Morgunblaðið - 06.10.1955, Blaðsíða 1

Morgunblaðið - 06.10.1955, Blaðsíða 1
Jfllor^MttlWid Fimmtudagur 6. október 1955 Kjarnorka getur losnað úr lædingi bæði v/ð klofnun og samruna kjarnanna I 1. GREIN Magnúsar Magnússonar um kjarnorku- fræði var einkum sagt frá alþjóða kjarnorku-ráðstefn- unni í Genf og frá því hvaða þýðingu kjarnorkan hefur sem ný orkulind. Hér hefst skýring á grundvallaratriðum kjarnorkuvísindanna. Kjarnakraftar og önnur undirstöðuatriði kjarnorku<- vísindanna sk íUónnuj kjarnar T Ó M má hugsa sér sem ör- L smá áólkérfi. í miðju er kjarninn • og kringum sveima elektrónur eins og reiki- stjörnur kringum sólina. Þver- mál atómsins, þ. e. brauta elek- trónanna, er um hundrað mill- jonasti hluti úr sentimeter, Isótópar nevtrónu. Kjarninn mundi því splundrast, ef ekki væru aðrir kraftar. - Þeir kraltar, sem halda kjarnanum saman, kjarnakraft- arnir eru . frábrugðnir rafkröft- um. Kjarnakraftarnir milli pró- kjarninn er um einn billjónasti úr sentimeter í þvermál og elek- trónan svipuð (ein billjón er milljón milljónir). Langmest af massa (eða þunga) atómsins felst í kjarnanum, þar sem elektrón- urnar hafa um tvö þúsund sinn- um minni massa en léttasti kjarn inn. Kjarnorka byggist á breyt- ingum, sem verða á kjarnanum, svo að við skulum líta nánar á hann. Kjarninn er samsettur úr .Efnafræðilegif eiginleikar át- óma fara eftir fjölda prótónanna í kjarnanum, þ. e. hleðslu kjarn- ans eða atómtölu. Tveir eða fleiri harm ' kjarnar geta haft sama f jölda tona °S prótóna, prótóna og nev- 'prótóna, en mismunandi fjölda tróná, nevtróna og nevtróna eru nevtróna. Atóm með slíka kjarna allir aðdráttarkraftar og nærri hafa sömu efnafræðilega en mis- jaínstórir. Rafkraftar milli hlað- munandi eðlisfræðilega eigin-'inna agna minnka með vaxandi leika, t. d. massa eða þunga. í>au fjarlægð milli agnanna, en til- eru nefnd isótópar. Af vetni eru tölulega hægt. Hins vegar til 3 ísótópar, venjulegt vetni minnka kjarnakraftarnir milli með einni prótónu og engri nev- kjarnaagnanna mjög ört með trónu, svokallað þungt vetni með einni prótónu og einni nevtrónu, þ. e. tvisvar sinnum þyngra en venjulegt vetni, og þríþungt vetni með einni prótónu og tveim nevtrónum. Algengasti úraníumísótóp- urinn hefur 92 prótónur og 146 nevtrónur, en sá ísótópur af úraníum, sem mesta þýðingu hef- ur í kjarnorku hefur 92 prótónur og 143 nevtrónur. ísótópar eru aðgreindir með því að gefa I massatölu kjarnans, þ. e. saman- ' lagðan fjölda agnanna (prótóna í kjarnanum, tvenns konar ögnum, prótónum geJf ar og nevtrónum. Þær hafa hver j Aliageislarnn um sig nærri sama massa, sem ! k^ai ' ,ar> P- er um 2000 sinnum meiri massi eletrónunnar. og og nevtróna) t. d. úrar og U-235. Kjarnageislun (radioacticity) Margir kjarnar senda frá sér geisla, sem geta verið þrenns konar, alfa-, beta- og gamma- vaxandi fjarlægð, svo að agnirn- ar verða nærri því að snertast til að þeir hafi áhrif. Kjarneklafnn Þessi litli úraníum-teningur getur gefið eins mikla orku og et 1500 smálestum af kolum væri brennt. cg Kjarnasammm (fission og fusion) eru helium e. agnir settar ,.,, saman úr tveim prótónum og I tveim nevtrónum, og hafa því PrótónaT'héfu7'pósitífa raf-! massatöluna 4 og hleðsluna + 2 hleðslu, en nevtrónan hefur,eða atomtoluna 2. enga hleðslu. Elektrónan hefur | B«":1'-"'' hins vegar negatífa rafhleðslu.'l . pósi , tífa hleðslu og elektrónan hefur fengeisiar negatífa. Það hleðslumagn er tekið sem eining, svo að prótón- an hefur hleðsluna + 1 og elek- og eru elektrón- gammageislarnir eru Prótónan hefur jafnmMa pósi- rafsegulbylgjur eins og Rönt- sterkari. Ef en trónan