Kjernefysisk fisjon

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Et eksempel på fisjon. Et nøytron blir absorbert av atomkjernen til ²³⁵U som deler seg i lettere grunnstoff (fisjonsprodukter) og frie nøytroner. Grunnstoffene og antallet nøytroner som blir produsert av hver enkel fisjonshendelse er tilfeldig.

Kjernefysisk fisjon (også kjent som nukleær fisjon) foregår ved at tunge atomkjerner spaltes til lettere kjerner. Eksempelsvis brukes uran til dette formålet. Når en urankjerne treffes av et nøytron, initieres fisjonen, og resultatet er to mindre atomkjerner, pluss diverse partikler. Massen av partiklene er til sammen mindre enn den opprinnelige kjernen, og denne masseforskjellen utgjør den frigitte energien og kan finnes med Albert Einsteins berømte ligning:

E = m c 2

Dette vil si at energien E er lik den manglende massen m multiplisert med lysets hastighet c i andre potens. Siden lysfarten er stor og attpåtil i andre potens, skal det små mengder stoff til for å frigjøre mye energi.

Fisjonsprosessen har vært teknisk mulig siden 2. verdenskrig.

[rediger] Typer fisjon

Prosessen som benyttes i kjernekraftverk i dag er fisjon av uranisotopen ²³⁵U. Dette foregår ved at et nøytron sendes mot en ²³⁵U-kjerne. Når dette skjer vil sammenstøtet frigjøre nok energi til at kjernen kan fisjonere, det dannes da to eller flere mindre kjerner samtidig som det frigjøres to eller tre nøytroner. Disse nøytronene vil igjen kunne spalte hver sine urankjerner. I en kjernereaktor vil det etter hvert bli en likevekt slik at det i gjennomsnitt er ett nøytron som treffer en ny urankjerne. Dersom denne likevekten ikke finner sted, og mer enn ett nøytron treffer, vil prosessen løpe løpsk. Det er dette som skjer i atomvåpen. For at reaksjonene skal kunne finne sted kan ikke nøytronene ha for høy fart, derfor blir hastigheten deres redusert med noe kalt en moderator. Her bruker man som oftest grafitt eller tungtvann. Bruker man tungtvann, vil man kunne bruke ikke-anriket uran som «brennstoff».

Det meste av uranet på jorda befinner seg i form av isotopen ²³⁸U; kun 0,72% finnes som ²³⁵U. Denne andelen skiller man ut i en slags senterifugeringsprosess som kalles anriking. I en kjernereaktor vil likevel bare ca. 1% av innholdet være ²³⁵U.

De siste årene har mange begynt å få opp øynene for en annen type reaktorer, her ved at man bruker thorium, ²³²Th. Dette er en akseleratordrevet prosess som foregår ved at en thoriumkjerne tar opp et nøytron og deretter via protactinium danner uranisotopen ²³³U. Denne kan fisjoneres på samme måte som ²³⁵U. Fordelen med denne prosessen, er at den er mye mer kontrollerbar ved at den bruker flere nøytroner enn den danner. Men da må man samtidig sørge for tilføring av tilstrekkelig antall nøytroner for at den ikke skal dø ut. Ser man på tilgangen på thorium vil man med dagens energiproduksjon ha nok fisjonsmateriale i minst 10 000 år, i motsetning til ²³⁵U hvor man antakelig har ressurser i 100-200 år til. Det finnes imidlertid store problemer med å lage thoriumkraftverk, blant annet fordi man i dag ikke har kraftige nok partikkelakseleratorer. Man ønsker også å bygge såkalte «breeder-reaktorer». Fordelen med disse er at her fisjonerer man fisjonsproduktene videre, noe som gir mer energi, og samtidig reduserer mengden radioaktivt avfall. Man kan putte inn ²³⁹Pu fra tradisjonelle uranreaktorer og fisjonere dette videre, og dermed løse noe av avfallsproblemet som knytter seg til kjernekraft i dag. Man vil få noe avfall her også, men problemet er betydelig mindre i forhold til dagens kraftverk.