocitá čisté, vyprané, poskládané ve skříni. A stejně tak se možná ani my nezatěžujeme tím, jak je možné, že se můžeme spolehnout na dodávky elektrické energie a co všechno za tím je. V dnešní době do našich domácností putuje 33 procent elektrické energie, vyrobené z jádra. A tento podíl dále poroste.
Michael: Ale jaká je podstata jaderné energie a jaké myšlenky se skrývají za rozpadem jeho jádra?
Filip: Příběh jaderné energie začal na přelomu 19. a 20. století v Paříži. Začal jej brilantní fyzik a chemik Henri Becquerel. Vědecký duch výrazně provázel rodinu Becquerelů.
Tereza: Henri byl synem stejně nadaného Alexandra Edmonda Becquerela, který roku 1839 objevil fotovoltaický jev, základ dnešních solárních článků.
Filip: Henri pracoval v Národním muzeu přírodních věd a pokračoval v otcově výzkumu podivných vlastností fosforescence.
Michael: Becquerela fascinovalo podivné, ale přesto krásné fosforeskování, vycházející z uranové soli po osvětlení ultrafialovým světlem.
Tereza: Tuto tajemnou vlastnost uranu brzy úspěšně využil dokonce i průmysl. Začaly se vyrábět vázičky, skleničky, poháry, které obsahovaly stopy uranu. Brzy je začali vyhledávat sběratelé módních předmětů.
Michael: Becquerela však více zajímala samotná věda, která se za tím skrývala.
Filip: Jednou Becquerel připravoval kus uranové rudy a fotografický papír pro pokus na denním světle. Papír uschoval v černém sáčku, rudu položil na něj.
Tereza: Ke svému překvapení nalezl na fotocitlivém papíru tmavou stopu, kterou způsobil kus rudy.
Tereza: Ohromeného Becquerela to přivedlo ke slavnému závěru:
Michael: Z těchto experimentů vyplývá, že uran vyzařuje paprsky. A ty nejsou závislé na nějakém vnějším zdroji energie, ale zdánlivě přirozeně vycházejí ze samotného uranu.
Filip: Henri Becquerel tehdy objevil radioaktivitu!
Tereza: Jsme stále v Paříži, o pár let později. Na scénu vstupuje další neméně slavná postava světové vědy – Marie Curie-Sklodowska. I když radioaktivitu opravdu objevil Becquerel, teprve bystrá Marie Curie-Sklodowska tento termín vytvořila.
Filip: Narodila se v polské Varšavě, ve čtyřiadvaceti se přestěhovala do Paříže. Zde vystudovala a začala ji zajímat práce Henriho Becquerela a radioaktivita uranu.
Tereza: Pomocí elektrometru Curie-Sklodowska porovnala aktivitu čistého uranu a smolince - uranové rudy, dovezené až z českého Jáchymova.
Filip: Zjistila, že smolinec má čtyřikrát vyšší aktivitu než čistá uranová sůl. Došla tehdy k závěru, že uranová ruda…
Tereza: … musí obsahovat malé množství nějaké jiné látky, která má ještě vyšší radioaktivitu než samotný uran.
Filip: Curie-Sklodowska měla samozřejmě pravdu. Na úkor svého zdraví pokračovala ve výzkumu, až nakonec ze smolince izolovala další dva radioaktivní prvky – polonium, pojmenované po jejím rodném Polsku, a radium.
Tereza: Curie-Sklodowska objevila, že radioaktivita se netýká pouze uranu, ale že je to vlastnost několika prvků.
Michael: This emission is spontaneous. This means that the nucleus decays by itself, only sole, without any collision of any other particle.
Toto záření je přirozené. Znamená, že atomové jádro se rozpadá samo, bez jakékoli srážky s nějakou jinou částicí.
Tereza: Přirozená radioaktivita je všude kolem nás. Možná vás to překvapí, ale dokonce pomník svatého Václava nám září. Ovšem hodnoty naměřené radiace jsou velmi nízké a náš organismus si na ně dávno zvykl. To, co Michael drží v ruce, je Geigerův počítač, pomocí kterého můžeme naměřit hladinu radiace. Tak se podíváme.
