Reaktoren og bomben

Citation preview

Gunnar Randers Jan M. Ddderlein

Reaktoren og bomben

CAPPELENS REALBØKER

Reaktoren og bomben

CAPPELENS REALBØKER

bygger på et omfattende internasjonalt samarbeid. Seriens norske konsulentråd består av professor, dr. med. Alf Brodal, professor, dr. philos. Knut Fægri, direktør Gunnar Randers og professor, dr. philos. Harald Wergeland. Hittil utkommet: Robert Galambos: Nerver og muskler. C. V. Boys: Fysikk med såpebobler. Donald J. Hughes: Det fantastiske neutronet. C. G. Jung: Det ubevisste. Alfred Romer: Det aktive atomet. Goran Bergman: Fuglenes liv. Donald G. Fink og David M. Lutyens: Fjernsynets fysikk. Michael W. Ovenden: Liv i universet. Lev Landau og G. B. Rumer: Hva er relativitet? Johannes Setekleiv: Kampen mot smerten. Victor F. Weisskopf: Vitenskapens verdensbilde. Isaac Asimov: Den genetiske koden. F. M. Branley: På vei til månen. Sverre Dick Henriksen: Immunitet. Hermann Bondi: Verdensrommets gåter. Martin Gardner: Relativitet for millioner. D. K. C. MacDonald: Nær null. Kenneth S. Davis og John Arthur Day: Vann. Vitenskapens speil. 19. Isaac Asimov: Blodet - livets elv. 20. L. C. Dunn og Th. Dobzhansky: Arv, rase og samfunn. 21. Irving Adler: Den nye matematikken. 22. Sigmund Freud: Psykoanalysen. 23. Donald R. Griffin: Å se med hørselen. 24. René Dubos: Louis Pasteur og den moderne vitenskap. 25. Hannes Alfvén: Atomet - mennesket - universet. 26. C. G. Jung: Psykologi og religion. 27. E. N. da C. Andrade: Rutherford og moderne atomfysikk. 28. George Gamow: Gravitasjon. 29. Knut Schmidt-Nielsen: Dyrenes fysiologi. 30. Anatol og Natascha Heintz: Menneskets avstamning. 31. Marston Bates: Menneskets plass i naturen. 32. Sigmund Freud: Seksualteorien. 33. Fred Hoyle: Mennesker og melkeveier. 34. C. G. Jung: Jeg’et og det ubevisste. 35. Isaac Asimov: Biologiens utvikling. 36. Donald R. Griffin: Fugletrekk. 37. Hermann Bondi: Relativitet og sunn fornuft. 38. V. G. Dethier og Eliot Stellar: Dyrenes atferd. 39. P. E. Baldry: Kampen mot mikrobene. 40. Irving Adler: Elektronhjernen. 41. A lex Comfort: Front mot alderdommen. 42. Niels Bohr: Atomfysikk og menneskelig erkjennelse. 43. Otto Lindemark: Medisiner før og nå. 44. George Gamow: Mr. Tompkins i Drømmeland. 45. Carl P. Swanson: Den levende celle. 46. Francis Crick: Om molekyler og mennesker. 47. Ivan Niven: Reelle tall.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Gunnar Randers og Jan M. Ddderlein X

Reaktoren og bomben

OSLO 1968

J. W. CAPPELENS FORLAG

© J. W. Cappelens Forlag A/S 1968 Trykt hos Emil Moestue A.s, Oslo Omslag ved Terje Fuglseth

Innhold 7

Innledning........................................................................................

1. En 2000-årig reise mot forståelse....... .................................. 15 Begynnelsen. - Kjemien dominerer. - Atomet kan forvandles. Atomfysikkens æra. - Kjernefysikk.-Nøkkelen til uranatomets spaltning. - Gåtens løsning, fisjonen. - Kjedereaksjonen ut­ nyttes for første gang. - Kjedereaksjonen utnyttes for annen gang. 2. Atomer, hva og hvorfor ......................................................... 32 Vi deler og deler. - Litt atomteori. - To sidesprang i fysikkens mysterier. - Krefter mellom elementærpartikler. - Vi bygger atomer. - Hvorfor er de stabile? -1 grenseland. 3. Store energier fra små masser ............................................. 55 Kjernereaksjoner er ikke alltid atomsprengning. - Fisjon er «virkelig» atomsprengning. - Hva veier en fisjon ? - Hvor mye energi får vi? 4. Kjedereaksjonen kommer til unnsetning ............................. 65 Vi prøver å lage atomenergi. - Prøv igjen. - Kjedereaksjonen. Hva har kjernefysikken gitt oss? 5. Reaktoranatomi...................................................................... 71 Neutronmultiplikasjon. - Hvor blir det av neutronene? Hvorfor har ikke jorden eksplodert? - Spaltbare stoffer. - Ikke bare kritisk masse men også kritisk konsentrasjon. - Reaktoren. 6. Bomben................................................................................... 80 Teknisk beskrivelse av en atomsprengladning. - Atombombens konstruksjon. - H-bomben. - Hvorledes virker atombomber? Vanskeligheter ved å lage en atombombe. - «Bomben» gjør nytte for seg. 7. Bomben temmes .................................................................... 106 En bombe blir en reaktor. - Ut med varmen. - Reaktorens privat­ liv. - Nesten en sprengladning. - Vann er et godt bremsemiddel. - Vi lager en ny slags reaktor. - Reaktorens privatliv en gang til. Som en låvevegg. - Hva er vitsen ved tungtvann? - Hurtige reaktorer kan brukes likevel. 8. Brenslet som formerer seg..................................................... 130 Hvor mye energi har vi? - Ikke bare uran, men nok uran. Uranets lange vei. - Reaktorprodusert brensel. - Mer neutronsyklus. - Formeringsreaktorer og andre underlige dyr. 9. De første reaktorfamilier ..................................................... 142 Mange slags reaktorer. - Atomenergifabrikker. - Store ting i små pakker. - Motorer. - Neutronfabrikker. - Kan reaktorens uranladning eksplodere? - Reaktorsikkerhet.

5

10. Uanede muligheter anes......................................................... 157 Slave-energi. - Energireserver og luftforurensning. - Mer vann. - Atomskip. - Utnyttelse av ødemarker. - I rommet og på planetene. 11. Isotopeventyret .................................................................... 168 Hva er radioisotoper? - Hvordan lager man radioisotoper? Hvorfor er radioisotopene så nyttige? - Operasjon uten kniv og blod. - Diagnoser med stråler. - Mer og bedre mat. - Radio­ isotoper i industrien. - En ny slags atomreaktor. - Litt av hvert. Livet i cellene. 12. Fusjonen - storebror blant energikildene............................. 190 Disse reaksjonene bruker vi. - Hvilke temperaturer? - Ikke fast stoff, ikke væske, ikke gass. - En fusjonsreaktor. 13. Stråler - til skade og nytte..................................................... 199 Celler og vev. - Litt om stråling og arvestoffet. - Kan vi reparere strålingsskader? - Helsefare - helsebot. 14. Verdens håp eller undergang? ............................................. 205 Appendiks.............................................................................. 213 Grunnstoffenes navn og betegnelser.

Innledning

Denne boken handler om to forskjellige verdener. To verdener som er så forskjellige som en kirke og en natt­ klubb. Eller som en konsertsal og en kolonialforretning. Forskjellen består ikke i at den ene er bedre enn den andre - men i at de angår helt forskjellige sider av mennes­ kets virksomhet. De to verdener vi skal snakke om i denne boken, karakteriseres begge ved ordet atom eller atom­ kjerne. Men der forsvinner også likheten. Den verden som den første delen av boken konsentrerer seg om, er den hvor forståelsen spiller hovedrollen. For­ ståelsen av og innsikten i alle de mangfoldige fenomener som atomenes verden presenterer for oss. Det er en for­ ståelse som er resultatet av århundrers møysommelige arbeid av vitenskapsmenn og forskere som bare har hatt som mål å avsløre de prinsipper som styrer verden om­ kring oss. I denne verden er det tenkemåten som spiller hovedrollen. Det er menneskenes måte å betrakte om­ givelsene på, deres måte å trekke sine konklusjoner på, som fanger interessen, som skaper dramaet i denne verden. Det er ikke den måten de kler seg eller spiser på, eller de mer eller mindre luksuriøse omgivelser de ferdes i. Ikke desto mindre er denne verden minst like dramatisk, like spennende, like fengslende som den verden vi vanligvis møter i avisene og i dagliglivet. Den annen del av boken handler om den verden som vi får servert ved frokostbordet, gjennom avisene, radioen og fjernsynet. Den verden hvor endringer i tanker og livs­ 7

syn spiller en underordnet rolle, en verden hvor begiven­ hetene angår husmorens liv i kjøkkenet, barnas liv med leketøyet og husfarens liv på kontoret eller i bedriften, på verkstedet eller i forretningen. Det betyr kort sagt den praktiske anvendelse av forståelsen som den første verden har skapt. Anvendelsen til å forbedre eller forverre, etter som man ser det, de materielle forhold i menneskenes samfunn. Vi kan allerede merke lesernes gryende mistanke: Hva mener forfatterne er viktigst? Skal vi forberede oss på et angrep på materialismen, eller skal vi forberede oss på nedvurdering av de intellektuelle verdier? La oss med en gang eliminere enhver mistanke. Det faktum at denne boken er likelig fordelt mellom de to verdener - forståelsen av atomene og anvendelsen av dem - viser vel at forfatterne ikke ønsker å fremheve den ene fremfor den annen. De fleste vitenskapsmenn har med tiden lært at selv om kanskje spørsmålet om forståelsen er det vesentlige for deres egen tenkemåte, er suksessen i det praktiske liv nøkkelen til støtte og midler fra samfunnet for å oppnå forståelsen. Selv om vitenskapsmennene opp­ nådde en forståelse som kunne konkurrere med den man vanligvis tillegger Vår Herre, ville dette ikke ha vakt sensasjon eller omveltning i verden i sin alminnelighet, hvis ikke denne forståelse førte til materielle resultater som ville influere på det daglige liv. De intellektuelle produkter som Bohr og Rutherford skapte i verden nr. 1, ville aldri formådd å skape den interesse for atomforsk­ ning som den amerikanske hær og kjempekonsernet Gene­ ral Electric har skapt i verden nr. 2. Vi skal bare være klar over én ting, og det er at den mest dyptgående forandring er kanskje den som skapes i verden nr. 1, den som skapes av en dypere og ny forståelse, en ny tenkemåte, et nytt livssyn som frembringes etter hvert som vitenskapen går frem. En husmor som telefonerer til sin kjøpmann og får levert dypfrossen stek og legger den i sin 8

egen fryseboks, behøver ikke intellektuelt å være forskjel­ lig fra eller ha noe annet livssyn enn den husmor som for 50 år siden gikk på torvet og kjøpte stek og bragte den hjem for å spise den før den ble dårlig. Men en husmor som er blitt fortrolig med tanken på at mennesket er et resultat av en utvikling gjennom millioner av år, og gjen­ nom krypdyr og pattedyr frem til nutidens menneske, har nødvendigvis et annet livssyn og en annen tenkemåte enn den husmor som tenkte seg en spesiell mystisk skaperakt hvor mennesket ble satt i sentrum, med en udødelig sjel, i motsetning til alle andre skapninger. Hun vil også tenke annerledes hvis hun er blitt fortrolig med Newtons og Keplers konklusjoner om at jorden ikke er i sentrum av Universet, ja ikke engang i sentrum av solsystemet, men bare er en klode som mange andre kloder - enn hun ville tenke hvis hun trodde verden var skapt med jorden som hovedpunkt med det formål å huse menneskene som verdens herrer og herskere. Den praktiske anvendelse av vår atomkunnskap i dag er viktig for verden og dens fremtid. Hele den moderne sivilisasjon er bygget på bruk av energi fra naturen til å øke den muskelkraft de enkelte mennesker har. De energi­ kilder vi hittil har brukt i form av kull, olje, vannkraft er begrenset, og i løpet av de neste hundre år ville det ikke være mulig å tenke seg sivilisasjonens fortsettelse, hvis man ikke fant nye energikilder. Atomenergien har løst dette problemet, og det er ingen tvil om at det blir behov for løsningen, ikke bare innen hundre år, men innen vår levetid. Allikevel er det også klart at anvendelsen av atomenergien i og for seg ikke forandrer våre tenkemåter og vårt livssyn. Indirekte kan den komme til å gjøre det, fordi den kan lede til nye oppdagelser og forandringer i vår forståelse av naturen. Men selve det at man bruker atomenergi istedenfor olje- eller vannenergi, behøver i det hele tatt ikke å influere på den alminnelige manns tenke­ måte. I dag er det andre områder i vitenskapen som for9

åndrer på våre tenkemåter. Det er områder som går under de forholdsvis ukjente navn som cybernetikk, informasjonsteori, systemkontroll osv. som ser ut til å skulle endre vår livsfilosofi. Alle snakker om de nye kompliserte, elek­ troniske regnemaskiner til ti og hundre millioner kroner, men diskusjonen dreier seg stort sett om de rent praktiske anvendelser, hvor man gjør operasjoner som for så vidt har vært gjort tidligere - bare meget langsommere. Det som kan lede til en ny tenkemåte for menneskene er imid­ lertid at man under utviklingen gradvis har oppdaget at selve menneskenes tenkemetode er uhyggelig lik maskine­ nes virkemåte (eller kanskje det er omvendt?). Man er kommet så langt at man begynner å lete etter de små eiendommeligheter som er avgjørende når det gjelder å karakterisere forskjellen mellom en menneskehjerne og en elektronisk regnemaskin. Det som vil sjokkere mange mennesker er å høre at kanskje 90 % av de operasjoner som menneskene var vant til å betrakte som så å si hellige og patenterte for menneskehjernen, og derfor et ansvar og en forpliktelse for mennesket, i virkeligheten kopieres av regnemaskiner, eller rettere sagt utføres av regnemaskiner med vel så stor sikkerhet og mangfoldighet som i en almin­ nelig menneskehjerne. Det er nok riktig som det stadig har vært sagt at av en maskin får man ikke mer ut enn det man putter inn, men det man har begynt å oppdage er at dette gjelder også i stor grad en menneskehjerne. La oss med en gang si at det finnes forskjeller, det er ingen som er i tvil om det. Det er bare det at de forskjellene er tydelig­ vis mindre og ligger kanskje på et annet plan enn det vi vanligvis tror. At dette i det lange løp kan lede til forstå­ elsen av at mennesket allikevel er langt overlegen noen maskin, er slett ikke utelukket. Men foreløpig er vi ikke kommet lenger enn til at vi har vanskeligheter med å finne forskjellen. Men tilbake til våre to atomverdener. Vi skal beskrive to verdener som begge er forholdsvis nye. Forståelsens verden er kanskje eldre og har forandret 10

seg mer kontinuerlig enn anvendelsens verden. Det er ganske betegnende å tenke på at ordet kjerneingeniør ikke eksisterte for tyve år siden. Selv i dag er vi redd for at iall­ fall her i Norge ville de fleste mennesker se tomt på en, hvis man sa at ens virke var å være kjerneingeniør. Ikke desto mindre eksisterte det selv for ti år siden 5000 slike spesialister i verden. Man venter at om ti år vil det være ca. 50 000 kjerneingeniører. Denne voldsomme økingen i antall av en spesiell type spesialister er på mange måter foruroligende. En øking i antall på en faktor ti i løpet av tyve år er utvilsomt langt større enn økingen i den al­ minnelige befolkning i de industrialiserte land som ikke engang vil fordoble seg på tyve år. Betyr dette at vi går mot en tid hvor befolkningen i sin helhet vil bli kjerne­ ingeniører? Naturligvis ikke. En grunn for den hurtige øking er selvfølgelig at kjerneenergien, atomenergien, fremdeles er en ung, hurtigvoksende virksomhet. På den annen side ser vi jo at nye og hurtigvoksende områder på den tekniske siden dukker frem stadig oftere, og selv om vi betrakter hele gruppen av vitenskapsmenn og inge­ niører i verden, ikke bare kjernespesialistene, så later det til at deres antall vokser forholdsvis mye hurtigere enn hele befolkningen. Så man kan jo si at mye tyder på at vi iallfall beveger oss mot en tid og en verden med en sterkt vitenskapelig og teknisk betonet befolkning. Mange liker ikke denne utviklingen. «Så kjedelig det blir å få en verden full av vitenskapelige og tekniske spesi­ alister!» eller «Er det ikke trist at vi skulle komme til å leve i en slik periode hvor tilfeldige svingninger i utviklin­ gen har ført til at det blir en gullalder for bokormer og spesialister?» I virkeligheten er ikke dette riktig. Det økende behov for vitenskapelig og teknisk utdannelse er langt mer enn en tilfeldig svingning. Det er et symptom på den dypeste forandring som foregår i det menneskelige samfunn, en utvikling som har pågått i flere hundre år og som vil 11

I

fortsette bestandig. Det er en jevn utvikling fra overtro og uvitenhet mot rasjonell tanke og kunnskap. Det den viser er en gradvis spredning av det man kaller den vitenskape­ lige metode utover den trange grense som fysikk og kjemi antyder, og ut til det daglige liv for alle mennesker. I virkeligheten er den økende anvendelse av rent tekniske hjelpemidler i livet bare en av de mindre følger av den gradvise øking i evnen til å tenke og handle rasjonelt, til å forstå og styre naturens mysterier istedenfor å være engstelig og redd for dem. Istedenfor den gamle metode med å prøve trolldom og heksekunst for å oppnå hva man ønsker her i livet har utviklingen i økende hastighet innført det vi kaller den vitenskapelige metode, nemlig det å undersøke ukjente problemer uten å ha forutinntatte meninger, uten for­ dommer. Det vil si omhyggelig bygge opp nye kunnskaper på det solide grunnlag som allerede er lagt ved tidligere undersøkelser, å akseptere og utnytte de resultater man kommer til enten man liker dem eller ikke. Det er i grun­ nen ikke så mye de nye tekniske hjelpemidler som frem­ bringer en befolkning med en vitenskapelig innstilling. Det er den nye måten å se på verden som endrer mennes­ kene. Det å akseptere ærlig, metodisk studium av alle problemer, fra barnepsykologi til reklamemetoder, for­ andrer samfunnet og gjør gradvis vitenskapelig trening like vesentlig for fremtiden som gode manérer var i gamle dager. Det er derfor ingen vei tilbake. Vi kan ikke håpe på at det nye store behov for vitenskapsmenn og ingeniører plutselig ved en tilfeldig svingning skal forandres til et behov for et stort antall av poeter og malere, selv om dette på mange måter kunne være en tiltalende tanke. Det er sivilisasjonen selv som forlanger at samfunnet skal ha flere folk med kunnskaper om naturen og dens måte å virke på. Vi må huske på at denne utviklingen har pågått i lange 12

