Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 20.12.1946, Side 6

36
TÍMARIT V.F.Í. 1946
fyrir verkanir neutróna, og átti þá að losna mikil
orka.
Þannig virtust á miðju ári 1940 vera tveir mögu-
leikar til þess að losa mikla kjarnorku. Annar mögu-
leikinn byggðist á því að vinna og kljúfa lítt bland-
að U235 og hinn á vinnslu og klofningu plútóníums.
Samanburður á aðferðum.
Fljótt á litið virðist fyrri aðferðin, vinnsla og
klofning á U235 vera aðgengilegust. Þetta efni var
þekkt. En sá galli er á gjöf Njarðar, að þessi ísótópa
er mjög sjaldgæf. I náttúrlegu úraníum eru 0,7% af
U235. Var nauðsynlegt að aðgreina það frá hinni
ísótópunni, U238, þannig, að því er virtist, að blandan
a. m. k. innihaldi 70% U235 áður en von væri til þess
að geta fengið kjarnaklofningu fram, sem nothæf
væri til orkuframleiðslu eða í sprengju.
Nú er aðgreining á ísótópum mjög erfið, þar sem
ekki er hægt að nota kemiskar aðferðir. Hafði þá
(1940) slík aðgreining aðeins farið fram svo teljandi
sé á vatnsefni Hl og H- sem nefnt er deuteríum. Hér
er önnur ísótópan helmingi þyngri en hin, en í úraní-
um er hlutfallið 235:238.
Ýmsar aðferðir koma til greina til þess að aðgreina
ísótópur, eins og t. d. centrifugering, diffusion, upp-
gufun, aðgreining í raf- og segulsviðum o. fl. Allar
þessar aðferðir hafa þó í för með sér geysilega erfið-
leika og kosta stórfelld áhöld. Hins vegar var hér
þegar frá upphafi ljós leið til þess að ná hinu setta
marki. Erfiðleikarnir voru aðeins tæknilegs eðlis.
Var því strax farið inn á þá braut að vinna lítt meng-
að U235. En með því að framleiðsla úraníums var á
þessum tíma lítil, var ekki strax hægt að byrja á
framleiðslu U235. Ennfremur þurfti að yfirvinna
ýmsa tæknilega örðugleika áður en framleiðsla gæti
hafist.
Hin leiðin var, að því er virðist, óvissari fyrirfram.
Ekki var vitað með vissu hvort breytingar þær, er
áður var getið um, virkilega ættu sér stað. En ef þær
hins vegar ættu sér stað, virtist aðferð þessi aðgengi-
legri. Má í fyrsta lagi benda á það, að aðeins 0,7%
af úraníum því, sem finnst í náttúrunni er U235, og
myndu því 99,3% af hráefninu fara forgörðum, og
er það mikið, því úraníum er frekar sjaldgæfur málm-
ur. Með kjarnabreytingum þeim, sem um var getið,
mátti gera sér vonir um, að gera nothæft til orku-
framleiðslu mikinn hluta af hráefninu. í öðru lagi
var hægt að koma venjulegum aðferðum efnafræð-
inga við, er greina átti hið nýja efni, Pu, frá öðrum
efnum. Var þetta ómetanlegur kostur. Af þessum
ástæðum, og máske fleiri ástæðum, var þessi leið
einnig farin, samhliða hinni, er fyrr var nefnd. Var
unnið samtímis að því, að einangra ísótópuna U235
og rannsaka möguleika á framleiðslu á nýju frum-
efni Pu293. Báðar þessar leiðir virðast hafa borið til-
ætlaðan árangur.
Framleiðsla á neutrónum. Keðjuverkanir.
Skilyrði til þess, að hægt sé að kljúfa U235 og
hægt að framleiða Pu293 úr U238 er það, að nægar
neutrónur séu fyrir hendi. Þarf eina neutrónu fyrir
hverja ummyndaða frumeind. En vegna þess, hve
neutrónur auðveldlega verka á kjarna ýmsra efna,
er erfitt að fá þær frjálsar. Lausn kjarnorkunnar
hvílir fyrst og fremst á því, að hægt sé að framleiða
nóg af neutrónum. Neutrónur myndast m. a. ef orku-
miklir a-geislar, t. d. frá radíum eða öðrum geisla-
mögnuðum efnum, falla á sum létt efni, eins og t. d.
beryllium eða bór. Fundust neutrónurnar fyrst er
þetta gerðist. En þær neutrónur, sem fram koma á
þennan hátt verða ávallt hlutfallslega fáar, nema
mjög mikið sé við höndina af geislamögnuðum efn-
um, en þau eru sem kunnugt er mjög sjaldgæf í nátt-
úrunni.
Eitt veigamesta atriðið, sem yfirleitt gerði það
hugsanlegt að leysa allverulega orku með kjarna-
sprengingum, var það, að við sprengingu á U235
kjörnum mynduðust margar neutrónur, þ. e. að ef
hægt var að sprengja eina frumeind mynduðust
margar neutrónur, sem gátu orðið til þess að sprengja
eina eða fleiri nýjar frumeindir og svo koll af kolli,
þannig að kjarnasprengingarnar héldu áfram, þegar
þær einu sinni voru komnar af stað. Þetta hafa verið
nefndar keðjuverkanir. I úraníum því, sem finnst í
náttúrunni er aðeins 0,7% U235 eins og áður var
sagt. Þótt kjarni klofni í slíkri blöndu og margar
neutrónur myndist, er það ekki nægilegt til þess,
að sprengingarnar haldi áfram, því meiri hluti neu-
trónanna fer forgörðum, þ. e. verka á U238 eða hafa
alls engar verkanir. Af þessari ástæðu var það nauð-
synlegt, að framleiða lítt blandað U235, til þess að
það yfirleitt væri hugsanlegt að koma af stað keðju-
verkunum. Kjarnasprengingar fara því aðeins frani
fyrir verkanir neutróna, að neutrónurnar hafi hraða,
sem er innan vissra, til þess að gera þröngra tak-
marka. Hins vegar hafa neutrónur þær, sem myndast
við sprenginguna að jafnaði margfallt sinnum mein
hraða en heppilegt er, og þurfti því að skapa heppileg
skilyrði til breytinganna. Framleiðsla á plútóníum
hafði enn frekari örðugleika í för með sér. Til breyt-
inga á U239 þurfti netitrónur, sem höfðu hraða inn-
an vissra takmarka. Til þess að framleiða nýjar neu-
trónur þurftu að fara fram kjarnasprengingar, og
þurftu neutrónurnar einnig að hafa hraða innan
vissra, annarra, takmarka til þess að þetta ætti ser
stað. Var því nauðsynlegt að hafa einhver þau áhrif
á neutrónurnar, að þær fengju hraða, sem fullnægði
báðum skilyrðum samtímis — þ. e. að ummynda U238
og sjá fyrir frámleiðslu nýrra neutróna. Byggðist
möguleikinn á framleiðslu Pu239 á því, að þetta g®fi
tekist.
Til þess að draga úr hraða neutrónanna má láta
þær fara í gegnum einhver efni, og gátu eðlisfræðing-