Michael: Tady něco je…
Tereza: Tam něco je. Dáme to na deset sekund a uvidíme.
Filip: Poté, co Bequerel a Curie-Sklodowska objevili radioaktivitu, netrvalo dlouho a někdo objevil její využití. Ten „někdo“ byl slavný britský chemik Ernest Rutherford.
Tereza: Rutherford tehdy pracoval na Univerzitě v anglickém Manchesteru. Pochopil, že radioaktivitou musejí být ve skutečnosti subatomární částice. Dokonce jim dal jméno – záření alfa, beta a gama.
Filip: Rutherford začal zkoumat, co vznikne, když bude tímto zářením ozařovat jádra jiných prvků. Nikdo však nečekal, jaký výsledek jeho úsilí přinese.
Tereza: Svůj radioaktivní zdroj alfa částic namířil na vzorek plynného dusíku. K velkému překvapení zjistil, že po ozáření se část dusíku změnila … na kyslík!
Filip: Rutherfordovi se podařilo přeměnit jeden prvek na jiný. Čin, který byl až dosud považován za neuskutečnitelný sen středověkých alchymistů.
Tereza: Kyslík a dusík jsou dva prvky s velice rozdílnými vlastnostmi. Rutherford dokázal, že přeměnit jeden prvek na jiný můžeme. Poprvé jsme tak my lidé, dokázali převzít kontrolu nad prvky, z nichž je složen náš vesmír.
Filip: A v tomto okamžiku vstupuje do našeho příběhu italský fyzik Enrico Fermi.
Tereza: Enrico Fermi si položil zásadní otázku: jestliže Rutherford dokázal využít radioaktivity k tomu, aby přetvořil jeden prvek na jiný, bylo by možné využít radioaktivity k vytvoření zcela nového prvku, který je světu dosud neznámý?
Michael: Thus, Fermi conceived his ambitious plan: He would take the largest known atom in the world, Uranium, and repeat Rutherford’s experiment with alpha-particles. And he believed that he would create new and heavier elements.
Fermi vytvořil svůj náročný plán: Vezme největší známý atom na světě, uran, a zopakuje Rutherfordův pokus s alfa částicemi. Věřil, že vytvoří nové, těžší prvky.
Filip: Ať se však Fermi snažil sebevíc, nedařilo se mu, aby se částice alfa s jádrem uranu srazily.
Tereza: Na to, proč experiment nefungoval, Fermi přišel náhodou během hry tenisu. Možná proto, že musel odpojit jednu z hemisfér…
Michael: Hm,…jasně.
Fermi realized during the tennis game that the reason why the alpha-particle was not penetrating the uranium nucleus was that both the alpha-particle and the uranium nucleus were positively charged.
Během tenisu si Fermi uvědomil, proč částice alfa neproniká do jádra uranu. Příčinou bylo, že částice alfa i jádro uranu jsou nabity kladně.
Tereza: A my už víme, že věci, které jsou stejně elektricky nabité, se odpuzují. Michaele, důkaz… Vidíte?
Michael: Fermi realized that it was an electromagnetic force that was preventing the alpha-particles from penetrating the uranium nucleus!
Fermi si uvědomil, že proniknutí alfa částic do jádra uranu brání elektromagnetická síla.
Tereza: No a nepotřeboval by něco neutrálního?
Michael: Yes. A neutral particle would not be affected by electromagnetic fields. A neutral particle has a good chance to penetrate the uranium nucleus…Yes, said Fermi. I shall use a neutron!
Ano. Elektromagnetické pole neovlivní neutrální částici. Ta má šanci do jádra uranu proniknout. Ano, řekl si Fermi. Použiju neutron!
Filip: Fermi myslel, že vytvoří prvek ještě těžší než uran. Místo toho ale objevil, jak získat pomalé neutrony. Cesta k objevu štěpení uranu byla volná.
Tereza: Nejprve se uran štěpil nekontrolovaně v atomových bombách, ale pak už nastoupily jaderné reaktory, v nichž řetězovou reakci umíme řídit. Získali jsme zdroj ohromné energie.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough