Þjóðviljinn - 21.07.1955, Side 5

Þjóðviljinn - 21.07.1955, Side 5
t .am Fimmtudagur 21. júlí 1955 — ÞJÓÐVILJINN — (S Hina fyrstu öruggu viíneskju um gerð frum- eindanna fengu menn við rannsókn hinna svo- nefndu geislavirku efna. Frá þeim rannsóknum segir Óskar B. Biarna- son í þessari grein um /(innri gerð efnisins". Það mun hafa verið árið 1896 að franski eðlisfræðing- urinn Becquerel tók eftir því einkennilega fyrirbæri að steintegundin bikblendi staf- aði frá sér geislum. Geislar þessir höfðu áhrif á ljósmyndaplötur þótt þœr væru vafðar inn í svartan pappír og höfðu þannig sterk- ari verkanir en geislar sólar- ljóssins. Þetta sama ár, nokkrum mánuðum áður, hafði pró- fessor IV'mtgen í Þýzka- landi uppgötvað geisla þá sem síðar voru við hann kenndir, en liann sjálfur nefndi x-geisla. Becquerel datt nú í hug að geislamir frá bikblendi væru samskonar og x-geislar Röntgens. Hjónin María Sklodovka og Pierre Curie, sem bæði voru eðlisfræðingar og síðar pró- fessorar við Sorbonneháskól- ann tóku nú að rannska þetta fyrirbæri nánar fyrir áeggjan Becquerels. Steintegundin bikblendi er gerð að mestu leyti af úran- oxíði, sambandi úrans og súr- efnis, en brátt kom í ljós að geislunin var ekki svo mjög bundin við úranoxíðið sjálft, heldur við einhver óhreinindi í þessari steintegund. María Curie áleit að geislunin mundi stafa frá áður óþekktu frum- efni, sem hún nefndi radíum. Samband þessa efnis við bróm, radíumbrómíð, einangr- uðu þau úr bikblendi árið 1898. Samtímis fundu þau einnig annað geislavirkt efni í bikblendi og nefndi María það pólonium eftir ættlandi sínu, Póllandi. ESnangrun radíumbrómíðs var út af fyrir sig mikið af- rek, því magn þessa frum- efnis nam aðeins Vf> milli- grammi í tonni af bikb'endi. Auk þess voru tæki og hjálp- argögn af skomum skammti og vinnustofa. þeirra hjóna heldur fátækleg. Sjá'fan máiminn, radíum, einangraði Maria Curie árið 1910. Pierre hafði sjálfur hætt rannsóknum sem hann starf- aði að til að geta einbeitt sér að hinu heillandi viðfangsefni, rannsókn radíums og annarra geislavirkra efna, sem kona hans var byriuð á. Hans naut þó ekki iengi við því hann fórst í umferðarslysi árið 1906. Radíum og sambönd þess eru sjálfíýsandi. Þau gefa sí og æ frá sér geisla og senda um leið frá sér hitaorku sem nemur 133 kaloríum á klst. fyrir hvert gramm af radíum. Við nánari rannsókn kem- ur í ijós að geislun þessi er þrennskonar 1) svonefnd'r alfageis'ar, sem eru hraðfara efnisagnir, kjarnar frumefnis- ins helínm; 2) betageislar sem em straumur af mjög hrað- fara rafeindum og 3) gamma- geislar sem eru bylgjuhreyf- ing samskonar og sólarljósið og röntgengeislar. Bylgjur gammageislanna em þó enn styttri en röntgenbylgjur. Or- sök þessarar geislunar er sú að frumeindakjamar frumefn- isins radiums sundrast af sjálfu sér og breytast í önnur efni. »Af |þeúsu er ljóstfað kjam ar hinna geislavirku fmmefna eru óstöðugir. Eigihleikar fmmeindakjarnanna eru fyrst og fremst komnir undir fjölda prótóna og nevtróna í kjarn- anum. Hjá léttustu frumefnum em jafnmargar nevtrónur og prótónur í kjamanum. Hinir þyngri kjamar hafa fleiri nevtrónur en prótrónur og hinir þyngstu hafa kringum 3 netrónur á móti hverjum tveim prótónum og mörg þessara efna hafa óstöðuga byggingu, em geislavirk. Geislavirk efni em að vísu byggð upp af sömu frumögn- um og önnur efni, en frum- eindir þeirra em óstöðugar. Geislavirk efni gera loftið í kringum sig leiðandi fyrir rafmagn og er því tiltölu- lega auðvelt að mæla magn geislunferinnar. Þar sem fmm- eindimar sem ser.da frá sér þessar efnisagnir og geisla breytast að lokum í efni sem ekki er geislavirkt er aug- ljóst að geislunin hlýtur að fara minnkandi með tíman- um og er þessi eyðing tákhuð með helmingunartíma efnisins þ. e. a. s. þeim tíma sem líð- úr þar til geislavirka efnið hefur minnkað um helming. Helmingunartími