tider. En alminnelig realskoleelev i dag ville sannsynligvis ha vært betraktet som en høyt kvalifisert vitenskapsmann for tre-fire hundre år siden. Såvidt vi kan se, vil den generelle forståelse hos en alminnelig ingeniør i dag sannsynligvis bli vanljg for kunnskapsnivået hos skole­ elever om hundre år eller så. Noen vil kanskje spørre hva vitenskapsmennene, alle disse nye vitenskapsmennene, skal gjøre i fremtiden. Har vi ikke funnet ut de fleste ting nå? Atomkraft og måneraketter, regnemaskiner og p-piller. Er vi ikke nær den endelige kunnskapsgrense ? Det ville være en stor feil å tro at vi nærmer oss noen grense for vitenskapelig kunnskap. For femti år siden var det ikke engang mulig å gjette at det eksisterte noe innen­ for en atomkjerne, som det ville være umaken verd å studere. I virkeligheten visste man ikke engang at det eksisterte en atomkjerne. På samme måte kan vi naturlig­ vis i dag ikke engang gjette hva vitenskapsmennene vil studere om femti år. Bare tenk på noe slikt som studiet av livet, av livsvirksomheten! Det er først i de siste ti-tyve år at den grunnleggende begynnelse er gjort på dette feltet. I realiteten er det jo også slik at til tross for at vi kan kontrollere atomkraften i dag, har vi fremdeles ikke noen tilfredsstillende teori eller forståelse for elementærpartiklene som vi arbeider med. Alvorlig, eksperimentell, viten­ skapelig virksomhet har bare eksistert i verden noen få hundre år, og sannsynligheten taler for at vi fremdeles har noen tusen millioner år å eksistere her på jorden. Det er litt tidlig å tro at vi er ved slutten av den vitenskapelige utvikling. I virkeligheten har vi såvidt kikket gjennom nøkkelhullet. En ting har vi imidlertid lært i løpet av de siste ti-tyve årene. Hvis vitenskapsmennene ikke hadde fulgt den lange, tunge og møysommelige vei gjennom forskning og utvikling til atomenergi, ville det ikke vært noe håp for den vestlige verdens sivilisasjon i fremtiden. Enda mindre ville det vært noe håp for den underutvik­ 13

lede del av verden til å komme opp på det nivå av materiell standard og vitenskapelig forståelse som den industriali­ serte verden har oppnådd. Uten en ny kraftkilde for frem­ tiden var den eneste tenkelige fremtidsløsning at vi måtte senke vår standard for å lage en rimelig materiell likhet her i verden, noe som utvilsomt ville ha vært nødvendig for å sikre fredelige forhold i det lange løp. Vi må derfor si at vi har lært verdien av vitenskapelig forskning som grunnlag for den fremtidige sivilisasjon. Og denne utviklingen er på ingen måte kjedelig eller sørgelig. Naturen er i virkelig­ heten adskillig mer fantastisk enn selv de mest dramatiske hendelser våre forfattere eller politikere kan produsere. Naturen har adskillig større kraft enn det mange mennes­ ker ønsker å kalle overnaturlige krefter. Vi skal også huske på at vårt liv i et moderne, teknisk sivilisert land, slik som vi lever det hver dag, er så full­ stendig fritt for mange av de lidelser og savn som var alminnelig i tidligere tider at vi simpelthen har glemt dem, og ikke husker dem når vi til sine tider fortviler over de forhold vi lever under. La oss så gå over til et besøk i de to atomverdener vi her kort har beskrevet, atomforståelsens verden og atomanvendelsens verden. Begge ligger i dag foran oss med ukjente muligheter, anvendelsens verden med muligheter på både godt og ondt. Begge har en tiltrekning som gjør at menneskehetens utvikling er en enveistrafikk enten vi ønsker det eller ikke.

1

En 2000-årig reise mot forståelse

Vi velger å begynne med å fortelle historien om atom­ energien, fordi dette gir et menneskelig og utviklingsmes­ sig perspektiv på de mer tekniske betraktningene vi gir plass for i resten av boken. Dette medfører at noen få av de uttrykk og beskrivelser vi gir i resten av dette kapitlet kanskje vil virke fremmede. I så fall vil man finne disse nærmere beskrevet senere. Vi tror at det vil gi en interessant opplevelse å lese historikken om igjen, etter at man har sett på de tekniske kapitlene. Da vil man kunne se mange sider av atom­ energien i et nytt lys, og kanskje oppfatte flere nye interes­ sante sammenhenger. Men skulle De være svært lite inter­ essert i historie, så er boken slik skrevet at De kan gå rett løs på «Atomer, hva og hvorfor».

BEGYNNELSEN

Som så mange andre vitenskaper har også atomteorien sin opprinnelse hos de gamle grekere. At vi kan følge atomets historie så langt tilbake, skyldes en serie merkelige - ja nesten mystiske, sammentreff. I 1417 gjenoppdaget man et dikt av en gammel romer som het Lucretius. Dette diktet, «Om tingenes sanne vesen» (De Rerum Naturæ), var en hyldest til den epiku­ reiske lære, formulert av ateneren Epikuros omkring vår tidsregnings begynnelse. Hva har så dette diktet med

15

atomteori å gjøre? Jo, Epikuros’ filosofiske system var en forfinet materialistisk nytelseslære. Som understøttelse for denne læren trengte han en enkel og materialistisk verdens­ oppfatning, som kunne befri menneskene for enhver frykt for høyere makter. Først da kunne de hengi seg fullt og helt til hans filosofi. Han fant grunnlaget for et slikt ver­ densbilde i sin landsmann Demokritos’ «atomteori». Demokritos (ca. år 400 f. Kr.) sier: «Alt består av tomt rom og massive og udelelige ele­ menter. Det er en uendelig mengde av disse udelelige elementer, men et stoff skiller seg fra et annet ved disse elementenes form og beliggenhet.» Siden «udelelig» på gresk nærmest er «atomos» (a = ikke, tomos = skjære, kutte) ble denne læren kalt «atomlæren». Denne dannet altså en viktig forutsetning for Epikuros’ filosofi som ble så forherliget i Lucretius’ dikt. Renessansen med sin interesse for den antikke kultur gav god grobunn for det gjenoppdagede atombegrep. Slike giganter som Francis Bacon og Galileo Galilei var inne på atomistiske tankeganger. Noen vesentlig videre utvikling av atomforestillingen ble det ikke før John Dalton på attenhundretallet utviklet denne til en teori som skulle bli grunnleggende for materieforskningen. De tre hovedprinsipper i Daltons teori er enkle nok, og man ser klart linjen tilbake til Demokritos’ ideer, idet Dalton hevder (i 1808): 1. Alle kjemiske elementer er sammensatt av små udelelige materiepartikler, atomer, som beholder sin individuali­ tet i alle kjemiske forbindelser. 2. Atomene av samme element er like på alle måter, særlig nevnes at de er like i vekt. 3. Forskjellige kjemiske stoffer fremkommer ved enkle sammensetninger av atomer. Et annet av Daltons vesentlige bidrag var at han som den første lot spesielle symboler, kjemiske symboler, re­ presentere selve atomene. 16

