Princíp fungovania

Jadro atómu sa skladá z protónov a neutrónov. Neutróny sú elektricky neutrálne elementárne častice, zatiaľ čo protóny nesú kladný elektrický náboj, a preto sa navzájom elektrostaticky odpudzujú. Ak by medzi protónmi pôsobila iba elektrostatická odpudivá sila, žiadne atómové jadro by nemohlo existovať – okamžite by sa rozpadlo. Gravitačná sila ich nedokáže udržať pohromade, pretože je približne 10³⁶-krát slabšia než elektrostatická sila. Stabilitu jadra zabezpečuje silná jadrová interakcia, ktorá je veľmi intenzívna, ale pôsobí iba na veľmi krátke vzdialenosti. Začína sa prejavovať až vtedy, keď sa nukleóny nachádzajú vo vzájomnej bezprostrednej blízkosti. Rovnako pôsobí medzi dvojicou protónov, dvojicou neutrónov aj medzi protónom a neutrónom.

Na oddelenie nukleónu od atómového jadra je potrebné dodať energiu nazývanú väzbová energia. Vyjadruje sa v elektrónvoltoch (eV). Väzbová energia nukleónu v jadre vodíka je nulová, pretože jadro tvorí iba jeden protón. V jadre hélia dosahuje približne 7 MeV na nukleón. S rastúcim protónovým číslom sa väzbová energia na nukleón zvyšuje a maximum približne 8,8 MeV na nukleón dosahuje pri prvkoch s protónovým číslom okolo 60 (železo). Pri ťažších prvkoch potom postupne klesá až na približne 7,6 MeV na nukleón v prípade uránu.

Vedeli ste, že...?

1 eV (elektrónvolt) je energia, ktorú získa elektrón pri prechode elektrickým potenciálovým rozdielom 1 volt.

Z krivky väzbovej energie vyplýva, že pri spájaní ľahkých jadier sa môže uvoľniť značné množstvo energie. Ak sa napríklad spoja dve jadrá deutéria (ťažkého vodíka, ktorého jadro tvorí jeden protón a jeden neutrón), vznikne jadro hélia a uvoľní sa približne 6 MeV energie na jeden nukleón.

Podobne možno energiu získať aj štiepením ťažkých jadier. Pri štiepení jadra uránu sa uvoľní približne 0,9 MeV na nukleón, teda približne 200 MeV na jedno jadro.

Riadená jadrová fúzia, pri ktorej sa spájajú ľahké atómové jadrá, dokáže uvoľniť až približne 1 % pokojovej energie atómu, jej praktické energetické využitie je však zatiaľ vo fáze vývoja. Súčasná jadrová energetika využíva štiepenie jadier uránu a plutónia, prípadne uránu-233 vznikajúceho z tória. Pri tejto reakcii sa uvoľní približne 0,1 % pokojovej energie atómu.

 

Vedeli ste, že...?

Energia uvoľnená pri štiepení jediného jadra uránu je približne 3,2 × 10^-11 J, čo je približne o päť rádov menej než kinetická energia letiaceho komára.