Zobrazení zdroje stránky Jaderná fyzika

{{K rozšíření}}
{{Infobox Vědní obor
| název = Jaderná fyzika
| obrázek = Stylized atom with three electron orbits and cell nucleus.svg
| popisek = Schematické znázornění [[atom]]u s jádrem a [[elektron]]ovým obalem.
| oblast = [[Fyzika]]
| předmět = [[Atomové jádro]], [[Jaderná reakce|jaderné reakce]] ([[Jaderné štěpení|štěpení]], [[Jaderná fúze|fúze]]), [[Radioaktivita]]
| významní vědci = [[Henri Becquerel]], [[Marie Curie-Skłodowská]], [[Pierre Curie]], [[Ernest Rutherford]], [[Niels Bohr]], [[Enrico Fermi]], [[Otto Hahn]]
| související obory = [[Částicová fyzika]], [[Astrofyzika]], [[Jaderná chemie]], [[Jaderné inženýrství]]
}}
'''Jaderná fyzika''' je odvětví [[fyzika|fyziky]], které se zabývá studiem [[atomové jádro|atomových jader]], jejich strukturou, vlastnostmi a přeměnami. Zkoumá interakce mezi částicemi v jádře, jako jsou [[proton]]y a [[neutron]]y, a procesy, při nichž se uvolňuje [[energie]], jako je [[jaderné štěpení]] a [[jaderná fúze]]. Aplikace jaderné fyziky jsou rozsáhlé a zahrnují [[jaderná energetika|jadernou energetiku]], [[nukleární medicína|nukleární medicínu]], [[radiokarbonová metoda datování|datovací metody]] a [[jaderná zbraň|jaderné zbraně]].

Zatímco [[atomová fyzika]] se soustředí na [[elektronový obal]] atomu a jeho chování, jaderná fyzika se zaměřuje přímo na jádro, které tvoří více než 99,9 % hmotnosti [[atom]]u, ačkoliv jeho průměr je přibližně 100 000krát menší.

== ⏳ Historie ==
Historie jaderné fyziky je relativně krátká, ale plná převratných objevů, které zásadně změnily chápání hmoty a energie.

* '''1896: Objev radioaktivity''' – Francouzský fyzik [[Henri Becquerel]] náhodou zjistil, že [[uran]]ové soli vyzařují neviditelné záření schopné projít černým papírem. Tento jev, později nazvaný [[radioaktivita|radioaktivitou]] [[Marie Curie-Skłodowská|Marií Curie-Skłodowskou]], byl prvním signálem, že atomy nejsou neměnné.
* '''1898: Objev polonia a radia''' – [[Marie Curie-Skłodowská]] a její manžel [[Pierre Curie]] izolovali ze [[smolinec|smolince]] dva nové, silně radioaktivní prvky, [[polonium]] a [[radium]], a položili základy pro studium radioaktivních látek.
* '''1911: Objev atomového jádra''' – [[Ernest Rutherford]] provedl slavný experiment s ostřelováním zlaté fólie [[alfa částice|částicemi alfa]]. Zjistil, že většina částic prošla fólií bez odchýlení, ale některé se odrazily, což ho vedlo k závěru, že téměř veškerá hmota a kladný náboj atomu jsou soustředěny v malém, hustém centru – [[atomové jádro|jádře]].
* '''1919: První umělá jaderná reakce''' – Rutherford uskutečnil první umělou přeměnu prvku, když ostřelováním [[dusík]]u částicemi alfa získal [[kyslík]].
* '''1932: Objev neutronu''' – [[James Chadwick]] experimentálně potvrdil existenci [[neutron]]u, neutrální částice v jádře, kterou teoreticky předpověděl Rutherford. Tento objev byl klíčový pro pochopení struktury jader a pro pozdější objevy.
* '''1934: Objev umělé radioaktivity''' – [[Irène Joliot-Curie]] a [[Frédéric Joliot-Curie]] objevili, že stabilní prvky lze uměle učinit radioaktivními jejich ostřelováním částicemi.
* '''1938: Objev jaderného štěpení''' – [[Otto Hahn]] a [[Fritz Strassmann]] v [[Německo|Německu]] objevili, že jádro [[uran]]u se po záchytu neutronu může rozštěpit na dvě menší jádra, přičemž se uvolní obrovské množství energie. [[Lise Meitnerová]] a [[Otto Frisch]] tento jev teoreticky vysvětlili.
* '''1942: První řízená řetězová reakce''' – Tým pod vedením [[Enrico Fermi|Enrica Fermiho]] v [[Chicago|Chicagu]] spustil první [[jaderný reaktor]] na světě (Chicago Pile-1) a uskutečnil první řízenou štěpnou řetězovou reakci. Tento úspěch otevřel cestu k využití [[jaderná energie|jaderné energie]].
* '''1945: Svržení atomových bomb''' – Vývoj v rámci [[Projekt Manhattan|projektu Manhattan]] vedl ke konstrukci prvních [[jaderná zbraň|jaderných zbraní]], které byly svrženy na [[Hirošima|Hirošimu]] a [[Nagasaki]].
* '''1954: První jaderná elektrárna''' – V [[Sovětský svaz|Sovětském svazu]] v [[Obninsk]]u byla spuštěna první [[jaderná elektrárna]], která dodávala elektřinu do veřejné sítě.