KJEMIEN DOMINERER

Daltons arbeid gav kjemien en kraftig stimulans, slik at denne disiplin vokste frem til et stort vitenskapelig felt i det nittende århundre. Ved århundreskiftet hadde man et stort erfaringsmateriale om kjemiske reaksjoner, en for­ holdsvis klar forestilling om atomets rolle basert på dets udelelighet, og sist men ikke minst en tabell over grunn­ stoffenes eiendommelige periodiske system, som var den store russer D. I. Mendelejevs bidrag. Det er verd å presi­ sere at man ennå ikke hadde sett den minste antydning til at atomet skulle la seg dele opp. Tvert imot fikk man stadig nye eksempler på hvorledes atomet bevarte sin udelelighet gjennom de mest dyptgående kjemiske for­ vandlinger.

ATOMET KAN FORVANDLES

11890-årene begynner en ny epoke i atomteorien, en epoke hvis mest revolusjonerende oppdagelse var at atomet al­ likevel ikke er udelelig. Denne æra ble innledet da opp­ merksomheten ble ledet vekk fra elementenes rent kje­ miske egenskaper, ved oppdagelsen av at visse elementer sendte ut noen merkelige stråler av en helt ny art. Disse strålene, som senere ble kalt radioaktive stråler, vakte straks stor interesse og ble gjenstand for intense under­ søkelser av både fysikere og kjemikere. Det er i virkelig­ heten i denne perioden at atomteoriens historie skiller seg fra kjemiens historie og begynner å gå sine egne veier. Det er også i denne perioden at den store interesse for atombegrepet skifter over til fysikerne, fra tidligere vesentlig å ha ligget hos kjemikere. Etter forgjeves å ha søkt å forklare fremkomsten av de ukjente stråler ved forskjellige typer kjemiske reaksjoner, forbrenning etc., fastslo til slutt oppdageren av den radio­ aktive stråling, A. H. Becquerel: «Eksperimentene tillater oss å slå fast at alle uransalter, av hvilken opprinnelse de 17

enn er, sender ut stråling av samme natur, og at denne egenskap (dvs. utsendelsen av stråler) er en atomær egen­ skap som er bundet til elementet uran.» Avgjørende her er observasjonen at strålingen kommer fra selve atomene og ikke fra deres vekselvirkning med hverandre. Denne observasjon utnyttes et skritt videre av fru Marie Curie, som i en artikkel i «Revue Scientifique» år 1900 skriver: «Den radioaktive materie undergår en kjemisk forvand­ ling, som er kilden til deres strålingsenergi, men dette er ingen alminnelig kjemisk omvandling, for en kjemisk pro­ sess lar selve atomene uforandret. Det som forandres i det radioaktive element må være atomet selv, for det er i atomene at radioaktiviteten er bundet.» Kanskje mer bemerkelsesverdig enn det høyverdige vitenskapelige arbeid som ble utført av mange rundt år­ hundreskiftet, er allikevel at den tids vitenskapsmenn så klart forstod den store rekkevidde av de oppdagelser som ble gjort. Pierre Curie mottok i 1903, sammen med sin hustru Marie og A. H. Becquerel, Nobelprisen i fysikk for sine oppdagelser. Han avgav da følgende uttalelse, som vi nå kan se var rent visjonær: «Man må anta at de radio­ aktive elementer selv inneholder den energi de utsender ... Den varmemengde som utvikles av radium i løpet av noen år, er enorm når man sammenligner med den varme som utvikles av en hvilken som helst kjemisk reaksjon svarende til den samme materiemengde... Dette fører til den antagelse at den radioaktive forvandling må ligge dypere enn de vanlige kjemiske forvandlinger, atomenes egen eksistens er satt på spill, og man står overfor elementforvandling, men ikke slik som alkymistene hadde forestilt seg: den uorganiske materie utvikler seg uimotståelig gjen­ nom tidene, idet den følger evige, urokkelige lover. Man kan spørre seg om det er til menneskehetens fordel at den kjenner naturens hemmeligheter, om den er moden til å nyttiggjøre seg disse, eller om disse kunnskaper kanskje vil bli til skade for menneskene. Nobels oppdagelse er et 18

karakteristisk eksempel. Sprengstoffene har gjort det mu­ lig for menneskene å utrette beundringsverdige arbeider. Men de er også et forferdelig destruktivt våpen i hendene på de store forbrytere som leder folkene til krig mot hverandre. Jeg tilhører dem som sammen med Nobel tror på at menneskeheten skal kunne dra mer nytte enn skade av de nye oppdagelser.» Nesten parallelt med ekteparet Curies store fremskritt gjorde engelskmannen J. J. Thompson oppdagelser som skulle vise seg like viktige for den fortsatte utvikling. Ved forsøk med elektriske utladninger i fortynnede gasser hadde man tidligere observert en merkelig stråling som ble utsendt fra den negative elektrode i gassutladningsrøret. Disse strålene, som senere ble kalt katodestråler, ble nøye undersøkt av Thompson. Han påviste at strålene i virkelig­ heten var strømmer av negativt ladede småpartikler, også kalt elektroner, som hadde meget store hastigheter. Videre fant han at disse strålene ikke bare forekom i forbindelse med elektriske gassutladninger, slik man først hadde antatt, men også ved en rekke andre fenomener. Thomp­ son kom derfor til følgende avgjørende konklusjon: «Korpusklene (elektronene) synes å utgjøre en del av all slags materie under de mest ulike betingelser; det synes derfor naturlig å betrakte dem som noen av de byggestener atomene er satt sammen av.» Som vi ser går Thompson et stort skritt lengre enn ekteparet Curie. Han hevder, (som fru Curie), ikke bare at atomet kan tenkes foranderlig, men han hevder til og med å ha påvist en av byggestenene for de tidligere «udelelige» atomer.

