16.6 – Nuklear fission og fusion

I løbet af 1930’erne, opdagede forskere der bombarderede uran-235 med neutroner, at U-235 kernen blev splittet i to mindre kerner, og frigiver en enorm mængde energi. Dette var opdagelsen af nuklear fission. Energien der frigives ved deling af et atom, blev kaldt for atomenergi. En typisk reaktionsligning for nuklear fission er:

Hvis vi kunne bestemme massen af produkterne krypton, barium, og tre neutroner med meget stor nøjagtighed, ville vi finde at deres samlede masse er lidt mindre en massen af startmaterialerne. Den manglende masse er blevet omdannet til en enorm mængde energi, konsistent med den berømte ligning der blev udledt af Albert Einstein (1879-1955):

E=m\cdot c^{2}

hvor E er den frigjorte energi, m er massen der tabes, og c er lysets hastighed, 3 · 108 m/s. Selvom massetabet er ganske lille, bliver resultatet når det ganges med lysets hastighed i anden potens, en ret stor mængde energi der frigøres. Fissionen af 1 g uran-235, producerer omtrent samme mængde energi som afbrændingen af 3 tons kul gør.

 

Kædereaktion

Fission begynder, når en neutron kolliderer med kernen på et uranatom. Den resulterende kerne er ustabil, og opsplittes til to mindre kerner. Denne fissionsproces, frigiver også adskillige neutroner, og store mængder gammastråling og energi. Neutronerne der udsendes har høje energier, og de bombarderer andre uran-235 kerner. I en kædereaktion, sker der en hurtig stigning, af antallet af disse højenergiske neutroner, der kan reagerer med mere uran. For at opretholde en kædereaktion, skal der bringes tilstrækkelige mængder af uran-235 sammen, for at levere en kritisk masse, hvor næsten alle neutronerne næsten øjeblikkeligt kolliderer med mere uran-235 kerner. Der opbygger sig så meget varme og energi, at en atomeksplosion kan finde sted (se figur 16.6).

16.6 – I en nuklear kædereaktion, danner fissionen af hvert uran-235 atom, tre neutroner, som kan forårsage fission af flere og flere uran-235 atomer.

Nuklear fusion

I fusion, smelter to små kerner sammen, til dannelse af en større kerne, Masse tabes, og en gigantisk mængde energi frigøres, mere end selv den energi der frigøres ved fission. En fusionsreaktioner kræver imidlertid en temperatur på 100.000.000 ºC, for at overkomme frastødningen mellem hydrogenkernerne, og få dem til at fusionere. Fusionsreaktioner foregår konstant i Solen og andre stjerner, og giver os varme og lys. Den enorme mængde energi der dannes i Solen, stammer fra fusionen af 6 · 1011 kg hydrogen, hvert sekund. I en fusionsreaktion, går isotoper af hydrogen sammen, og danner helium og store mængder af energi.

I en fusionsreaktor, behøves der høje temperaturer for at få hydrogenatomer til at smelte sammen.

Forskere forventer mindre radioaktivt affald, og kortere halveringstider fra fusionsreaktorer. Fusion er imidlertid stadig på det eksperimentelle stadie, fordi de ekstremt høje temperaturer der er nødvendige, er svære at opnå og opretholde. Forskningsgrupper rundt om i verden, forsøger at udvikle den teknologi der behøves, for at gøre udnyttelsen af energien fra fusionsreaktioner, til virkelighed inden for vores livstid.

Koncept forståelse 16.6

Identificering af fission og fusion

Angiv hver af følgende, som vedrørende fission, fusion, eller begge:

a. En stor kerne spaltes til dannelse af to mindre kerner
b. Store mængder energi frigives
c. Ekstremt høje temperaturer er nødvendige for at reaktionen kan forløbe

d. _{1}^{3}\textrm{H}+_{1}^{2}\textrm{H}\rightarrow _{2}^{4}\textrm{H}+_{1}^{0}\textrm{\textit{n}}+\textup{energi}

Svar

a. Når en stor kerne spaltes til dannelsen af to mindre kerner, er processen fission.

b. Store mængder energi frigives i både fusions- og fissionsprocesser.

c. En ekstremt høj temperatur, er nødvendig for fusionsprocesser.

d. Når små kerner smelter sammen og frigiver energi, er der tale om en fusionsproces.
← Forsiden 17. Organisk kemi →