Bum! Malé fyzikální okénko
Manhattan druhou řadou odpálil naše mozky do stratosféry ještě více než tou první. Brilantní dialogy a příběhy postav zakomponované do jedné z nejznámějších událostí dějin na pozadí vědeckých termínů a pouček. Ty vám nyní přiblížíme trochu netradičním způsobem. Fyzika nikdy nebyla tak zábavná!
Ahoj, jsem Zero a byl jsem nalákán příslibem bábovky, abych napsal článek, který bude popisovat základní principy atomových bomb tak, aby to pochopila i vaše babička, je-li stále ještě naživu. Úvodem bych jen chtěl říct, že článek bude dělen podle náročnosti čtenáře. To, co nebude v závorce, pochopí všichni s alespoň dvěma pracujícími mozkovými buňkami. V závorkách budou poznámky pro ty, kteří chodili aspoň na střední školu, a v závorkách s hvězdičkami pak ještě o něco složitější věci, odstupňované počtem hvězdiček. Skvělé na tom je, že můžete závorky přeskakovat, aniž byste ztratili kontext, takže jestli vám to přijde náročné/nudné/moc dlouhé, nebojte se a přeskočte si dál. Hlavní je, abychom se všichni trochu pobavili a možná i zjistili pár nových věcí.
Prásk!
Už jako malé holky a kluky nás všechny bavilo rozbíjet věci, maminčinu vázu, zrcadlo, no, a někomu to zůstalo až do dospělosti a pobírá za to plat, jenom hračky se staly daleko rafinovanějšími. A na čím menší kusy se vám povedlo věci rozbít, tím lepší, dokonce jste za to dostali i Nobelovu cenu. A tím se dostáváme k dnešnímu tématu: rozbíjení atomů.
Základem dějů kolem nás jsou chemické reakce, nemyslím tím tentokrát to, že slijeme dvě tekutiny k sobě, ale spíš hoření. Hoření je jednou ze základních chemických reakcí a její výhodou je, že uvolňuje velké množství energie ve formě tepla.
Celé to funguje tak, že něco zapálíme a ono to uvolní teplo, tedy energii. (Jde o oxidaci většinou na oxidy uhlíku u organické hmoty, která je z velké části tvořena uhlíkem).
Většina práce probíhala před tabulemi.
Když ale chceme získat energie víc, musíme podrobněji porozumět složení atomů a hledat energii jinde. Kupříkladu v jádrech atomů. Začneme rychlým vysvětlením, jak takový atom vypadá – skládá se z jádra a elektronového obalu. V jádře jsou kladně nabité částice – protony – a částice bez náboje – neutrony. * (Patří mezi částice nazývané hadrony a jsou složené z kvarků a gluonů.) A v elektronovém obalu jsou, světe div se, elektrony, které jsou nabité záporně. Nás ale bude zajímat jádro. (Chemicky se složení jádra zapisuje pomocí nukleonového čísla, A, a neutronového čísla, Z, která nám říkají: A – kolik je celkem částic v jádře; Z – kolik z nich jsou protony. Zapisuje se to pak celé ve tvaru AZX. Takže když někde uvidíte napsáno 23592U, budete vědět, že jde o uran, který má 92 protonů a 235–92 rovná se 143 neutronů. Těžko říct, proč nás nutěj odčítat a nenapíšou tam těch 143 rovnou, že?)
Rozměry jádra jsou řádově 10-15 metru. A teď si představte, že se snažíte narvat do takhle malého místa spoustu kladného náboje. Bude to fungovat jako magnety, stejné náboje se odpuzují. Kdybychom se o něco takového pokoušeli s magnety, rozletí se jak Nečasova vláda. Musí tam pracovat jiné než normální síly, které můžeme vidět v makro měřítku. Je to takzvaná silná síla, a ne, se Star Wars to nemá nic společného, midichloriany ještě nikdo nenašel. A tady máme tu energii, kterou jsme hledali. Od hoření do jádra atomu.
S plutoniem si užil své Fritz.
