Nuklider og isotoper
Hvad er et nuklid?
Et nuklid er en atomkerne, når vi snakker om nuklider så er det altså forskellige atomkerner. Som vi pga. Rutherford og Chadwick ved består af protoner og neutroner.
Forskellige Oxygen nuklider
Forskellige uran nuklider
Forskellige hydrogen nuklider
• Hydrogen (Brint)
• Deuterium = tungt brint
• tritium = super tungt brint
Nuklider kan inddeles i undergrupper:
Normalt ser vi (på vores niveau) kun på isotoper, som alle har samme kemiske egenskab, men ikke samme fysiske egenskab, eksempelvis kan nogle isotoper være radioaktive mens andre ikke er. Vi ser også en smule på isomere nuklider i forbindelse med gammastråling.
Alle nuklider findes i nuklidkortet også kaldet et isotopkort (Link til isotopkort) . Hvor antallet af neutroner er x-aksen og antallet af protoner er y-aksen. Den røde streg er der, hvor antallet af protoner og neutroner er ens.
Du kan også se de forskellige isotoper på ptable.com husk at klikke på fanebladet for isotoper. Der findes også en app til din tablet eller telefon med et interaktiv nuklidkort (Isotope Browser).
I et isotopkort vil du også kunne finde halveringstiden for de forskellige isotoper, derfor er det også godt at kunne navigere i isotopkortet i forhold til halveringstiden for de forskellige udgaver af grundstoffer.
Fission og fusion
Fission
I 1930‘erne opdagede tyske fysikkere at uran delte sig når man beskød den med en Neutron. Delingen udviklede stor varme. Dette blev startskudet til såvel atombomber og kernekraftværker.
Heldigvis troede Adolf Hitler ikke så meget på atombomberne, så forskningen blev ikke prioriteret højt i det Nazistiske Tyskland. USA satsede derimod stort og blev med Manhattanprojektet de første, som udviklede atombomber. De udviklede to forskellige atombomber, en ud fra Uran (Little Boy) og ud fra Plutonium (Fatman). I 1945 prøvesprængte de den første atombombe i New Mexico og ca. en måned senere smed de med få dages mellemrum de to bomber og Hiroshima og Nagasaki.
Den 20. december 1951 blev det første atomkraftværk født. Det skete i Idaho, USA, hvor en flok ingeniører frembragte elektrisk strøm ved hjælp af forsøgsreaktoren The Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1), der producerede varme ved at spalte atomkerner af uran. I starten af atom-æraen var Danmark med på bølgen og vi havde vores egen forskningsreaktor i Risø ved Roskilde. (Det er herfra, at vi har vores radioaktive kilder).
Processen i et Atomkraftværk/atombombe er at Uran-235 beskydes af en Neutron og bliver til Uran-236. Uran-236 spaltes til Barium-144 og Krypton-89 samt tre frie Neutroner + energi. Da E=mc2 og fordi Uran-235 + 1 Neutron vejer mere end Barium-144, Krypton-89 og tre frie Neutroner, må den manglende vægt er blevet til energi.
Uran-235 beskydes af en Neutron og bliver til Uran-236.
Uran-236 spaltes til Barium-144 og Krypton-89 samt tre frie Neutroner + energi
Uran-235 + 1 Neutron vejer mere end Barium-144 og Krypton-89 og tre frie Neutroner.
Fra Albert Einstein ved vi at E=mc2, så den manglende vægt er blevet til energi.
Det er enorme mængder energi som man får ud af fission,
10kg Uran-235 giver den samme mængde energi som 21 milioner liter råolie.
På videoen nedenfor har jeg illustreret fissionsprocessen ved hjælp af kuglerne på et poolbord. Jeg har tapet nogle af kuglerne sammen og samtidig har jeg nogle fri kugler som skal illustrere de nye frie neutroner efter spaltningen.
Forskellen på processerne i en atombombe og et atomreaktor, er at i en atombombe lader man processen løbe løbsk i en kædereaktion, hvor man kontrollere processen i en atomreaktor.
Hvilket er illustreret i videoen nedenfor. I opstillingen til venstre har jeg sat kontrolstænger i således og processen kan styrres. Opstillingen til højre er uden kontrolstænger.
Fusion
Allerede i 1950 gik forskerne i gang med at udvikle en endnu kraftigere bombe en atombomben, det blev til fusionsbomben også kaldet brintbombe. Hvor en atombombe er baseret på fission er brintbombe baseret på fusion, den samme proces som sker i solen. Den største brintbombe, der nogen sinde er bragt til springning er den russiske Zar-bombe. Zar-bomben var på 57 megaton, hvilket svarer til 3166 Hiroshimabomber, Eller ti gange så meget som alt sprængstof der blev brugt under anden verdenskrig. Man ville have lavet en på 100 mega-ton, men man var bange for mængden af det radioaktive nedfald.
Fusion er det “omvendte” i forhold til fission. Her “smelter” man to lette atomer sammen til et tungere, hvilket udvikler super meget energi. Problemet er man skal op på meget høje temperaturer og meget høj tryk for at kunne få processen til at ske.
Forskere har siden 1983 arbejdet på/med en forsøgsreaktor til fusion i England, men endnu er det ikke lykkes at holde processen igang, og man har endnu ikke kunne få mere energi ud af reaktoren, end man har brugt på at starte den. Derfor er man nu igang med at bygge en endnu større fusionsreaktor (Iter) i Frankrig, hvor man håber på, at få det til at lykkes.
Kerneenergi
Den kerneenergi vi bruger/udnytter i dag er baseret på fission. I et kontrolleret og lukket miljø spaltes uranstave. Herved udvikles der meget varme som opvarmer vandet i et nyt system. Vandet i det nye system driver en turbine som igen driver en generator. Kerneenergien er, hvis alt går vel en meget ren form for energiproduktion, der udledes ingen drivhusgasser eller anden form for forurening. men når brændselstavene er “brugt” op er de højradioaktive og vil være det i mange tusinde år. Derfor skal de gemmes sikkert af vejen, således de ikke forurener miljøet. Dette rummer selvfølgelig en udfordring. Derudover er der en risiko for ulykker, med dertilhørende stor radioaktiv forurening af miljøet, hvilket vi har set ved Tjernobyl-ulykken og sidst ved ulykken på Fukushima værket i Japan.
I Europa arbejder videnskabsmænd med at udvikle en fusionsgenerator, her vil man bruge brint som “brændsel”. Fordelen herved er, at de brint-isotoper der skal bruges er frit tilgængelig i vandet omkring os, og mængden af energi der kan udvindes er enorm.
Opbevaring af atomaffald
Kontroleret/ukontroleret reaktion