hleðsluna -j- 1. Massahlutföll Hleðsla Elektróna 1 -=- 1 Prótóna 2000 + 1 Nevtróna 2000 0 Einfaldasti og léttasti kjarn- inn er vetniskjarninn, en hann er kjarni í annan með sömu massa- bara ein prótóna. Vetnisatómið tölu, en atómtalan lækkar um er svo sett saman úr vetniskjarna einn. Við gammageislun breytist og einni elektrónu, sem sveimar kjarni ekki í annan, en gefur frá í kringum hann. í súrefniskjarn- I ser 0rku. Margir ísótópar eru anum eru 8 prótónur og 8 nev- hverfulir, þ. e. senda frá sér trónur, 16 agnir í allt, svo að geisla og geta þá breytzt í ísótópa hann er um 16 sinnum þyngri en vetniskjarninn. Þar sem prótón- urnar eru 8, hefur hann hleðsl- una + 8. Þegar 8 elektrónur eru komnar kringum kjarnann er komið súrefnisatóm. Úraníum- atómið hefur kjarna með 146 nevtrónum, 92 prótónum og þá hleðsluna + 92. Kringum þann kjarna eru svo 92 elektrónur. Samanlagður fjöldi agnanna, sem í kjarna eru, er kallaður massatala hans, og hieðslan er kölluð atómtala. Vetni hefur massatöluna 1 og atómtöluna 1, súrefni massatöluna 16 ogatóm- töluna 8,0 og úraníum massatöl- una 238 og atómtöluna 92. Kjarnakröftunum svipar til krafta þeirra, sem halda vökva saman, nema eru miklu sterkari. Það má því líta á kjarnann sem dropa af „kjarnavökva", sem haldið er saman af yfirborðs- spennu. Þéttleiki þess kjarna- vökva er geysilegur, um 240 billj- ón grömm í rúmsentimeter, og yfirborðsspennan er samsvar- andi. Vegna yfirborðsspennunnar leitast vökvi alltaf við að hafa sem minnzt yfirborð. Yfirborðs- orkan, sem er í hlutfalli við yfir- borðið, verður þá minnst, en í náttúrunni stefnir allt að því að komast í eins lágt orkustig og mögulegt er. Þess vegna detta hlutir niður á jörðina, því að þar hafa þeir minni orku. Þann- ig tekur dropi á sig kúlulögun, þegar engir ytri kraftar verka á hann, vegna þess að kúla hefur minnst yfirborð fyrir ákveðið rúmmál. Ef tveir jafnstórir drop- ar snertast, renna þeir saman í einn, því að yfirborð dropans er um 20% minna en samanlagt yf- irborð dropanna tveggja, og því yfirborðsorkan 20% minni. Við þennan samruna losnar því mjög mikil orka, og á honum byggist vetnissprengjan. Ef ekki væri aðrir kraftar en kjarnakraftarnir, rynnu allir kjarnar saman. Þar sem kjarnarn ir eru hlaðnir pósitífu rafmagni vegna prótónanna, semíþeimeru, hrinda þeir hvor öðrum frá sér, og mikla orku þarf til að koma tveim kjörnum svo nálægt hvor öðrum, að kjarnakraftarnir fari að verka milli kjarnanna og kjarnarnir renni saman. Við venjulegt' hitastig er hreyfiorka k.iarnanna vegna hitahreyfing- arinnar alltof lítil, og fyrst við nokkur hundruð þúsunda gráðu hitastig á Celsíus er hitaorkan nægileg til að ssmruni geti orð- ið milli hleðsluminnstu og létt- ustu kjarnanna, t. d. tveggja þungavetnis kjarna. Hver kjarni hefur híeðslu og þess vegna raforku. Ef kjarni skiptist í tvo jafna kjarna með jafnmikilli hleðslu (þ. e. hvor með helming af massa og hleðslu upphaflega kjarnans), þá er sam- anlögð raforka tveggja kjarn- anna tæp 40% minni en raforka og nevtróna eða nevtrónu og ipphaflega kjarnans. Við þessa i kjarni sendir frá sér alfaögn, I minnkar massatala hans um 4 og 1 atómtalan um 2. Radíum hefur massatöluna 226 og atómtöluna 88. Það sendir frá sér alfageisla, og þá verður eftir kjarni með massatölu 222 og atómtölu 86. Þetta er kjarni annars efnis, sem heitir radon. Þannig hefur radí- um breytzt í radon með alfa- geislun. Við betageislun breytist skiptingu eykst yfirborðsorkan, þar sem yfirborðið eykst, og það fer eftir hlutfallinu milli raf- og yfirborðsorku, hvort öll orkan minnkar við þessa skiptingu. í léttum kjörnum með litla