Další problém je, jak ji uvolnit. S ohněm to příroda zvládla sama pomocí blesků mlátících do stromů a ani tady nezklamala. Některá jádra prvků, která existují v přírodě, jsou moc velká a časem se samovolně rozpadají. Jenom jsme si toho všimli o pár set tisíc let později, protože nám v pravěku neběhaly radioaktivní izotopy do jeskyní zapalovat ohně. (Je to proto, že silná interakce v jádru má velmi malý dosah a když je jádro moc velké, dostávají se jeho okraje z dosahu této síly.)
Rozpadem jader se neuvolňuje jenom energie ve formě tepla, ale i různé další typy záření a částic, díky nimž pak může reakce pokračovat. Je to vše způsobeno tím, že atom musí zůstat elektricky neutrální, takže když ustřelím kus jádra, musí se zbavit i kusu el. obalu – velmi zjednodušeně. * (Záření alfa je proud jader helia, beta odpovídá proudu pozitronů či elektronů a gama je proudem fotonů. Při radioaktivních přeměnách některých uměle vyrobených prvků vznikají i proudy neutronů a protonů.) A nás zde bude samozřejmě zajímat řetězová štěpná reakce.
Testování teorií a probírání nápadů a jejich zavrhování bylo denním chlebem.
Nejsnadněji lze atomy štěpit proudem tepelných neutronů. Problém je, že tak lze štěpit jen některé atomy. Většina z nich má tendence neutrony drze pojídat bez rozštěpení. ** (Následuje pružný či nepružný rozptyl neutronu v jádře, kde pak u nepružného následuje emise fotonu.)
Štěpitelné atomy pro nás použitelné, které se samovolně nerozpadnou tak rychle, abychom je dřív nestihli násilím rozpadnout my sami, jsou uran a plutonium. (Podmínkami pro štěpitelné atomy jsou protonové číslo mezi 90–100 a počet neutronů, který je o 43–45 větší než počet protonů. Odpovídá tomu celkem 13 prvků, ale v přírodě pouze uran a plutonium, a to v izotopech 233U, 235U, 239Pu, 241Pu – izotopy se liší počty neutronů, počty protonů jsou stejné.) Reakce probíhá tak, že neutrony, které mají určitou energii (tepelné 0,005–0,5 elektronvoltu), pumpujeme do hmoty, kde máme uran či plutonium. Většina neutronů se do jádra netrefí, protože je příliš malé, takže je to taková vědecká obdoba toho, když hluchý mlátí do vrat. Ale sem tam se stane, že neutron trefí jádro, a to se rozštěpí na dva menší prvky a 2–3 neutrony, které se dále snaží trefit další jádra a pokračovat v reakci.
Když tedy nějakým způsobem nechytáme tyhle další neutrony, tak nám reakce sama začne běžet rychleji a rychleji, a dojde k neřízené štěpné reakci a k atomovému výbuchu. No, a jsme doma – doufejme, že ne v oblasti postižené výbuchem. (Neutrony, které nám produkuje rozpadající se uran, jsou rychlejší, tedy mají větší energii, než potřebujeme, což nám zmenšuje šanci, že se trefí tam, kam chceme, zpomalují se srážkami s různými moderátory – chemickými, ne Rayem a Luckou z TV Noha.) * (No a pomocí dalších moderátorů – jádra boru apod. – můžeme úplně pohlcovat vyzářené neutrony, a tím reakci řídit, k čemuž dochází v jaderných elektrárnách. Problém je, když se vám zaseknou moderátorové tyče, a vy pak máte celé okolí černobíle černobylské.)
Před prvním zasouváním moderátorových tyčí.
Tak a teoreticky máme hotovo. Až na to, že nechceme, aby nám vybouchla laboratoř, ale abychom měli zařízení, kde můžeme na dálku – co největší dálku – spustit neřízenou štěpnou řetězovou reakci a konečně sousedům odpravit toho otravného psa, co nám kadí na zahrádku.
