Fission, fusion og transuraner – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Fission, fusion og tra...

19. oktober 2009

Fission, fusion og transuraner

Hej Spørg om Fysik
Jeg vil spørge om den porcess som hedder FISSION. Er det den proces som bruges ved opdagelse af nye grundstoffer som til eks nr 115 Uup Ununpentium. 2003.

Eller bruges Fission kun i Kraftværk sammenhæng? Hvis ikke hvad hedder så den proces som anvendes, eller er det forskellige processer ?

Billedet viser en vandmodereret kernereaktor. Det blå lys er noget man kalder Cerenkov stråling, som opstår når partikler bevæger sig hurtigere i stof (her vand) end lyshastigheden i stoffet.

På forhånd tak for svar.

Med venlig hilsen
E K J
 

Fission er en proces hvor en atomkerne går i 2 nogenlunde lige store stykker. Derved dannes to nye atomkerner som er isotoper af kendte stoffer.

Den sammenhæng hvor man normalt tænker på Fission er i forbindelse med atomreaktorer og atombomber. Her drejer det sig om Uran isotop 235 (der er andre muligheder).

Albert Einstein (1879 - 1955)

Har man to klumper uran på vist ca 22 kg i alt, og skubber dem sammen, vil der opstå en forgrenet kædereaktion. Når der sker en fission i uran 235, udsendes der flere neutroner. Når en sådan neutron rammer et nyt uranatom, sker der en fission, og der kommer endnu flere, og meget hurtigt vil et meget stort antal uranatomer fissionere. Hver gang frigøres yderligere ret store energimængder, idet masse omdannes til energi efter Einsteins berømte ligning E = m*c2, hvor E er energien, m massen der omdannes og c er lyshastigheden ca. 3 00 000 000 m/s.

I atombomben skydes de to stykker sammen, så en væsentlig del af massen omdannes, og herved opstår der en meget høj temperatur, millioner af grader, og det bevirker varmestråling, store vindhastigheder med en trykbølge, samt radioaktivt nedfald.

I atomreaktoren føres uranet ind i stave, og man styrer neutronantallet med nogle kontrolstave som optager neutroner. I atomreaktoren er der desuden stof som nedsætter neutronernes fart, så bliver de mere effektive. Det kan være vand, grafit eller andre ting. Varmen udnyttes så i dampturbiner som i et ganske normalt el-værk, bare ofte større end normalt. Processerne er langt mere renlige end normale elværker, og har ingen skadelig virkning på miljøet, det man er bange for er uheld samt opbevaring af affaldet. Der er 440 kernereaktorer i drift i verden og 27 under bygning. Naturen kender også denne proces, i Gabon i Afrika findes en naturlig atomreaktor hvor vand i et uranleje har været moderator, den har udviklet energi i omkring 1 000 000 år så mennesket er ikke på forkanten heller her. I øvrigt er affaldsprodukterne der stadig og bundet til jordarterne.

Fusion

Der er en anden proces der hedder Fusion. Det er den proces der sker i solen og som er ansvarlig for solens energiudstråling og også den proces man fremkalder i Brintbomber. Det der sker er at man smelter lette atomer, brint, litium m.fl. sammen ved meget høj temperatur (f.eks. 100 millioner grader) der bliver igen omdannet masse til energi jævnfør Einsteins ligning. Man har ingen praktiske løsninger på Fusions kraftværker for tiden, man har projekter og kan lave kontrolleret fusion men ikke til praktisk brug. Det er noget man arbejder med ogbhar arbejdet med i mange år men der er ingen praktiske løsninger lige på tegnebordet til kraftværker. Der vil stadig komme radioaktive affaldsstoffer men nok mindre end fra fission. Først og fremmest har affaldet nok kortere halveringstid dvs. radioaktiviteten aftager hurtigere.

Ununpentium

Ununpentium kemisk symbol Uup, det er gundstof nr. 115. Der blev fremstillet 4 atomer af dette i februar 2004. Det skete i samarbejde imellem det Forenede institut for kerneforskning i Dubna i Rusland og fra Lawrence Livermore National Laboratory (US).

Måden disse "transuraner" fremstilles på er normalt at to grundstofatomer skydes imod hinanden i en accelerator. I dette tilfælde var det Calcium 48 isotopen og Americium 243 isotopen. Man kender i dag 5 isotoper af Ununpentium, den tungeste er isotop 291 (altså 115 protoner og 176 neutroner). Isotoperne har eksisteret i fra 0,018 til 0,087 sek (det sidste for isotop 288). Stoffet er metallisk og ligner Vismut lidt. Der er måske (med lidt gæt) 2, 6, 18, 32, 32, 18, 5 elektroner i elektronskallerne. 

Forsøget blev gennemført på U400 cyclotronen i Dubna i Rusland (nord for Moskva) (billede)

Med venlig hilsen
Malte Olsen