| |
UTVIKLINGEN AV
ATOMREAKTORENE
- Grunnleggende forskning i kjernefysikk som basis for utviklingen.
I 1903 skrev skrev den store engelske fysikeren E. Rutherford i sin
første bok om radioaktivitet: "There is reason to believe that an
enormos store of latent energy is resident in the atoms of the
radioaktive elements ..... If it were ever possible to control at the
will the rate of desintegration of the radioelements, an enormous amount
of energy could be obtained from a small amount of matter."
Chadwick oppdaget nøytronene i atomkjernen i 1932 og i samme år
bekreftet fysikerne Cokroft og Walton gjennom et eksperiment Einsteins
postulat om ekvivalensen av energi og masse. (E= mc2, hvor E er energi,
m stoffets masse og c2 kvadratet av lyshastigheten ).
I 1939 oppdaget tyskerne O. Hahn og F. Strassman kjernefissjonen
(atomspaltingen). De så at når grunnstoffet Uran ble bombardert med
kjernepartikkelen nøytronet, særlig de med lav hastighet (rundt 2000 m
pr.sek.) ble selve atomkjernen spaltet i to deler. ("Zerplatzen").
De kunne også vise at den samlede stoffmasse var blitt redusert.Gjennom
en kjernefysisk reaksjon var materie blitt omdannet til energi.(E =
mc2). Delene fløy fra hverandre med meget stor hastighet. Ved
kollisjoner med naboatomer ble det produsert varme.
Forenklet fisjonsprosess:
Uran 235 + nøytron = Barium 139 + Krypton 94 + 3 nøytroner + energi
Kjernespaltingen kan føre til en rekke andre fisjonsprodukter enn de to
som er tatt med her, f.eks. Xenon, Samarium og Strontium.
De to delene var radioaktive. Samtidig med selve spaltingen ble det
sendt ut 2-3 hurtige nøytroner. Det ble også påvist at ved nedbremsing
av hastigheten til de hurtige nøytronene til lave hastigheter kunne en
kanskje få i gang en såkalt "kjedereaksjon", en prosess som ville gå
videre av seg sjøl. (Heisenberg, vinteren 1939-40). I en teoretisk
studie i 1940 viste Heisenberg at det var mulig å bygge en "uranmile"
hvor kjedereasjonene kunne styres, og hvis en lot kjernereaksjonen løpe
fritt i en kjedereaksjon kunne det føre til en voldsom kjernefysisk
eksplosjon. (uranbombe).
Omvandlingen av Uran 239 er (forenklet):
Uran 238 + nøytron = Plutonium 239 + elektron
Under studiene av grunnstoffet uran ble det funnet at det bestod av to
slags uranatomer, et med atomvekt 238, som utgjorde 99,3 % og et med
atomvekt 235 og 0,7 % av innholdet. Det var (bare) atomene med vekt 235
som ble spaltet av nøytronene, og det var de langsomme nøytronene som
var effektive i spaltningen av atomkjernene.
Heisenbergs nærmeste medarbeider, von Weizsaker la fram en studie som
viste at det av naturlig uran i en "uranmile" (en slags atomreaktor)
kunne produseres et nytt grunnstoff, "grunnstoff 93" (= Plutonium 239).
Dette nye grunnstoffet kunne som Uran 235 brukes som kjernefysisk
"sprengstoff". Tyskeren Fritz Houterman var også kommet fram til at det
var mulig å framstille et nytt grunnstoff til en kjernefysisk bombe i en
uranmile.
Det ble oppdaget at nesten alle atomer fanget opp de hurtige nøytronene
som ble sendt ut ved selve spaltingen av atomkjernene. Lette
grunnstoffer derimot som: beryllium, grafitt, vann og særlig tungtvann
kunne ved kollisjoner med nøytronene brukes til å bremse nøytronenes
hastighet i en gradvis prosess ("moderering").
(Se fig. 1 og 2 i "Lyninnføring i reaktorfysikk" )
Det ble også vist at det var mulig å få i stand en "kjedereaksjon". Det
forutsatte at nøytroner som ble sendt ut ved en kjernereaksjon kunne bli
fanget opp av et annet uranatom og spalte det, og dermed sende ut nye
nøytroner som igjen kunne spalte andre uranatomer. En annen forutsetning
var at ikke for mange nøytroner forsvant underveis mellom uranatomene.
I 1938 satte von Weizsaker fram en teori som forklarte prosessen bak
produksjonen av energien i stjernene slik som på solen. Han mente
forklaringen var en omvandling av massen på stjernene ved at fire
protoner (hydogen kjerner) smeltet sammen til en heliumkjerne. Siden
massen av fire protoner er større enn massen til en heliumkjerne blir
det frigjort energi. (E = mc2). Også Houterman arbeidet på dette
området. Denne kjernefysiske prosessen kalles "fusjon". Disse arbeidene
la grunnlaget for utviklingen av hydrogenbomben.
Forskningsmiljøet i Gøttingen løses opp
.
Da Hitler kom til makten i 1933 valte noen av forskerne i Gøttingen
etterhvert å forlate Tyskland. Kontakten og vennskapen mellom forskerne
ble likevel bevart.
Da verdenskrigen brøt ut i 1939 var det utenom forskerne i Gøttingen
noen få andre som visste at det høyst sannsynlig var mulig å utnytte den
voldsomme mengden med energi som ble frigjort ved spaltingen av
atomkjerner i stor skala , utenfor laboratoriene. Flere av dem så en
stor fare for at kunnskapene kunne utnyttes til å lage en kjernefysisk
bombe.
|
|