Teoreticky to lze zařídit celkem jednoduše, námi použité radioaktivní látky se rozpadají samy, takže když jich dáme hodně na jedno místo, časem vyprodukují samy dost neutronů a odpálí se. Ale Japonci by si určitě nevšimli, kdyby jim tam strejda Sam po kouskách navážel uran, aby nashromáždil kritické množství. (Problém je, že to množství je hodně velké, lze ho zmenšit tím, že budeme používat čistší materiál, kterému stačí ke štěpení pomalými neutrony, tvar materiálu, kde ideální je koule – nejlíp se do nich trefuje – no a poslední největší problém, náš materiál se sám rozpadá, takže ho potřebujeme co možná nejvíc čerstvý, protože jinak se nám sám časem znehodnotí. Tohle vše a spoustu dalších problémů řeší vědci v seriálu Manhattan, po přečtení článku by vám to tedy mohlo dávat větší smysl.)
Tak a konečně se dostáváme ke konstrukci celého zařízení. Nejdřív vezmeme implozní pumu. Do středu dáme odděleně od sebe kritické množství plutonia. To pak výbuchem klasické trhaviny stlačíme k sobě a může nám začít řetězová reakce. (Dalšími výbuchy to stále udržujeme u sebe, protože jinak by nám část plutonia vybouchla a zbytek, nespálený řetězovou rekcí, by se rozletěl, a neudělalo by to tak velkou řachu. Plášť bomby je dál vytvořen z materiálů (beryllia), který odráží neutrony zpět dovnitř, je tedy větší šance, že zasáhnou jádra, protože jich tam bude víc.)
Řetězová reakce pak začne sílit, vyzařovat další a další neutrony, a tím štěpit víc a víc materiálu, až celé zařízení vyletí do vzduchu ve tvaru snu všech nadšených houbařů. Implozní se nazývá proto, že imploze je opak exploze, česky vbuch a výbuch. Tím, že zde stlačujeme explozivní materiál do sebe, místo abychom ho nechali samovolně vybuchovat, dochází k implozi.
Při práci je třeba dávat pozor, abyste pak nezářili do dálky.
Druhý typ bomby, takzvaný explozní, je o dost jednodušší. Jde o dvě podkritické masy uranu, které jsou výbuchem konvenční trhaviny mrštěny proti sobě, a dohromady vytvoří kritické množství. (Nevýhody oproti implozi jsou, že je potřeba čistší materiál a ve větším množství, protože tam nedochází k dalším výbuchům, které by nám materiál držely pohromadě, a tedy hrozí, že nám začínající řetězová rekce rozmetá zbytek nespáleného paliva.)
No, a tím máme teorii z krku a můžeme jít vesele shazovat (povánoční kila, samozřejmě). Jestli jste dočetli až sem, tak bych poprosil o jediné hodnocení, stál článek za bábovku? Pokud totiž ano, mohl bych se teoreticky v budoucnu vrátit s dalšími nudnými články třeba o zdravotních důsledcích ozáření, vývoji bomb jako takovém – technicky pojato – nebo o čemkoli dalším, co by vás zajímalo, umíte-li péct.
Váš Zero.
Zdroj: WGN
Trailer ke druhé řadě
Manhattan zrušen
Manhattan se třetí řady nedočká
Diváky i kritiky vysoce ceněný Manhattan už s třetí řadou nepřijde. Televize WGN America dnes oznámila, že se po pečlivém zvážení rozhodla Manhattan pro další sezónu neobnovit. I přes úžasné a ceněné originální drama byla sledovanost velkým zklamáním, a tak se prokračování příběhu nedočkáme.
Reklama
Motivační plakáty
Nejlepší epizody
Momentky
Nejoblíbenější postavy
Hlídejte si nás
Napište nám
Našli jste chybu ve vysílání? Nemůžete se dopídit českých titulků? Chtěli byste se o tento seriál starat? Napište nám!