radíums er t. d. tæp 1700 ár. Það er nú auðskilið, að ef ekki væri til eitthvert annað efni sem gæfi af sér radíum mundi þetta efni vera fyrir löngu horfið af jörðinni. Móðurefni radíums er fmm- efnið úraníum og finnst það vitanlega í sömu steintegund- um og radium. Helihingunar- timi úraniums er 4-—5 þúsund milljónir ára og hefur það því minnkað um hémmbil 14 hluta frá þvi hin fasta skorpa jarðarinnar myndaðist. — Það er ljóst af því sem hér hefur verið sagt að radíum er einn liður í langri keðju um- myndúnar fmmefna.. Keðjan sem byrjar með úraníum end- ar við óvirkt frumefni sem hefur sömu eiginleika og blý. Minnsta aldur steintegunda sem innihalda geislavirk efni er þvi hægt að reikna út frá hlutfallinu milli úraníums og blýs — og hafa á þann hátt fengizt aldurákvarðanir berg- tegunda sem nálgast 2000 milljónir ára. Og þetta er sá aldur sem jarðskorpan er talin hafa að minnsta kosti. Áður þótti svo hár aldur jarðar ekki koma. til greina vegna þess að kóln- unartimi yfirborðs jarðar gæti ekki verið svo langur. En skýring þess fæst einnig með tilveru geislavirkra efna. Þegar hin geislavirku efni klofna myndast mikill hiti og hefur það haft veruleg áhrif til að lengja kólnunartíma jarðar. Á siðari árum hefur tekizt að framleiða geislavirk efni sem ekki eru til í náttúrunni með skothríð hraðfara efnis- agna á frumeindir efnisins. Það hefur áður verið tekið Antoine Henri Becquerel fram að frumeindir geta ver- ið misstórar eða misþungar þótt þær hafi sömu efna- fræðilega eiginleika. Þannig gildir það ekki lengur að all- ar frumeindir sama frumefn- is séu eins; þær geta verið misþungar. Það virðist meira að segja svo að flest öll frum- efni geislavirk og ekki geisla- virk séu blöndur af misþung- um frumeindum með sömu kemísku eiginleika. Það var margra alda draumur alkemistanna, efna- fræðinga miðaldanna að búa til gull úr óeðlum málmum, einkum blýi. Það tókst þeim að vísu aldrei. En nú á dög- um er þetta orðið mögulegt eða a. m. k. hliðstæðar breyt- ingar, og slíkar breytingar gerast eimnitt sjálfkrafa í náttúrunni við ummyndun geislavirkra efna. Árið 1919 var í fyrsta skipti einu frumefni breytt í annað í rannsóknarstofu, þegar brezka eðlisfræðingnum Rutherford hepþnaðist að búa til súrefni úr köfnunarefnis- fi-umeindum með því að beina að þeim skothríð alfaagna. Þessi breyting gerðist þó aðeins í mjög smáum mæli og á þeim tíma var talið vafa- samt að slíkar efnabreyting- ar mundu nokkurntíma fá hagnýta þýðiiígu. Árið 1934 gerði Frederik Joliot og kona hans Iren Curie, dóttir Mariu og Pierre Curie, þé uppgötvun að efni þau sern myndast við skot- hríð nevtróna á frumeinda- kjarna eru yfirleitt geislavirk og klofna sjálfkrafa í 2 eða fleiri efni með svipuðum frumeindaþunga. Og það er einmitt klofnun af þessu tagi sem gerist þegar nevtrónu- skothríð er beint að frumefn- inu úraníum. Nevtrónur eru hentugri skeyti til að skjóta með á frumeindakjarna en aðrar efnisagnir vegna þess að þær eru óhlaðnar og komast því auðveldlega að kjörn- um atómanna án þess að verða fyrir fráhrindingu af hinni sterku pósitífu hleðslu kjarnans. Frumefnið úraníum sem finnst í náttúrunni er blanda af þrennskonar ísótópum U238 þ. e. úraníum með at- omþungann 238, en af því eru 99.3% í náttúrulegu úraníum. Önnur tegund úraníums er U235 og af því eru 0.7% í náttúrlegu úraníum og loks er svo vottur af U234. Úraníum er það eldsneyti sem notað er í kjarnorkuofn- um eins og kunnugt er. Hinar mismunandi tegundir úraníums haga sér nú mjög ólíkt gagnvart nevtrónu- skothiíð; U235 klofnar, þannig að at- ómið skiptist í tvo álíka stóra hluta t.d. þannig að frumefnin krypton og baríum myndast og auk þess myndast nýjar nevtrónur sem valda klofn- un nýrra atóma og ennfremur losnar mjög mikil orka því að nokkur hluti efnisins eða um einn þúsundasti breytist í orku. Ef U238' verður