ATOMFYSIKKENS ÆRA

Disse to uventede oppdagelser, at atomet virkelig kunne sende ut noe og derved forandres, og at det hadde «byggestener», førte til en enorm interesse for den videre utforsk­ ning av atomene. Som naturlig kan være knyttet interessen 19

seg særlig til undersøkelser av hvorledes atomet var bygget opp, og ikke minst til spørsmålet om det var mulig å få splittet atomet opp i mindre deler. Allerede på dette stadium kan vi si at arbeidet går videre i to retninger: den retning som prøvde å konstruere en god modell av hele atomet og forklare atomenes kjemiske egenskaper, og den retning som konsentrerte sin oppmerk­ somhet om en liten og tilsynelatende ubetydelig del av atomet, nemlig dets kjerne. Utgangspunktet for denne deling er E. Rutherfords oppdagelse (1911) av at nesten hele atomets masse er konsentrert i en meget liten kjerne ladet med positiv elektrisitet, mens de negativt ladede elektroner (som Thompson oppdaget) tok opp mestepar­ ten av atomets volum, til tross for at de hadde forsvinnen­ de liten masse. Den danske fysiker Niels Bohr tok for seg Rutherfords oppdagelse og utviklet sin geniale atommodell, idet han gjorde flere antagelser, som klart brøt med tidligere fore­ stillinger i flere grener av fysikken. Denne modell er det som fremdeles danner grunnlaget for vårt bilde av atomet og vår forståelse av de forskjellige atomers kjemiske egen­ skaper (se kap. 2). Det store arbeid som er utført innen atomfysikken siden Bohr fremla sin første modell i 1913, skal vi ikke følge videre her. Vi skiller nå lag med atom­ fysikken, og går over til å følge studiene av kjernen i atomet, de studier som senere er blitt til den så omfattende disiplinen «kjernefysikk».

KJERNEFYSIKK

Kjernefysikken tar som sitt utgangspunkt oppdagelsen av den lille atomkjernen som vi allerede har nevnt. Kjernens kompakthet hadde allerede Rutherford forståelsen av. Det viser seg at hvis vi kunne få fylt et knappenålshode med tettpakkede atomkjerner (noe som er umulig!), ville det veie omtrent 100 000 tonn! Som man kunne vente var 20

denne kompakte kjerne nesten umulig å sprenge eller å spalte stykker av. Ikke desto mindre var det nettopp dette man måtte forsøke å få til for å få nærmere greie på hvor­ ledes kjernen var bygget opp. Det første prosjektil som man lyktes å få til å trenge inn i en atomkjerne, var de stråler som ekteparet Curie opp­ daget, nemlig strålene fra radium. På det tidspunkt visste man allerede at noen av «radiumstrålene», også kalt «alfa-stråler», i virkeligheten bestod av kjerner av heliumatomer. Rutherford gjorde i 1918 en avgjørende opp­ dagelse, en oppdagelse som i betydning kanskje står over mange av de vi allerede har nevnt. Han fant at når strå­ lingen fra radium, alfastråler, ble sendt mot nitrogengass (kvelstoff) ble det dannet hydrogenkjerner (vannstoff). Han gav denne observasjon den riktige og revolusjone­ rende tolkning: nitrogenatomkjernen var blitt spaltet, og en av spaltningsdelene var hydrogenatomkjernen. Langt senere fant man at den andre delen var oxygenatomkjerner (surstoff). Da gjennombruddet først var gjort, fulgte nye atom­ sprengninger slag i slag. Man lærte seg også å benytte andre våpen enn alfastråler for å sprenge atomkjernene. Det man hele tiden var på jakt etter var imidlertid ikke i og for seg nye måter å fremkalle atomkjerneforvandling på. Man ville først og fremst presse ut mest mulig infor­ masjon om kjernenes oppbygging. Igjen gikk det en peri­ ode hvor hundrevis av større og mindre vitenskapsmenn forsøkte å fravriste atomkjernen dens hemmelighet; igjen bygget man opp et stort erfaringsmateriale som til slutt skulle tillate én mann å samle alle trådene i sin hånd og ta det avgjørende skritt fremover; og igjen foregrep geniets intuisjon den virkelige oppdagelse. Allerede i 1920 forutsa Rutherford eksistensen av en ny partikkel som han tenkte seg satt sammen av en hydrogenatomkjerne og et elektron, og som derfor skulle være elektrisk nøytral. Rutherford mente at denne nøytrale partikkel måtte spille en sentral 21

rolle i oppbyggingen av atomkjernen. Samtidig var han klar over at det ville bli meget vanskelig å påvise en slik partikkel fordi den altså skulle være uten elektrisk ladning. Denne hypotesen var bygget på svært få konkrete opp­ lysninger, og den måtte vente helt til 1932 for å få sin bekreftelse. Da fant nemlig engelskmannen Chadwick at en rekke tilsynelatende enkle eksperimenter med høyst uventede og uforståelige resultater (eksperimenter utført både av ham selv og andre) kunne forklares ved å anta eksistensen av en partikkel som han kalte neutronet, og som nettopp hadde de egenskaper Rutherfords nøytrale partikkel måtte ha. Samtidig fant man visse egenskaper ved neutronet som tydet på at det ikke var en direkte sammensetning av en hydrogenatomkjerne og et elektron. Man sluttet derfor at neutronet var en egen primær par­ tikkel, og det viste seg at det hadde en masse omtrent like stor som hydrogenatomet. Nå var man i stand til å sette opp en tilsynelatende perfekt og motsigelsesfri modell av atomkjernen, som i de groveste trekk svarer til den vi har i dag. Det er stort sett denne modell som blir nærmere beskrevet i kap. 2.

NØKKELEN TIL URANATOMETS SPALTNING

Neutronet hadde en egenskap hvis vidtrekkende betydning allerede Rutherford forutså, nemlig at dets elektriske nøy­ tralitet fører til at det ikke blir frastøtt av de elektrisk ladede atomkjerner. Man ventet derfor at neutronet lett skulle kunne trenge inn i de sterkt ladede tunge atomkjer­ ner, som selv ikke de energirikeste alfastråler fra radium hadde greid å gjennomtrenge. Den som først og fremst konsentrerte sine studier om hva som kunne utrettes med neutronet var italieneren Enrico Fermi. Han fant bl. a. at neutroner som beveget seg langsomt, særlig lett kunne trenge inn i atomkjernene, altså det stikk motsatte av forholdene ved alfapartikler. 22