Diskuze /21
Tak to je hodně vyčerpávající článek a určitě stojí za několik bábovek. Díky za pobavení a těším se na další zajímavé téma. :)
Jako mít tě za učitele, tak bych tu fyziku měla i ráda :) Skvělý a jedna bábovka už se peče :)
Parádní článek, dost toho vysvětlil a hlavně hodně pobavil, výborné hlášky a humor :) Další články bych určitě přečetl. Je škoda, že učitelé co jsem měl nás nechali jen počítat vzorečky, u kterých jsem ani nevěděl co počítám..
Když tak koukám na reakce (za které velmi děkuji), můžete mi začít navrhovat, co dalšího by vás všechny zajímalo, protože dalším článkům se asi nevyhnu :D
#5 Lucifrid#4 Zero: Tahání čerta za ocas :) Respektive vysvětlivky ke každýmu dílu :D Až teda tu druhou řadu zkoukneš komplet :)
Kdyby mě někdo učil fyziku takhle, tak kdoví, čemu se teď věnuju, protože je to jak pochopitelný, tak neskutečně čtivě a vtipně napsaný. Tak já se jdu teda naučit pejct tu bábovku, no.
Prej stal clanek za babovku? Za 10 babovek!
Pěknej článek ! Dělal sis nějakou rešerši, než jsi to začal psát ? Nebo žeby jaderka ?
Dík, rešerši jsem si nedělal, jenom jsem si před psaním chvíli sedl a rozmyslel si, co bych tak chtěl všechno napsat, tak, aby to mělo souvislosti a nějakej smysluplnej začátek a konec, promyslel předem dva tři vtipy. Studuju nanotechnologie na TUL v Liberci :)
#10 ThereSSa7 #16 LuAn#9 Zero: Hodně dobrý článek! :) Dost mi to pomohlo pár věci pochopit :) Taky studuji na TULce v Liberci :D
Btw sem jsem se dostal úplnou náhodou (tupé refreshování edny), stojí za to tento seroš ? Není to sice úplně můj šálek kávy (shield, flash fangay), ale zase mám docela rád jadernou a kvantovou fyziku a podobné kraviny..
Hele, zkus první díl nebo dva a uvidíš :) Já to mám celkem rád, protože to má inteligentní děj, suprový zvraty a rozumný postavy, který se vyvíjejí s časem.
Článek rozhodně stál za spoustu bábovek, ale budu muset nechat na jiných, aby ti je upekli ;) Jinak něco málo jsem si pamatoval ze středoškolské a později vysokoškolské fyziky, ale připomenutí a rozšíření určitě stálo za to. No a hlavně to tady bylo mnohem lépe podáno než v hodinách a na přednáškách :) Díky moc
ISIS Approved! Cookie on the way confirmed!
Výborný článek, po delší době mi zase pomohl dát dohromady ty střípky, co mi o jádrech kolují v hlavě :D Rád uvítám další témata, zábavných článků o vědě není nikdy dost :) Btw, Manhattan rozhodně doporučuju, výborné drama ;)
#9 Zero: Víš, co? Budu muset upéct něco jiného než bábovku, protože jinak jí evidentně budeš naprosto přejedený :D Článek fakt super! Díky, trochu jsem to pochytila
Pěknej článek :D Budeš tlustej :D
Pěkně napsáno, jen drobná korekce, zaměnil si štěpný a štepitelný. štěpný materiál lze štěpit pomalými neutrony, stěpitelný lze štěpit pouze rychlými neutrony. Štěpitelný je třeba 238U :)
Skvělý článek. Jde vidět, že fyzika může být i zajímavá, užij si bábovky!
naprosto skvělý !! i fyzika se dá evidentně popsat vtipně a nenásilně ;-) další články podobného ražení bych samozřejmě uvítal a je škoda, že něco podobného nebylo jako doprovod jednotlivých dílů už od začátku… viz zmínka o tahání čertova ocasu…
Bábovku bohužel neumím, tak jen spousty pochval ;)… Ale přimlouvám se za „Tahání čerta za ocas“, nad tím sem bádal u wiki a nějak mi to ne a ne sepnout… A pak bych prosil něco o vodíkové bombě, trochu podrobněji než „Vodíková bomba má za roznětku bombu atomovou a je daleko silnější“ 8)