== ⚛️ Základní koncepty ==
=== Struktura atomového jádra ===
[[Atomové jádro]] je tvořeno dvěma typy částic, souhrnně nazývanými [[nukleon]]y:
* '''[[Proton]]y''': Částice s kladným [[elementární náboj|elementárním nábojem]]. Počet protonů v jádře (označovaný jako [[protonové číslo]] ''Z'') určuje, o jaký [[chemický prvek]] se jedná.
* '''[[Neutron]]y''': Částice bez elektrického náboje. Počet neutronů (''N'') může být u stejného prvku různý.

Celkový počet nukleonů v jádře se nazývá [[nukleonové číslo]] (''A''), přičemž platí A = Z + N. Atomy se stejným počtem protonů, ale různým počtem neutronů, se nazývají [[izotop]]y daného prvku. Například [[vodík]] má tři známé izotopy: protium (1 proton), [[deuterium]] (1 proton, 1 neutron) a [[tritium]] (1 proton, 2 neutrony).

Nukleony jsou v jádře drženy pohromadě [[silná interakce|silnou jadernou interakcí]], která je jednou ze čtyř [[základní interakce|základních interakcí]] a na krátké vzdálenosti (řádově 10⁻¹⁵ m) mnohonásobně překonává odpudivou elektrickou sílu mezi protony.

=== Jaderné reakce ===
Jaderné reakce jsou procesy, při kterých dochází ke změnám v atomových jádrech. Mezi nejdůležitější patří:

==== Jaderné štěpení ====
[[Jaderné štěpení]] je proces, při kterém se jádro těžkého prvku (např. [[uran-235]]) po záchytu neutronu rozpadne na dvě nebo více menších jader (štěpné trosky). Během tohoto procesu se uvolní značné množství [[energie]] a několik dalších neutronů, které mohou vyvolat štěpení dalších jader, čímž vzniká [[řetězová reakce]]. Tento princip je využíván v [[jaderný reaktor|jaderných reaktorech]] k výrobě [[elektřina|elektřiny]] a v [[jaderná zbraň|jaderných zbraních]].

==== Jaderná fúze ====
[[Jaderná fúze]] je opakem štěpení. Jedná se o slučování dvou lehkých jader (např. izotopů vodíku) za vzniku těžšího jádra. Tento proces uvolňuje ještě větší množství energie než štěpení a je zdrojem energie [[hvězda|hvězd]], včetně našeho [[Slunce]]. K překonání vzájemného elektrického odpuzování jader jsou nutné extrémně vysoké [[teplota|teploty]] a [[tlak]]y. Řízená jaderná fúze na [[Země|Zemi]] je předmětem intenzivního výzkumu (např. v projektu [[ITER]]) a je považována za potenciálně čistý a téměř nevyčerpatelný zdroj energie budoucnosti.

