Stúdentablaðið - 01.12.1954, Síða 20

12
STÚDENTABLAÐ
tilveru efna þessara, er mun meiri en orkan,
sem bundin er í tilsvarandi magni af kolum og
fram kemur við bruna þeirra. En ummyndun
hinna geislavirku efna gerist mjög hægt, og
engin ráð eru þekkt til þess að flýta henni. Þess-
vegna ber lítið á þessari bundnu orku bergsins,
og engin tök eru á því að hagnýta hana.
Lengi hefur það verið ráðgáta, hvaða orku-
gjafi haldi við hita sólarinnar. Utgeislun henn-
ar er svo mikil, að þótt hún væri eingöngu úr
kolum þá myndi bruni þeirra ekki nægja nema
nokkur þúsund ár til þess að halda hitanum
við. Nú er ljóst orðið, að hér getur aðeins verið
um kjarnabreytingar að ræða og er talið lík-
legast að vetni breytist í helíum nálægt miðju
sólar, þar sem hitinn er mestur.
Þegar rætt er um orku frá kjarnabreyting-
um er hagkvæmt að minnast lögmáls, sem leitt
var í ljós fyrir hálfri öld af Albert Einstein.
Lögmál þetta fjallar um sambandið á milli orku
og efnis, en samkvæmt því er efnið ein af þeim
myndum, sem orkan birtist í, og orkan ein af
myndum efnisins. Orka og efni eru í raun og
veru sami hluturinn í mismunandi ástands-
formi. Orkan hefur vissan þunga eða massa, svo
að hægt er að mæla hana í grömmum og kíló-
grömmum. Þegar hlutur er hitaður upp þyng-
ist hann vegna aukinnar orku, en léttist aftur
þegar hann kólnar. Þungabreytingin er þó svo
lítil, að engin tök eru á því að mæla hana.
Orkan, sem fram kemur við bruna eins tonns
af kolum vegur aðeins brot úr milligrammi.
Þegar um er að ræða kjarnabreytingar er
öðru máli að gegna. Orkan, sem fram kemur,
er þá svo mikil, að auðvelt er að mæla þunga-
breytinguna. Sem dæmi skal tekin breyting
vetnis í helíum, þar sem fjórir vetniskjarnar
renna saman og mynda einn helíumkjarna. 4
grammatóm af vetni, sem vega 4.033 grömm,
verða að 1 grammatómi af helíum, sem vegur
4.004 grömm. Við breytinguna hverfa 0.029
grömm, eða 0.7%, sem breytast í orku.
Til skýringar má geta þess, að rafstöðvarnar
við Sogið framleiða um 500 milljón kílóvatt-
stundir á ári, en orka þessi myndi vega 20
grömm. Jafn mikil orka fengist úr 26 lítrum
af vatni ef allt vetnið breyttist í helíum.
Af þessu er ljóst, að hér er fundin óþrjótandi
orkulind ef hægt væri að láta kjarnabreytingu
þessa gerast hér á jörðinni. Litlar líkur eru þó
til þess, að þetta megi takast. Um miðbik sól-
arinnar, þar sem breytingar þessar fara fram,
er hitastigið um 20 milljón gráður. Slíku hita-
stigi verður varla viðhaldið hér á jörðu til
lengdar, en umrædd kjarnabreyting þarf mik-
inn tíma vegna þess að hún gerist ekki í einu
stökki, heldur í mörgum áföngum, þar sem kol-
efni, köfnunarefni og súrefni eru virkir aðilar.
Þó að kjarnabreyting sú, sem lýst hefur ver-
ið, sé ekki nothæf hér á jörðinni, þá koma þó
ýmsar aðrar kjarnabreytingar til greina sem
orkugjafar. Við leit að slíkum breytingum kem-
ur lögmál Einsteins, um sambandið á milli cfnis
og orku, að góðu gagni. Leitin byggist á þekk-
ingu á þunga hinna ýmsu atómkjarna. Fyrir
hverja hugsanlega kjarnabreytingu er þá hægt
að bera saman þungann fyrir og eftir og sjá
þannig, hversu mikið efni myndi breytast í
orku við fyrirhugaða kjarnabreytingu. Við
slíka athugun kemur í ljós, að tvær leiðir eru
til þess að vinna kjarnorkuna. Onnur er sú, að
láta létta atómkjarna renna saman í aðra þyngri,
en hin, að kljúfa þyngstu atómkjarnana í aðra
léttari.
Þó fengin sé vitneskja um, hversu mikil orka
standi til boða, þá er þó ekki allur vandinn
þar með leystur. Eftir er að finna leið til þess
að láta fyrirhugaða kjarnabreytingu gerast í
raun og veru. Samruni léttu kjarnanna torveld-
ast mjög af því að þeir eru hlaðnir pósitífu r-af-
magni, sem orsakar sterka fráhrindandi krafta
á milli þeirra. Það er því miklum erfiðleikum
bundið að fá kjarnana til að snertast, og til þess
að láta svona kjarnabreytingar gerast í stórum
stíl er vart um aðra leið að ræða en mikla
upphitun. Hitastigið þarf að vera svo hátt, að
hraði atómkjarnanna nægi til þess að vinna bug
á hinum fráhrindandi rafkröftum og árekstr-
arnir skapi snertingu milli kjarnanna. Nauð-
synlegt hitastig mælist í milljónum gráða, en
engin efni fá staðizt slíkan hita, svo að þetta
ástand getur aðeins staðið augnablik áður en
allt sundrast í sprengingu. Kjarnabreytingar af
þessu tagi hafa verið fi’amkallaðar af manna
völdum. Það eru hinar svokölluðu vetnis-
sprengjur, sem hlotið hafa nafn sitt af því að
þær innihalda þungt vetni. Ef hægt væri að
hagnýta orku vetnissprengjunnar í þágu mann-
kynsins væri þar með fegin óþrjótandi orku-
lind, en lausn þess vandamáls er varla á næstu
grösum.
Samanburður atómþunganna leiðir í ljós, að