For disse er høy hastighet avgjørende for gjennomtrengningsevnen. Etter å ha funnet at hurtige neutroner kunne bremses ned ved å la dem kollidere med lette atomkjerner, særlig hydrogen, oppdaget Fermi en rekke nye radioaktive stoffer som han frembragte ved å la neutroner bli innfanget i vanlige atomkjerner. Et av de elementer Fermi i 1934 brukte til sine eksperimenter med neutroner var uran, grunnstoff nummer 92. De radioaktive stoffer som da fremkom, var tydeligvis ikke de nærmest lavereliggende i det periodiske system; og Fermi sluttet derfor at han, for første gang i historien, hadde skapt kunstige grunn­ stoffer utenom de 92 i det aksepterte periodiske system, nærmere bestemt stoffene med atomnummer 93 og 94. Samtidig hadde han også frembragt noen stoffer som ingen på den tiden kunne identifisere. Dette vakte stor interesse hos fysikerne over hele verden, som gav seg til å studere disse såkalte trans-uran-elementer, altså elementer med atomnummer høyere enn uran. Fermis arbeid med transuranelementene bragte ham en Nobelpris i fysikk i 1938, en Nobelpris som på en høyst uventet måte skulle vise seg å ha den største innflytelse på atomenergiens videre historie. Fysikernes intense arbeid med transuranene førte til oppdagelse av mange nye radioaktiviteter, og tolkningen av eksperimentene ble vanskeligere og vanskeligere. Til slutt hadde man måttet anta at det var blitt dannet nye elementer med atomnummer opp til 97, og det var fore­ løpig intet som tydet på at det ville stoppe med dette. Mange følte at denne utviklingen var utilfredsstillende. Blant dem var tre tyske forskere, Lise Meitner, Otto Hahn og Fritz Strassmann. De mente det var ting som tydet på at noe av den radioaktivitet de fant i det neutronbombarderte uranet skrev seg fra radium, altså et element med lavere atomnummer enn uran. Denne teorien ble møtt med sterk motstand fra andre forskere. Hahn og Strassmann satte alt inn på å bevise med klare eksperimenter at de 23

hadde rett i sin teori. De kom etter mange forsøk frem til at blant resultatene av neutron-uranreaksjonene måtte det finnes enten radium eller barium. Den siste muligheten ble ansett som høyst usannsynlig. Barium har atomnummer 56, og en så lang rekke spontane radioaktive omdannelser som var nødvendig for å bringe atomnummeret fra urans 92 ned til bariums 56 anså man for absolutt umulig. Det ble derfor planlagt et forsøk som klart skulle vise at det ikke var barium man hadde med å gjøre. Dette forsøket gav som resultat at det ikke kunne være noen som helst tvil om at nettopp barium var til stede.

GÅTENS LØSNING - FISJONEN

Etter dette overraskende resultatet måtte man forsøke å angripe problemet fra et helt annet synspunkt. Den som først trakk konklusjonen var vel Hahn. Han skriver i desember 1938: «Resultatene tvang oss tilslutt til å anta at våre radium-isotoper ikke var radium men barium, et fullstendig uventet resultat. Uran var ved påvirkning av neutroner blitt spaltet i elementer med lavere atomnum­ mer.» Man hadde altså først etter nesten fem år funnet forklaringen på resultatene av Fermis eksperimenter med uran i 1934. Hahn-Strassmann-eksperimentene var av kjemisk ka­ rakter, og det var en delvis kjemisk påvisning av barium de hadde oppnådd. På en måte kan man derfor si at deres resultater gav et nokså indirekte bevis for urandelingen, eller fisjonen som den også ble kalt. Lise Meitner, som nå oppholdt seg i København, hørte om Hahns resultater og hans konklusjon. Hun var overbevist om at begge var riktige, og hun så en måte å vise dette direkte på. I sam­ arbeid med sine danske kolleger sendte hun (i begynnelsen av 1939) neutroner mot et stykke uran som var innesluttet i et såkalt tåkekammer. Derved ble uranatomene ganske 24

riktig sprengt i to omtrent like store kjerner, hvis spor tydelig kunne ses som tåkestriper i kammeret, omtrent på samme måte som man ser kondensstriper etter jetfly under spesielle atmosfæriske forhold. Uranfisjonens eksi­ stens var ugjendrivelig bevist. Hvilken betydning har så denne fisjonen? Vi har jo tidligere nevnt flere andre tilfelle hvor atomkjernene er blitt forvandlet, og hvorfor er da akkurat fisjonen av slik enorm betydning ? Den første av grunnene til dette visste man for så vidt straks fisjonen var oppdaget. Det er de ufattelige energimengder som blir frigjort i form av varme. Den andre hadde man en forutanelse om, av teoretiske grunner, og den ble også påvist i løpet av året 1939. Det var at det ble utsendt neutroner ved fisjonen. Med disse neutronene kunne man kanskje oppnå nye fisjoner, som så igjen kunne produsere nye neutroner osv. På denne måten kunne man muligens holde vedlike en energiutvik­ ling fra fisjoner, og det en energiutvikling som langt over­ gikk alle kjente, dvs. kjemiske, former for energiproduk­ sjon.

KJEDEREAKSJONEN UTNYTTES FOR FØRSTE GANG

Nesten alle de vitenskapsmenn som kjente til disse opp­ lysningene oppfattet straks deres revolusjonerende be­ tydning. Vanskeligere var det å få statsmenn og politikere til å forstå at man her hadde en oppdagelse som kunne få stor verdi som energikilde i fredstid, og hva som for øyeblikket, dvs. midt under den tyske offensiv i den 2. verdenskrig, var enda viktigere, at oppdagelsen kanskje kunne utnyttes til å lage et «super-våpen». I det videre arbeid treffer vi igjen italieneren Fermi, og tiden er inne til å komme tilbake til den Nobelpris som vinner sin særlige betydning ved å være tildelt nettopp Fermi nettopp i året 1938. Fermi ble sterkt kritisert i den italienske fascistpresse for ikke å ha opptrådt i fascist25