=== Radioaktivita ===
[[Radioaktivita]] je samovolná přeměna nestabilních atomových jader (radionuklidů) na jádra stabilnější, doprovázená emisí [[ionizující záření|ionizujícího záření]]. Existují tři hlavní druhy záření:

* '''[[Záření alfa]] (α)''': Proud [[alfa částice|částic alfa]], které jsou jádry [[helium|helia]] (dva protony a dva neutrony). Má malý dosah a lze ho zastavit listem papíru.
* '''[[Záření beta]] (β)''': Proud [[elektron]]ů (β⁻) nebo [[pozitron]]ů (β⁺) vznikajících při přeměně neutronu na proton nebo naopak. Je pronikavější než záření alfa.
* '''[[Záření gama]] (γ)''': Vysoce energetické [[elektromagnetické záření]] (proud [[foton]]ů), které často doprovází rozpady alfa a beta. Je nejpronikavější a k jeho odstínění jsou potřeba silné vrstvy materiálů jako [[olovo]] nebo [[beton]].

Rychlost radioaktivní přeměny se charakterizuje [[poločas přeměny|poločasem přeměny]] (T₁/₂), což je doba, za kterou se přemění polovina jader v daném vzorku.

== 💡 Využití v praxi ==
Poznatky jaderné fyziky nalezly uplatnění v mnoha oblastech lidské činnosti.

* '''[[Jaderná energetika]]''': Využívá řízené štěpné reakce k výrobě tepla, které se následně přeměňuje na [[elektřina|elektrickou energii]]. Jaderné elektrárny produkují velké množství energie s nízkými emisemi [[oxid uhličitý|oxidu uhličitého]], ale přinášejí výzvy v podobě [[radioaktivní odpad|nakládání s jaderným odpadem]] a zajištění bezpečnosti.
* '''[[Nukleární medicína]]''': Radioizotopy se používají pro diagnostiku (např. [[pozitronová emisní tomografie|PET]], [[scintigrafie]]) i terapii (léčba [[nádor]]ů ozařováním).
* '''Průmyslové aplikace''': Měření tloušťky materiálů, kontrola svárů (defektoskopie), sterilizace lékařských nástrojů a potravin.
* '''[[Radiokarbonová metoda datování|Archeologie a geologie]]''': Metody jako [[radiokarbonová metoda datování]] (využívající rozpad [[uhlík-14|uhlíku-14]]) umožňují určit stáří organických materiálů až na desítky tisíc let.
* '''[[Jaderná zbraň|Vojenské využití]]''': Neřízená řetězová reakce štěpení nebo fúze je základem [[jaderná zbraň|jaderných a termonukleárních zbraní]].

== 🔬 Současný výzkum a budoucnost ==
Jaderná fyzika je stále dynamicky se rozvíjejícím oborem. Mezi hlavní směry současného výzkumu patří:

* '''[[Jaderná fúze]]''': Mezinárodní projekt [[ITER]] ve [[Francie|Francii]] má za cíl demonstrovat vědeckou a technologickou proveditelnost fúzní energetiky. Podle harmonogramu z července 2024 se posouvá získání prvního plazmatu na rok 2033 a plný provoz na rok 2038. Výzkum probíhá i v [[Česko|České republice]], kde se na tokamacích Golem a COMPASS zkoumají klíčové aspekty fúzních reaktorů. V roce 2025 ohlásily některé soukromé společnosti, jako německá Proxima Fusion, plány na vývoj komerčních fúzních reaktorů do deseti let, což přitahuje značné investice.
* '''Fyzika exotických jader''': Studium jader s extrémním poměrem protonů a neutronů, která se v přírodě běžně nevyskytují. Tento výzkum pomáhá lépe porozumět jaderným silám a procesům ve [[hvězda|hvězdách]].
* '''Částicová fyzika a Standardní model''': Experimenty na velkých urychlovačích, jako je [[Large Hadron Collider]] (LHC) v [[CERN]], zkoumají základní stavební kameny hmoty ([[kvark]]y, [[lepton]]y) a jejich interakce, čímž se jaderná fyzika prolíná s [[částicová fyzika|částicovou fyzikou]]. Objevují se nové částice, jako byl v roce 2015 potvrzen [[pentakvark]].
* '''Nové generace jaderných reaktorů''': Vývoj pokročilých štěpných reaktorů (IV. generace), včetně malých modulárních reaktorů (SMR) a reaktorů využívajících [[thorium]], slibuje vyšší bezpečnost, efektivitu a menší produkci odpadu. V [[Čína|Číně]] byl v listopadu 2025 úspěšně zprovozněn experimentální reaktor na bázi roztavených solí využívající thorium.
* '''Jaderná astrofyzika''': Zkoumání role jaderných reakcí ve vesmíru, například při vzniku prvků ve hvězdách ([[nukleosyntéza]]) a při explozích [[supernova|supernov]].
* '''Aplikovaný výzkum''': V [[Česko|České republice]] se [[Ústav jaderné fyziky AV ČR]] v Řeži podílí na mezinárodních projektech a výzkumu v oblastech jako je radiouhlíkové datování, materiálový výzkum pro baterie nebo vývoj multifunkčních membrán pro ochranu životního prostředí.