fyrir nev- trónuskothríð klofnar kjarn- inn ekki, heldur innbyrðir úraníumkjarninn nevtrónurn- ar og sendir um leið frá sér eina elektrónu. Við það hækk- ar rafhleðsla kjarnanna um einn og ytri elektrónum fjölgar því einnig sjálfkrafa um eina þ. e. a. s. nýtt frum- efni með atómþunga 239 og atómnúmer 93 hefur orðið til. Þetta nýja frumefni sem nefnist neptúníum er geisla- virlct, sendir frá sér eina elektrónu úr kjarnanum og myndast þá nýtt frumefni, plútoníum með atómþyngd 239 og númer 94. Plútoníum er merkilegt efni að því leyti að gagnvart nevtrónuskothríð hagar það sér á sama hátt og U235 þ. e. klofnar og nokkur hluti þess breytist í orltu. Plútóníum er því kjarn- orkueldsneyti á sama hátt og U235 en það þýðir að allt úraníum sem finnst i náttúr- unni er verðmætt til kjarn- orkuframleiðslu en ekki að- eins U235 sem aðeins nemur 0.7% af náttúrlegu úraníum. Sú skilgreining að frumefni sé efni, sem ekki verður klof- ið í einfaldari efni var sett fram af franska efnafræð- ingnum Lavoisier árið 1789. Sú skilgreining getur gilt enn í dag með örlítilli viðbót, nefnilega: Frumefni er efnL sem ekki verður klofið í önn- ur efni með kemískum eða efnafræðilegum aðferðum. Svo virðist sem menn hafi. mjög snemma reynt að gera sér grein fyrir eðli efnisins og fyrirbærum náttúrunnar. Slík heimspeki þróaðist mej hinum fornu menningarþjóð- um Indlands og Kína og hef- ur líklega borizt þaðan til Sýrlands og Grikklands, ea Grikkland var höfuðsetuj hins menntaða heims í nokkr- ar aldir, eins og kunnugt er. Sú hugmynd er mjög fora að frumefni alheimsins sé að- eins eitt — „materia prima11. Um skeið töldu hinir grísku. heimspekingar að frumefnia væru 4, nefnilega eldur, vatn, jörð, loft. Aristoteles sern. uppi var á 4. öld f. Kr. taldt að allir lilutir hefðu að geyma bæði hið óbreytanlega og hið breytilega; efnið væri hið ó- breytanlega en formið hið breytilega. Jörð og vatn va)? því í raun og veru sama efn- ið í mismunandi formi. A£ þessari forsendu mátti draga þá ályktun að hvaða breyting sem væri gæti átt sér st.a-5 fræðilega séð, þótt hún yrði ekki við venjuleg skilyrði. Þessi hugmynd varð siðaí undirstaða gullgerðar-efna- fræðinnar, eða alkemíunnar. Efni eins og vatn, jörð, loft teljum við ekki frumefni ní. á dögum. Við vitum að þau. eru samsett úr mörgum frunr- efnum. Á dögum Lavoisier voru'. þekkt frumefni talin 28. A. dögum Mendeléfs, nærri ölu. síðar, þ.e. um 1870, voi’ir. þekkt frumefni 67 að tölu. Samkvæmt hinu endurbætta frumeindakerfi Mendeléfs. sem nú er kennt við Niels Bohr og Rutherford, er x frumefnin 92, og er raunae ekki rúm fyrir fleiri í þess i. kerfi. Níutíu þeirra eru nú. þekkt. Fleiri frumefni haf.% ekki fundizt í náttúrunni, eí. eins og lýst hefur verið, hef- ur tekizt að bæta ofan vi$ atómtölu Bohrs, búa til nýj frumefni með hærri atómtöU um en úran, nr. 92. I sambandi við klofnuoi úrans urðu til tvö ný frurn- efni eins og áður var lýsfcP frumefnin neptúníum og plútóníum númer 93 og 94. Síðan hafa verið búin til. fleiri ný efni með hækkanci atómnúmerum og nú fyric skömmu hefur verið tilkynní: að efni nr. 99 hafi verið búil til og líkur eru á að hægfc verði að búa til efni mö enn hærri atómtölum. Flest þessara efna eru óstöðug þ. e, geislavirk og hafa skamma ævi. í náttúrunni finnast sam- tals um 300 mismunanc.í:. frumeindakjarnar með stöí- uga byggingu þ. e. þeir tii- heyra efnum sem ekki era, geislavirk, en geislavirk efrtú í náttúrunni eru um 50 tals- ins. Auk þess hafa veri? framleiddar geislavirkar ísc- topur (samstæður) af flest- um ef ekki öllum frumefnura. og munu nú vera til alÍD um 800 tegundir geislavirkra, atómkjarna. Qskar B. Bjarnason:

x

Þjóðviljinn

Direkte link

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Þjóðviljinn
https://timarit.is/publication/257

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.