hleðslu gætir yfirborðskraftanna meira, en í þungum og hleðslu- miklum kjörnum, eins og uraní- umkjörnum, gætir rafkraftanna meira. Af þessu sjáum við, að léttir kjarnar geta gefið orku frá sér við samruna, en þungir kjarnar við kjarnklofnun. Við skulum nú líta nánar á kjarnaklofnun. Þó að það sé hagkvæmt frá orkusjónarmiði fyrir þunga kjarna að skipta sér, gera þeir það ekki af sjálfu sér. Skýringar- myndin sýnir, hvernig á því stendur. Það er eins ástatt með af öðru efni. Kjarnakraftar Milli hlaðinni agna verka raf- kraftar, þannig að tvær agnir með sams konar rafhleðslu hrinda hvor annarri frá sér, en tvær með gagnstæðum rafhleðsl- um dragast hvor að annarri. Ef við tökum t. d. helíumkjarna með tveim prótónum og tveim nevtrónum, þá verka fráhrind- andi rafkraftar milli prótónanna, en engir rafkraftar milli prótóna kjarnann og kúlu, sem er í dæld- inni á hæðartoppi. Kúlan hefði minni orku, ef hún væri í C í stað A, en hún kemst það ekki af sjálfsdáðum. Til þess að koma kúlunni yfir brúnina B þarf orku, sem samsvarar hæðinni a. Þegar hún er komin yfir brún- ina, rennur hún niður til C, og við það losnar orka, sem sam- svarar b og er miklu meiri en orkan, sem þurfti að leggja kúl- unni til. Við getum nú notað þetta við kjarnann. Ef kjarninn © * er í sínu venjulega ástandi, kúlu* laga, samsvarar það, að kúlan: sé í A, en ef orka er fyrir hendl til að breyta lögun hans og gera hann ílangan, er hann kominn í aðstöðu, sem svarar til B. Nú geta hleðslurnar í endanum hjálpað til, helmingarnir hrinda hvor öðrum frá sér og kjarninn klofnar. Við það losnar miklu meiri orka en þurfti til að breyta lögun kjarnans, þar til rafkraft- arnir gátu tekið við og skilið helmingana. Þegar nevtrónu er skotið á kjarna, samlagast hún kjarnan- um. Orkan, sem kjarninn fær, fer í að breyta lögun kjarnans, og ef orkan er nægileg, klofnar kjarninn. Einn kjarni, sem til er í náttúrunni, hefur sérstaka til- hneigingu til kjarnaklofnunar. Það er úraníum ísótópurinn U-235. Hægfara og orkulítil nevtróna veldur nægilegri röskun á honum, þegar hún samlagast honum, til að lögun hans breytist, svo, að hann klofni. Hinn úraní- um ísótópurinn, U-238, þarf mjög hraðar nevtrónur til að framkalla kjarnaklofnun. Klofnunarkeiija (chainreaction) Þegar kjarni kloínar, koma fram tveir kjarnar, hvor um sig um helmingi léttari en upphaflegi kjarninn og auk þess nevtrónur, 2—3 vi3 hverja klofnun. Þessar nevtrón- ur geta svo hitt nýja kjarna, svo að þeir klofni. Við þær klofn- anir koma svo fram nýjar nev- trónur, sem geta klofið enn aðra I kjarna o. s. frv. Þannig er hægt að fá klofnunarkeðju, sem getur farið ört vaxandi. Ein nevtróna klýfur úraníum 235 kjarna í tvo minni kjarna (dökku depplarmr. Sjá mynd á bls. 4.) Við það koma fram tvær nevtrónur, sem kljúfa tvo nýja úraníum kjarna. Frá hvorum koma tvær I nevtrónur, þ. e. fjórar í allt, sem geta klofið fjóra úraníum kjarna, og svo koll af kolli. Þannig vex klof nunarkeð j an. ! Þær nevtrónur, sem fram koma við klofnun, rekast þó ekki allar á úraníum kjarna. Sumar ! þeirra komast út um yfirborð j úraníumklumpsins, og 'því minni sem klumpurinn er, þeim mun , fleiri sleppa. Það er eins með j nevtrónu í úraníumklump og . byssukúlu, sem skotið er inni í skógi. Því minni, sem skógurinn er, þeim mun meiri líkindi eru til, að kúlan komist út úr skóg- inum, þ. e. lendi ekki í tré. Ef 100 nevtrónur valda klofnun í einu, koma i'ram við klofnunina Frh. á bls. 20.

x

Morgunblaðið

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Morgunblaðið
https://timarit.is/publication/58

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.