Srážky a jaderná bezpečnost

Ukážeme si, že naše jednoduché závěry z klasicky mechanického jevu srážek souvisejí i s tak složitým oborem fyziky, jakým je jaderná fyzika.

Při srážení stejně těžkých kuliček na rázostroji jsme pozorovali, že jedna kulička druhé předává celou svoji energii. Necháme-li však narazit jednu kuličku do druhé stojící kuličky o jiné hmotnosti, vidíme, že se po srážce pohybují obě. To znamená, že první kulička nepředala druhé celou svoji kinetickou energii.  

? Jaké množství energie předá jedna kulička druhé?

m₁,  m₂ jsou hmotnosti kuliček, v₁ je rychlost první kuličky před srážkou. Rychlost druhé kuličky po srážce w₂  zjistíme dosazením nulové rychlosti druhé kuličky

do vztahu (8). 

Účinnost předání kinetické energie od letící kuličky k nehybné je tedy po dosazení do (13) dána vztahem:

Dosadíme-li do vztahu (14) stejné hmotnosti srážejících se těles

,         

vyjde účinnost předání energie rovna jedné – tedy 100%, jak jsme předpokládali.

Ve jmenovateli vztahu (14) můžeme v tomto případě zanedbat hmotnost m₂ vůči m₁ a po vykrácení m₁ dostáváme pro účinnost výraz

,       

který se blíží k nule. 

Účinnost předání kinetické energie od těžkého letícího tělesa k mnohem lehčímu stojícímu tělesu při jejich pružné srážce se tedy bude blížit nule. To znamená, že většina energie zůstane těžšímu tělesu.

         Stejně zjistíme, že i při srážce lehkého pohybujícího se tělesa s mnohem těžším stojícím tělesem se účinnost předání energie blíží nule.

Při jaderných reakcích v jaderných elektrárnách vzniká mimo jiné radioaktivní záření tvořené rychle se pohybujícími neutrony s vysokou energií. Pokud chceme toto nebezpečné záření odstínit, nemůžeme k tomu použít například olověnou desku, které se používá jako ochrana před jiným typem radioaktivního záření – takzvaného c(gama) záření tvořeného proudem vysoce energetických fotonů.

        Neutrony, které si pro tento případ můžeme hodně zjednodušeně představit jako hmotné kuličky, by totiž při svých srážkách s mnohem těžšími atomy olova ztrácely pouze nepatrné množství energie, jak jsme si před chvílí ukázali, takže by prolétaly olověnou deskou jen málo zpomaleny.

Pokus: Popsanou situaci si můžeme přiblížit jednoduchým pokusem. Na stole rozmístíme blízko sebe několik těžkých míčků (např. pružných gumových míčků – „hopíků“ nebo velkých ocelových kuliček z ložiska), představujících atomy olova, a cvrnkneme mezi ně lehký pingpongový míček, představující neutron.

Vidíme, že se míček odráží od těžkých kuliček a jeho rychlost jen pomalu klesá.

         Použijeme-li místo těžkých kuliček jiné pingpongové míčky, „neutron“ , který do nich naráží jim v tomto případě předává větší množství energie a velmi rychle se brzdí.

Na obsah