Očekává se, že do roku 2025 budou vědci díky novým detektorům geoneutrin schopni přesněji určit množství radioaktivních prvků v zemském jádře, které přispívají k vnitřnímu teplu planety. Globální poptávka po nízkoemisní energii vede k renesanci zájmu o jadernou energetiku, přičemž se předpokládá, že celosvětová výroba elektřiny z jádra dosáhne v roce 2025 nových maxim.

== 👶 Pro laiky ==
Představte si [[atomové jádro]] jako extrémně hustou a pevně svázanou kuličku složenou z menších kuliček – [[proton]]ů a [[neutron]]ů. Tyto menší kuličky drží pohromadě neuvěřitelně silné "lepidlo", kterému říkáme [[silná interakce|silná jaderná síla]].

V jaderné fyzice děláme v podstatě dvě věci:
1.  '''Štěpení (rozbíjení)''': Vezmeme velkou, těžkou a trochu nestabilní kuličku (jako [[uran]]) a "šťouchneme" do ní malou neutrální kuličkou (neutronem). Velká kulička se rozletí na dva menší kusy. Při tomto rozbití se uvolní obrovské množství energie (jako když praskne napnutá gumička) a další neutrony, které mohou rozbít další kuličky. To je princip [[jaderná elektrárna|jaderné elektrárny]].
2.  '''Fúze (slučování)''': Vezmeme dvě velmi malé a lehké kuličky (jako izotopy [[vodík]]u) a obrovskou silou je stlačíme k sobě, až se spojí v jednu větší. I při tomto procesu se uvolní energie, dokonce ještě více než při štěpení. Takto funguje naše [[Slunce]].

[[Radioaktivita]] je pak situace, kdy je nějaká kulička-jádro nestabilní a sama od sebe se po čase "rozpadne" a vystřelí ze sebe malou částici nebo záblesk energie, aby se stala stabilnější.

