Čitatelia budú asi prekvapení, keď zistia že bez jadrovej energie by vlastne ľudstvo ani nemohlo existovať, že tak propagovaná a sponzorovaná „obnoviteľná“ solárna energia existuje vlastne dôsledkom jadrovej energie. Taktiež väčšinu asi prekvapí, že nielen my ľudia, ale aj celý svet okolo nás a vesmír existuje v drvivej väčšine v obrovských priestoroch kde nie je nič len pusté prázdno!
Tajomná mystická „Smaragdová doska“ (po lat. Tabula smaragdina) „Herma Trismegista“ je krátky kryptický text, ktorý údajne odhaľuje tajomstvá pralátky a jej premien. Až do 20. storočia boli známe len stredoveké latinské rukopisy tohto textu, ale najnovšie výskumy odhaľujú jeho arabských predchodcov. Jedna jeho časť v latinčine znie: „Verum est sine mendacio, certum et verissimum: Quod est inferius, est sicut id quod est superius. Et quod est superius, est sicut id quod est inferius, ad perpatranda miracula rei unius. Haec est totius fortitudinis fortitudo fortis, quia vincet omnem rem subtilem, omnemque solidam penetrabit. “ – teda v preklade : „Je spravodlivé, isté, a skutočné, že to, čo je dolu, je ako to, čo je hore a to, čo je hore, je ako to, čo je dolu, aby boli dokonané divy jednej veci. Tu sídli sila, zo všetkých síl najmocnejšia, ktorá prekoná každú jemnú vec a prenikne aj každú pevnú vec.“ Je to text, ktorý hovorí o slnku, mesiaci, zemi a vesmíre.
Je to paradox, ale skutočne, keď sa pozrieme “hore” na usporiadanie vesmíru, našej slnečnej sústavy a na druhej strane “dole” na konfiguráciu atómu, nájdeme tam veľmi mnoho podobného.
Ako je to teda tam “hore”?
Hovorí sa že « Zem je naša mama », bez ktorej by ľudstvo neexistovalo. Potom však slnko musí byť asi naša stará mama, pretože bez neho by neexistovala zem. Veď gravitačné pôsobenie slnka udržiava na obežných dráhach okolo slnka všetky objekty slnečnej sústavy vrátane zeme, a energia slnka je pre život na zemi úplne nevyhnutná ! Obrovský účinok slnka na zem bol rozpoznaný ľuďmi už od praveku a slnko bolo niektorými kultúrami považované za božstvo. Synodická rotácia zeme a jej obežnej dráhy okolo slnka sú základom solárnych kalendárov, z ktorých jeden je prevládajúcim dodnes stále používaným.
Slnko je absolútne najdôležitejší zdroj energie pre život na zemi.
Celkové množstvo žiarenia prijímaného zemou zo slnka je určené jej prierezom, ale ako rotuje, je táto energia distribuovaná na celý povrch. Preto sa priemerná hodnota množstva slnečného žiarenia (tzv. oslnenie) rovná štvrtine slnečnej konštanty – okolo 342 W/m². Konkrétne množstvo slnečnej energie dopadajúce v danom mieste a čase na povrch je ovplyvnené atmosférou a zemepisnou šírkou. Množstvo sa mení, lebo zem obieha okolo slnka po elipse. Na telesá Slnečnej sústavy zo slnka dopadá elektromagnetické žiarenie (teda nie iba svetelné), ktoré dosahuje celkový žiarivý výkon 3,826.1026 W.
Ale odkiaľ sa berie energia slnka ?
Priemer slnka je približne 1,39 milióna kilometrov, teda je viac ako 100 krát väčšie ako naša zem a jeho hmotnosť je zhruba 330 000 násobkom hmotnosti zeme, a je to až neuveriteľné, ale predstavuje 99,86% celkovej hmotnosti Slnečnej sústavy.
