Pokud se atom rozdělí na dvě části, ať už přirozeným rozpadem, nebo v laboratoři, uvolní se energie. Tento proces se nazývá štěpení. Má velký potenciál jako zdroj energie, ale je s ním také spojena řada bezpečnostních, ekologických a politických problémů, které mohou bránit jeho využití.
Definice štěpení
Atom obsahuje ve svém centrálním jádře protony a neutrony. Při štěpení se jádro štěpí buď radioaktivním rozpadem, nebo proto, že bylo bombardováno jinými subatomárními částicemi známými jako neutrina. Výsledné části mají menší kombinovanou hmotnost než původní jádro, přičemž chybějící hmotnost se přemění na jadernou energii.
Kontrolované štěpení nastává, když velmi lehké neutrino bombarduje jádro atomu a rozbije ho na dvě menší jádra podobné velikosti. Při destrukci se uvolní značné množství energie – až 200násobek energie neutronu, který celý postup zahájil – a také se uvolní nejméně dvě další neutrina.
Kontrolované reakce tohoto druhu se používají k uvolňování energie v jaderných elektrárnách. Nekontrolované reakce mohou být palivem pro jaderné zbraně.
Radioaktivní štěpení, kdy centrum těžkého prvku samovolně vyzařuje nabité částice při rozpadu na menší jádro, se nevyskytuje často a dochází k němu pouze u těžších prvků.
Štěpení se liší od procesu fúze, kdy se dvě jádra spojí, místo aby se rozdělila.
Objevení atomové energie
V roce 1938 bombardovali němečtí fyzikové Otto Hahn a Fritz Strassman atom uranu neutrony ve snaze vytvořit těžké prvky. Překvapivým zvratem skončilo rozštěpení atomu na prvky baryum a krypton, oba podstatně menší než uran, se kterým dvojice začala. Předchozí snahy fyziků vedly k tomu, že z atomu byly odříznuty jen velmi malé kousky, takže dvojice byla nečekanými výsledky zmatena.
Fyzička rakouského původu Lise Meitnerová, která po Hitlerově invazi do své země uprchla do Švédska, si uvědomila, že se při štěpení také uvolnila energie. Při práci na problému zjistila, že při štěpení vznikají minimálně dva neutrony na každý neutron, který zažehne srážka. Nakonec si další fyzikové uvědomili, že každý nově uvolněný neutron může pokračovat ve dvou samostatných reakcích, z nichž každá může vyvolat nejméně dvě další. Jediný náraz by mohl nastartovat řetězovou reakci, která by vedla k uvolnění ještě většího množství energie.
Energie a destrukce
V intelektuální řetězové reakci si vědci začali uvědomovat možnosti, které nový objev skýtá. V dopise americkému prezidentovi Franklinu Rooseveltovi na začátku druhé světové války, který vypracoval maďarský fyzik Leo Szilard a podepsal Albert Einstein, se uvádělo, že takový výzkum by mohl být využit k vytvoření bomby epických rozměrů, a řešila se myšlenka, že Němci by takovou zbraň mohli reálně dopravit až na americký práh. Roosevelt vyčlenil na americký výzkum peníze a v roce 1941 vznikl Úřad pro vědecký výzkum a vývoj, jehož cílem bylo aplikovat výzkum na národní obranu.
V roce 1943 převzal výzkum pro výrobu jaderné zbraně Armádní inženýrský sbor. Toto přísně tajné úsilí, známé jako „projekt Manhattan“, vyústilo v červenci 1945 ve vytvoření první atomové bomby. Dvě následné atomové zbraně byly použity v rámci vojenského úderu na města Hirošima a Nagasaki v Japonsku.
Od té doby je jaderný výzkum považován za mimořádně citlivý. Samotné znalosti nejsou příliš složité, ale materiály, které tento proces financují, se získávají podstatně obtížněji.
Nejčastěji se štěpení využívá k výrobě energie v jaderné elektrárně. Při tomto procesu však vzniká značné množství jaderného odpadu, který může být nebezpečný pro lidi i životní prostředí. Lidé se zároveň často obávají nebezpečí, která mohou s jadernými elektrárnami přicházet, a nechtějí je mít ve svém okolí. Tyto problémy způsobují, že jaderná energie není tak populární jako konvenčnější způsoby získávání energie, například využívání fosilních paliv.
V šedesátých letech 20. století zkoumala americká vláda možnost využití jaderného štěpení jako metody raketového pohonu. Podpis Smlouvy o omezeném zákazu (jaderných) zkoušek v roce 1963 však ukončil nadzemní výbuchy všech jaderných zbraní, čímž se alespoň dočasně zavřely dveře testování raket poháněných štěpením.
– Nola Taylor Redd, spolupracovnice LiveScience
Související:
- VIDEO: Atoms for Peace: Nuclear Fission
- Power the Future: 10 Ways to Run the 21st Century
- Top Ten Disruptive Technologies
Recent news