== Zdroje ==
[https://www.wikiskripta.eu/w/Atomov%C3%A9_j%C3%A1dro WikiSkripta]
[https://www.doučuji.eu/fyzika/jaderna-fuze-zdroj-ciste-energie Doučuji.eu]
[https://www.wikiskripta.eu/w/Jadern%C3%A9_reakce WikiSkripta]
[http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/1138-radioaktivita MEF - Encyklopedie fyziky]
[https://mindthegraph.com/blog/cs/jaderna-fuze-srozumitelny-uvod/ Mind the Graph]
[https://www.osel.cz/9595-soucasny-stav-a-budoucnost-jaderne-energetiky.html OSEL.CZ]
[https://is.muni.cz/el/ped/jaro2007/PCH011/3_2_Atom_a_jeho_stavba.pdf IS MUNI]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/Radioaktivita Wikipedie]
[https://a2larm.cz/2023/05/ceka-jadernou-energii-zarna-budoucnost-v-co-muzeme-doufat-a-ceho-bychom-se-meli-obavat/ Deník Alarm]
[https://hrot24.cz/clanek/jaderna-energie-na-vzestupu-je-to-nase-budoucnost-predpovidaji-experti Hrot24.cz]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/Jadern%C3%A1_fyzika Wikipedie]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/Jadern%C3%A1_f%C3%BAze Wikipedie]
[https://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k23.htm ČEZ]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/Atomov%C3%A9_j%C3%A1dro Wikipedie]
[https://www.pf.jcu.cz/stru/katedry/fyzika/prof/Tesar/dipl_prace/Haskova/atom_jadr.htm Pedagogická fakulta Jihočeské univerzity]
[https://www.skoda-js.cz/o-spolecnosti/jaderna-energetika-je-i-do-budoucna-celosvetove-stabilnim-zdrojem-vyroby-elektriny-1-2-1-318.html ŠKODA JS a.s.]
[https://www.radioaktivita.cz/ Radioaktivita.cz]
[https://www.enviweb.cz/85213 EnviWeb.cz]
[https://archiv.hn.cz/c1-67200420-jaderna-energie-ve-svete-budoucnost-nebo-minulost Hospodářské noviny]
[https://www.wikiskripta.eu/w/Radioaktivita WikiSkripta]
[https://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k21.htm ČEZ]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/Walther_Gerlach Wikipedie]
[https://fyz-kab.cz/fyzici Fyzikální kabinet FyzKAB]
[https://www.elektrina.cz/ernest-rutherford-zakladatel-jaderne-fyziky Elektrina.cz]
[https://www.zsdobrichovice.cz/programy/chemie/vyukove-materialy/9-rocnik/radioaktivita/prezentace.pdf ZŠ Dobřichovice]
[http://astronuklfyzika.cz/JadernaFyzika4.htm AstroNuklFyzika]
[https://www.epochtimes.cz/2025/07/09/jaderna-fuze-pokrocily-vyzkum-probiha-i-v-cesku-pracuje-na-nem-stovka-odborniku/ Epoch Times]
[https://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k2.htm ČEZ]
[https://www.ujf.cas.cz/~wagner/prednasky/JadFy/JadFy.pdf ČVUT]
[https://projekty.fs.vsb.cz/525/publikace/ATOMOVA_JADERNA_FYZIKA.pdf VŠB]
[https://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/hist/txt_jader.html Ped.muni.cz]
[https://www.seznamzpravy.cz/clanek/ekonomika-firmy-evropa-ma-noveho-jaderneho-sampiona-chce-vyrobit-hvezdu-253634 Seznam Zprávy]
[https://www.ujf.cas.cz/cs/novinky/ Ústav jaderné fyziky AV ČR]
[https://www.youtube.com/watch?v=kYg6a_y9h-o YouTube]
[https://www.allforpower.cz/wp-content/uploads/2025/10/Specialni-cislo-2025-web.pdf All for Power]
[https://www.seznamzpravy.cz/clanek/tech-technologie-veda-cina-experimentuje-s-thoriovymi-reaktory-bude-to-energeticka-revoluce-262492 Seznam Zprávy]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/Jadern%C3%A1_energie Wikipedie]
[https://www.cez.cz/edee/content/file/vzdelavani/pro-pedagogy/jaderna_fyzika.pdf ČEZ]
[https://cs.wikipedia.org/wiki/ITER Wikipedie]
[https://zpravy.aktualne.cz/zahranici/cern-ma-novy-objev-pentakvark/r~c24c703e2a5f11e5b02b002590604f2e/ Aktuálně.cz]
[https://oenergetice.cz/vyzkum/vedci-predpokladaji-ze-do-roku-2025-budou-schopni-urcit-mnozstvi-zemskeho-paliva oEnergetice.cz]
[https://ct24.ceskatelevize.cz/clanek/veda/fuzni-reaktor-iter-ma-otestovat-jak-ochocit-silu-slunce-je-to-projekt-celeho-lidstva-rika-jeho-349666 ČT24]

{{DEFAULTSORT:Jaderná fyzika}}
[[Kategorie:Fyzika]]
[[Kategorie:Jaderná energetika]]
[[Kategorie:Vytvořeno Gemini]]