Slnko je tvorené plazmou, v ktorej sú jadrá chemických prvkov známych aj na zemi, no asi tri štvrtiny hmoty slnka pozostáva z vodíka (~ 73%); zvyšok je väčšinou hélium (~ 25%), s oveľa menšími množstvami ťažších prvkov, vrátane kyslíka, uhlíka, neónu a železa. Teplota na jeho povrchu dosahuje približne 5 500°C a ostatné (vnútorné) časti slnka sú ešte horúcejšie. Vo vnútri slnka (v jadre) prebieha premena vodíka na hélium. Slnečné teleso a jeho heliosféra má viacero vrstiev. Za slnečné jadro sa považuje oblasť, ktorá siaha do vzdialenosti 175 000 kilometrov od stredu. Má teplotu 14 000 000 K, a jeho tlak v strede je cca 150×109 atmosfér. V jadre je sústredených až 49,9% celkovej slnečnej hmotnosti. Pri tejto teplote slnečného jadra sú už aj samotné atómy rozložené na jadrá a samostatne sa pohybujúce elektróny. Prebieha tu termonukleárna reakcia (nukleárna fúzia), ktorá mení tzv. ľahký vodík (prócium) na hélium. Slnečný typ reakcie má tri fázy a označuje sa ako protón-protónový cyklus. Každú sekundu sa premení okolo 8,9×1037 protónov (jadier vodíka) na jadrá hélia, pričom zo štyroch jadier prócia vzniká jedno jadro hélia. V slnečnom jadre každú sekundu prebehne rádovo 1038 reakcií. Väčšina uvoľnenej energie má formu gama žiarenia a postupuje do tzv. radiačnej zóny slnka, priestoru medzi slnečným jadrom a styčnou vrstvou. Teplota tejto vrstvy však už nedostačuje na prebiehanie termojadrových reakcií, a preto sa celá energia vznikajúca v jadre prenáša cez túto oblasť žiarením. Vzhľadom k veľkej hustote prostredia a neustáleho pohlcovania fotónov žiarenie postupuje smerom k povrchu pomaly, a zároveň vzrastá jeho vlnová dĺžka, čím klesá jeho energia. Vzápätí sa energia mení na tepelnú energiu častíc vrstvy žiarivej rovnováhy.
Teda zrekapitulujme to: Termojadrové reakcie v strede slnka produkujú energiu 4,26 milióna ton hmoty (podľa E = m × c2) alebo energiu výbuchu okolo 9,1×1016 ton TNT za sekundu. Táto termojadrová energia je zdrojom všetkej energie slnka, a vzniká vo forme fotónov gama žiarenia a neutrín. Na povrch (slnka), sa energia dostáva prostredníctvom konvekcie, absorpcie a emisie, a opúšťa ho v podobe elektromagnetickej radiácie a neutrín (a v malej miere tiež ako kinetická a termálna energia slnečného vetra a ako energia magnetických polí). Všetko elektromagnetické, čiže aj viditeľné svetlo, opúšťa potom slnko cez fotosféru.
Každú sekundu vyžiari slnko toľko energie, že by to stačilo pokryť potreby celého sveta na viac než 1 000 rokov.
Tlak žiarenia, ktoré sa dostáva na povrch slnka, je taký obrovský, že vyrovnáva pôsobenie gravitačnej sily, ktorou sú všetky časti slnka priťahované k jeho stredu. Vďaka tomu sa slnko pod vplyvom svojej obrovskej gravitácie nezmenšuje, ani sa nerozpína pod vplyvom tlaku žiarenia, a je v rovnováhe.
Teda v skutočnosti tak ospevovaná a podporovaná tzv. „obnoviteľná“ slnečná, alebo solárna energia, ktorá je získaná zo slnka, nie je protiváhou jadrovej, lebo je vlastne priamo, či nepriamo pochádza z energie z jadrových reakcií.
A ako je to „dole“?
Celý svet okolo nás, včítane samého seba delíme na drobnejšie časti. Najprv na molekuly, potom chemické prvky a nakoniec atómy. Atóm je vnímaná ako (podľa starodávnej definície ako „nedeliteľný“) najmenšia, chemicky ďalej nedeliteľná častica chemického prvku, ktorá je nositeľom jeho vlastností. Ale v skutočnosti to tak nie je, a aj do atómu možno vniknúť hlbšie a poznať jeho subatomárne častice. Mohli by sme písať aj o menších časticiach, či už fundamentálnych ako Fermióny, Bozóny, Kvarky a Leptóny, alebo zložených ako Hadróny, Baríóny či Bezóny, ale nám to na dnes stačí, a zostaneme „iba“ pri protónoch, neutrónoch a elektrónoch. Keď je atóm elektroneutrálny má rovnaký počet elektrónov aj protónov. Ak sa tento pomer zmení, vzniká ión, ktorý je buď kladný (katión) alebo záporný (anión). A tak ako molekula, atóm či dokonca jeho subatomárne častice sú v neustálom pohybe.
