Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 52. 29 december 1945 - Utvinning av atomenergi, av Sigvard Eklund
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
1426
TEKNISK TIDSKRIFT
blir tydligen N = A — Z. Mellan de elektriskt
laddade partiklarna i kärnan verka på vanligt sätt
repellerande elektriska krafter, under vilkas
inverkan atomkärnan skulle sprängas sönder, om
det inte också existerade starka
attraktionskrafter mellan kärnans beståndsdelar. Dessa
krafter ha mycket kort räckvidd och de kunna
därför benämnas kortdistanskrafter. Den
sammanhållande kraften mellan en proton och en
neutron kan man föreställa sig komma till stånd
genom ett ständigt utbyte t.ex. av laddning
mellan protonen och neutronen, varigenom enligt
kvantmekaniken en attraktionskraft uppträder,
en utbyteskraft. På liknande sätt uppträda
attraktionskrafter mellan protoner och protoner samt
mellan neutroner och neutroner. Den elektriska
repulsionskraften mellan protonerna inbördes
lagras över denna attraktionskraft. Repulsionskraften
överväger, då protonerna befinna sig på relativt
stort avstånd från varandra, under det att
attraktionskraften tar överhand om blott protonerna
kommit tillräckligt nära varandra.
De mellan kärnpartiklarna verkande krafterna
sammansättas på sådant sätt, att endast vissa
kombinationer av neutroner och protoner
representera stabila tillstånd. Mellan det lättaste
element, som förekommer i naturen, nämligen väte,
och det tyngsta, uran, existera endast omkring 280
stabila atomslag. För de lätta kärnorna gäller, att
de äro stabila om antalet protoner är ungefär lika
med antalet neutroner, under det att
neutronernas antal måste vara väsentligt större än
protonernas om stabilitet skall råda i tunga kärnor.
För mycket tunga kärnor, i slutet av periodiska
systemet, där Z «90 och N ~ 150, finns det inga
fullständigt stabila kärnor. En del av dessa kärnor
äro nästan stabila, vilket framgår därav att den
tid, som erfordras för att t.ex. en viss mängd
uran skall ha sönderfallit till hälften (den s.k.
halveringstiden) är mycket lång (i det valda
exemplet 4,5 • 109 år).
Vid uppbyggnaden av atomkärnan gäller
samma jämviktsprincip som i statiken: kärnans
jämviktstillstånd är det tillstånd, som representerar
den minsta energin. Om man tänker sig en kärna
uppbyggd av 7 neutroner, så är denna kärna i
hög grad instabil, enär det existerar ett lägre
energitillstånd till vilket kärnan kan övergå. Detta
sker genom att 3 neutroner övergå till protoner
under utsändning av negativa elektroner. Av
samma anledning är en kärna, som enbart består av
7 protoner, instabil. Genom att 4 protoner övergå
till neutroner under utsändning av positiva
elektroner uppnås också i detta fall det stabila
tillstånd, som i naturen representeras av en
litium-isotop.
Stabilitetsvillkoren äro inte entydiga, så att för
ett givet masstal, dvs. ett givet totalt antal
protoner och neutroner, finns det flera stabila
kombinationer av protoner och neutroner. Det finns
t.ex. 3 kärnor med masstalet 40, nämligen i? Ar;
i" K samt IS Ca (i kärnfysiken förses ofta de
kemiska symbolerna med sifferindex, av vilka det
övre anger masstalet och det undre ordningstalet).
Av dessa äro 40Ar och 40Ca stabila, under det att
40K sönderfaller till 40Ca under utsändning av
negativa elektroner. Halveringstiden är 109 år,
varför kärnan kan betecknas som nästan stabil. För
ett bestämt atomnummer, dvs. ett visst värde Z,
äro stabilitetsvillkoren ännu mindre stränga, så
att tunga element kunna ha ända till 10 isotoper.
Som exempel kan anföras 50Sn, som har de stabila
isotoperna 112, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120,
122, 124.
Redan 1905 formulerade Einstein satsen om
massans och energins ekvivalens: varje
energimängd är likvärdig med en viss massa och mot
varje massa svarar en viss och för övrigt oerhört
stor mängd energi. Om energin E uttrycks i erg
(1 ergi=10—7 Ws) och massan m i gram, kan
Einsteins relation skrivas
E = c2 • m
där c är ljushastigheten, 3 • 1010 cm/s. Mot 1 g
materia, som förlustfritt omvandlas till energi,
svarar alltså en energimängd av 9 • 1020 erg eller
25 000 MWh. År 1944 uppgick den totala
elektriska kraftproduktionen i vårt land till 12 400 000
MWh, vilken energimängd är ekvivalent med ca
500 g materia. Vid klyvningen av uran
omvandlas ungefär 0,1 % av den ingående uranmassan
till energi!
Som energienhet vid kärnreaktioner användes
elektronvolt (eV); 1 eV är den energi, som en
partikel med laddningen ett elementarkvantum
förvärvar, då den genomlöper ett potentialfall av
1 V (1 eVi=l,6- 10—12 erg). Vid kärnreaktioner
äro energiomsättningarna i allmänhet av
storleksordningen MeV, under det att de vid kemiska
reaktioner högst uppgå till några få elektronvolt.
Kärnreaktioner äga rum i själva atomkärnorna
under det att kemiska reaktioner bestå av
förändringar i elektronhöljena.
Endast under tillförsel av energi kan en stabil
atomkärna sönderdelas i sina beståndsdelar.
Därför måste bildandet av varje stabil kärna av
protoner och neutroner vara förknippat med ett
frigörande av energi, bindningsenergin. Processen
måste vara exoterm, för att använda den i kemin
för energialstrande processer använda
beteckningen. Eftersom energi och massa äro
ekvivalenta, måste massan av en stabil kärna vara
mindre än sammanlagda massan av de partiklar,
protoner och neutroner, som ingå i kärnan i fråga.
Med massdefekten eller bindningsenergin AM för
en kärna med massan Ma, som antas sammansatt
av Z protoner (vardera med massan Mp) och N
neutroner (med massan M„) förstås differensen
AM i= Z • Mp 4- N ■ Mn — Mk
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
