Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 20.12.1946, Qupperneq 5

TÍMARIT V.F.l. 1946
35
Nákvæmar mælingar hafa sýnt,
að massi prótónu er 1,00758
massi neutrónu er 1,00893
og massi heiíumkjarna 4,00280
Eru massar þessir miðaðir við það, að massi súrefnis-
atómu sé 16,00000. Tvær prótónur og tvær neutrónur
hafa þá samanlagt massann 4,03302. Ef helíumkjarni
myndaðist úr þessum einingum ætti því að losna
orka, sem nemur mismuninum á massanum, en sá
mismunur er 0,030. . . massaeiningar eða 3% af
massa vatnsefnisfrumeindar. Sé þessi tala borin
saman við tölu þá, sem við athuguðum áðan við
brennslu kolefnis, og sem var aðeins 1:1010, sést hver
geypimunur hér er á. Ef við reiknum orku þessa út í
kílówattstundum fáum við: Fyrir hvert gramatóm
(4 gröm) af helíum, sern myndast úr tveim prótón-
um og tveim neutrónum losnar orka, sem hefur mass-
ann 0,03 grömm
eða 0,03 x (3 x 1010)2 erg = 81 x 101G erg
= 22 x 103 kwst.
Mönnum var það ljóst fyrir allmörgum árum, að
þessa orku væri hægt að fá, ef hægt væri að koma
þessari breytingu af stað. Gallinn var aðeins sá, að
ekki sáust neinar leiðir til þess að gera þessa eða
samsvarandi breytingu, nema þá máske á einstökum
frumeindum, og þurfti þá venjulega mikið meiri orku
til þess að koma breytingunni af stað en orku þá,
sem fékkst við breytinguna.
Breytt viðhorf.
Um áramótin 1938—39 breyttist hins vegar þetta
viðhorf. Prófessor Hahn, sem nýlega hefur fengið
Nobelsverðlaunin, fann þá, að ef neutrónur verkuðu
á úraníum myndaðist baríum í smáum stíl. Nú er
úraníum nr. 92 í períódiska kerfinu en baríum nr.
56. Mæltu því ýmsar líkur með því, að kjami úraní-
ums sundraðist í tvo nær því jafnstóra hluta og var
þess þá að vænta, að við slíka sundrun losnaði mjög
mikil orka. Var mikið unnið að þessum rannsóknum
árið 1939 og fram á árið 1940, og voru þá birtar
niðurstöður rannsókna, en er vísindamönnum varð
ljóst, hvaða hernaðarþýðingu þetta gæti haft, var
lítið birt um þetta frekar. Aðalheimildaritið er hin
opinbera skýrsla, sem birt var að tilhlutun stjórnar
U. S. A. um rannsóknir þær, sem fram fóru í U. S. A.
á þessu sviðið með tilliti til hernaðarlegra nota.
Skýrsla þessi er rituð af prófessor H. D. Smyth við
Princeton háskólann.
Niðurstöður.
Hér yrði of langt mál að rekj'a þróun málsins eins
og gert er í skýrslu þessari, og verður því aðeins
drepið á helztu niðurstöður.
Neutrónur hafa sérstaka hæfileika til þess að
verka á kjarna hinna einstöku frumefna. Neutrón-
urnar hafa enga hleðslu og verða því ekki fyrir
áhrifum frá hinum miklu hleðslum í fmmeindunum.
Þess vegna geta þær komist inn á milli hinna ytri
rafeinda, að því er virðist auðveldlega. Kjarnar hinna
einstöku frumeinda komast hins vegar ekki í ná-
munda hvorn við annan, þar sem þeir eru venjulega
umgirtir af rafeindum, sem eru í hlutfallslega mikilli
fjarlægð frá kjarnanum. Neutrónan getur með viss-
um rétti talist frumefni nr. 0 í períódíska kerfinu.
Hún hefur massann 1 og hleðsluna 0 og er á tákn-
máli rituð on1.
Úraníum og kjarnabreytingar þess.
Úraníum er nr. 92 í períódíska kerfinu. Hinar ytri
elektrónur eru því 92 að tölu. I kjarnanum eru 92
prótónur. í úraníum því, sem finnst í náttúrunni eru
aðallega tvær ísótópur. Önnur hefur massatöluna 238,
og eru því auk hinna 92 prótóna, 146 neutrónur í
kjarnanum. Hin ísótópan hefur massatöluna 235 og
eru því 143 neutrónur í kjarnanum.
Rannsóknir leiddu nú í ljós, að það var ísótópan,
sem hefur massatöluna 235, sem klofnaði við áhrif
neutróna, og að það voru neutrónur, sem ekki höfðu
sérstaklega mikinn hraða, sem voru áhrifaríkastar
við klofningu þessa. Við klofninguna losnaði mjög
mikil orka, og var þannig möguleiki til þess að fram-
kvæma þessa klofningu í stórum stíl, ef hægt væri
að fá ísótópuna U235 nokkurn veginn óblandaða
öðrum efnum.
Einnig leiddu rannsóknir það í ljós, að hin ísótóp-
an, U238 klofnaði ekki við verkanir frá neutrónum,
heldur tók nú til sín neutrónur, þannig að í kjarnan-
um urðu 147 neutrónur og myndaðist þannig ísótópa
af úraníum, sem hefur massatöluna 239, en er að
sjálfsögðu nr. 92 í períódiska kerfinu.
Samkvæmt kenningu prófessor Bohr og prófessor
Wheeler á kjarnabreytingum, mátti ætla, að þessi
ísótópa af úraníum væri geislamögnuð og sendi frá
sér /8-geisla. Geislar þessir eru hraðfara elektrónur,
sem koma frá kjarnanum. Við þetta hækkar pósitíf
hleðsla kjarnans, en massi hans er óbreyttur. Mynd-
ast þannig efni nr. 93 í períódíska kerfinu, og hefur
það massann 239. Efni þetta hefur verið nefnt nep-
túníum og tákn þess er Np. Breyting þessi skrifast:
B2U23B -> 83Np230 + H-e°.
Samkvæmt kenningunni mátti vænta þess, að hið
nýja efni væri einnig geislamagnað, og sendi frá sér
/J-geisla. Myndast þá enn nýtt efni, með óbreyttri
massatölu, en atómnúmer 94. Efni þetta hefur verið
nefnt plútóníum og hefur táknið Pu. Breyting þessi
skrif ast:
93Np23!) -> 0,Pu239 + ^e0.
Þetta efni, plútóníum, átti samkvæmt kenningunni
að vera óstöðugt á svipaðan hátt og U235, þ. e. klofna