Pri trochu predstavivosti môžeme atóm porovnať napríklad aj so slnečnou sústavou, pretože atóm obsahuje jadro (ako keby slnko), a elektrónový obal (ako keby obiehajúce planéty okolo jadra).
Atómové jadro pozostáva z dvoch druhov častíc, z protónov a neutrónov.
A elektrónový obal atómu tvoria elektricky záporne nabité elektróny, pričom elektrónový obal určuje jeho chemické i optické vlastnosti. Počtom protónov v jadre označujeme tzv. „protónové číslo (Z)“, ktoré určuje príslušnosť atómu k určitému chemickému prvku. Podľa „Z“ sú prvky zoradené do Mendelejevovej periodickej tabuľky. Počet neutrónov v jadrách toho istého prvku môže byť však odlišný. Súhrnným počtom protónov a neutrónov označujeme tzv. „nukleónové číslo (A)“. A rozdielom A−Z , čo je samozrejme počet neutrónov, označujeme tzv. „neutrónové číslo (N)“. Látka, ktorej atómy sú definované určitým protónovým a nukleónovým číslom, je nuklid. Pri rôznych počtoch neutrónov vznikajú izotopy.
Je to paradoxné, ale aj v dimenziách atómovej fyziky nachádzame podobenstvá z ľudskej spoločnosti. Medzi sebou poznáme „známosti, priateľstvá, kamarátstva, manželstvá“, až po „silné milenecké objatia“. Aj protóny a neutróny sú v jadre atómu viazané jadrovými silami, ktoré patria k tzv. „silným interakciám“ častíc. Jadrové sily sú veľmi účinné, ale majú však dosah iba na malé vzdialenosti: Polomer ich účinnosti nepresahuje 4×10−15 m. Polomer atómového jadra (R) je približne 1,2×10−15 m. Polomer jadra uránu je napríklad 7,4×10−15 m. Hustota atómových jadier je približne 1017 kg.m-3 nezávisle od veľkosti jadra. Hmotnosť jadra určuje celkovú hmotnosť atómu, pretože hmotnosť elektrónu je zanedbateľná.
Asi Vám tie čísla takto veľa nehovoria, a asi si to ani dobre neviete predstaviť, že? Je to asi príliš komplikované. Úplne to chápem a aj s Vami súhlasím. Porovnáme si to preto inak, ale bude to v približnej mierke:
Predstavte si že elektrónový obal atómu je taký veľký ako guľa vo veľkosti Slovenského Národného Divadla v Bratislave. A v jeho centre je pochopiteľne atómové jadro. A toto atómové jadro bude mať veľkosť ako jedno jediné maličké makové zrniečko! To je že? A to ešte nie je všetko. Uvedomte si ešte že medzi tým atómovým jadrom (makovým zrniečkom) a elektrónovým obalom (budovou národného divadla) nie je úplne, ale úplne zhola nič! A takto je postavený celý svet.
Vnímate tie súvislosti medzi vesmírom a atómom? Či už rozmerové, alebo aj hmotnostné. Je to skoro ako medzi slnkom ako jadrom slnečnej sústavy a planétami ako elektrónovým obalom. Pozoruhodné že?
Jadrovú energiu nevymyslel človek, je to dar Boží!
Či sa to niekomu páči, alebo nie, jadrová energia je tu s nami bez ohľadu či to chceme, alebo nie.
Človek jadrovú energiu iba objavil, a naučil sa (a stále sa ešte učí) chápať jej zákony, jej úžasné výhody (o mnohých z nich, ktoré sú pre ľudstvo až neoceniteľné a bežná verejnosť ani o nich stále dosť nevie, si povieme v budúcich článkoch), ale aj jej ohraničenia.
A asi by to pre ľudstvo nebol ten najrozumnejší krok, keďže ju má a aj pozná, keby sa ju nesnažil aj využívať.