uniform og ha avgitt fascisthilsenen ved mottagelsen av prisen. Han benyttet prisutdelingen i Stockholm til, sam­ men med sin familie, å forlate Italia for godt for å bosette seg i De forente stater. I mars 1939 gjorde Fermi sammen med en liten gruppe forskere og militære en henvendelse til den amerikanske regjering for å gjøre oppmerksom på uranfisjonens mulig­ heter. Av mange grunner bragte denne aksjonen ingen resultater. De fremsynte personer som hadde vært med på henvendelsen var imidlertid like overbevist om viktig­ heten av sine oppfatninger, og ville ikke gi seg. De var også intelligente nok til å forstå i hvert fall et par av grun­ nene til at intet var kommet ut av den første henvendelsen. Derfor gjorde de et nytt forsøk, men denne gangen hadde de sikret seg hjelp av den vitenskapsmann som sannsynlig­ vis raget over alle andre i anseelse, både hos menigmann og hos den amerikanske president, nemlig Albert Einstein. Delvis på grunn av deres direkte private kontakter med president Roosevelt lot ikke resultatet vente på seg. Videre undersøkelser av atomkjernesprengningene ble tatt opp på det amerikanske krigsforskningsprogrammet. I mange vitenskapsmenns øyne var det halsløs gjerning å satse så mange penger som etterhvert gikk inn i atombombeforskningen på et så spinkelt grunnlag som det man dengang hadde. Andre påpekte at nesten hver dag som gikk uten intenst arbeid på dette, kunne være skjebne­ svanger, fordi det var kjent at tyske vitenskapsmenn ar­ beidet i stor skala på uranfisjonen ved Kaiser Wilhelminstituttet i Berlin. Det var for dette arbeidet det norske tungtvannet kunne komme til å vise seg avgjørende. Virkelig fart i det amerikanske arbeidet ble det først da japanerne angrep Pearl Harbor i 1941. Da ble det be­ sluttet at nesten uten hensyn til omkostninger eller tid skulle man løse oppgaven med å skape et våpen av uran­ fisjonen. Samtidig visste man at det kunne være flere forskjellige veier til målet, og man bestemte seg for å gå 26

alle veiene samtidig for å være helt sikre på å nå et resultat før aksemaktene. Fermis tidligere oppdagelse, at langsomme neutroner var særlig vel egnet til å fremkalle fisjon i uran, skulle vise seg å bli det avgjørende grunnlag for atomenergiens videre utvikling. En utenforstående som tittet inn i et 10 X 20 m stort rom under tribunene på en fotballstadion i Chicago de første dager av desember 1942, ville møtt et merkelig syn. Midt i rommet stod en firkantet stabel, omtrent 6x6x6 m, av planker og sorte briketter, tilsynelatende svært rotete sammensatt. Stabelen var på alle sider unntatt én behengt med grå ballongduk. Under byggingen av denne stabelen var dagens stående vits blant de deltagende viten­ skapsmenn (hvoriblant flere Nobel-pristagere i fysikk): «Hvis folk kunne se hva vi bruker halvannen million av deres dyrebare dollar til, ville de tro vi var gale. Hvis de visste hvorfor vi gjorde det, ville de være sikre på det.» Denne stabelen, grimete av kullstøv fra grafitten i briket­ tene, var verdenshistoriens første atomreaktor, eller «pile» som dengang var kjælenavnet, og den var samtidig uten sammenligning naturvitenskapens mest geniale produkt. Den 2. desember om morgenen ved halv ni-tiden samlet en gruppe på ca. 40 personer seg i det mørke, grå rommet. Hver gruppe var tildelt sin nøye gjennomtenkte rolle i det historiske, på overflaten svært udramatiske, drama som nå forestod. På en balkong i den ene enden av rommet stod Fermi og noen andre rundt neutrontelleapparater og andre instrumenter. Like under balkongen stod en annen av hovedpersonene, George Weil, som hadde til oppgave på Fermis ordre å trekke forsiktig ut av stabelen, dvs. reaktoren, en kontrollstav med en påmalt skala i fot og tommer. Inne i reaktoren var det dessuten en automatisk motor­ drevet kontrollstav. Det fantes også en «nød- og sikkerhets-stav». Fra den ene enden av denne staven gikk et tau 27

tvers gjennom reaktoren, og det var festet i et lodd. Staven kunne trekkes ut av reaktoren på den andre siden med et tau som var festet i balkongkanten. Like ved stod en av vitenskapsmennene klar med en øks for å kutte tauet hvis noe skulle gå galt med både eksperimentet og den auto­ matiske kontrollstaven. Som en endelig sikkerhetsforan­ staltning hadde man plasert tre mann på en plattform over t reaktoren, med hver sin bøtte kadmiumsaltoppløsning (sterkt neutronabsorberende materiale). De skulle helle oppløsningen over reaktoren hvis kontroll- og sikkerhetsstavene skulle svikte (fig. 1). * Alle gruppene hadde nøye inneksersert sin del av eks­ perimentet. Kl. 945 gav Fermi ordre om å trekke ut den automatiske kontrollstaven. Siden dette var det første skritt på veien, konsentrerte gruppen på balkongen all sin oppmerksomhet om telleapparatene som tikket svakt og ujevnt. 10°2 gav Fermi ordre om å trekke ut sikkerhetsstaven og knytte tauet fast til balkongkanten. Tikkingen fra telleapparatene øket litt. 1037. Uten et sekund å ta øynene fra instrumentene sa Fermi: «Trekk staven ut til 13 fot, George.» Tellerne tikket igjen litt raskere. Fermi studerte papirstrimmelen fra en skriver som var koblet til en av tellerne og derfor gav en grafisk fremstilling av hvor mye tellehastigheten øket etter hvert som eksperimentet skred frem. «Vi har enda et stykke å gå.» Så fulgte noen raske overslagsbereg­ ninger, og til slutt kom det: «Kurven vil stige omtrent hit og så flate ut.» Han pekte på papiret, og ganske riktig, etter et par minutter tegnet skriveren en rett linje der hvor Fermi hadde vist. 1100. Weil trakk ut staven ytterligere 15 cm med samme resultat: tellerne tikket raskere, og pennen på skriveren tegnet en svakt stigende kurve som etterhvert flatet ut igjen. * Se plansjer mellom side 32 og 33.

28

1115. Staven ut ytterligere noen cm. Tellehastigheten øket. 1125. Staven ut noen cm til. Tellehastigheten øket. Fermi visste nå at de nærmet seg, og ville kontrollere alt enda en gang. Den automatiske kontrollstaven ble satt inn igjen. Pennen på skriveren tegnet en raskt synkende linje, tikkingen fra tellerne ble langsommere. 1135. Etter denne kontrollen bestemte Fermi seg for å trekke den nylig innsatte kontrollstaven helt ut, slik at den eneste kontroll med reaktoren var det som enda var igjen av den staven som Weil passet på. Tellerne tikket raskere og raskere, pennen på skriveren tegnet en sterkt stigende kurve. Gruppen på balkongen stod som hypnotisert av pennen. Plutselig ble stillheten brutt av et dumpt smell. Alle frøs fast i et øyeblikks fortvilelse. Etter noen tiende­ dels sekunder gikk det så å si samtidig opp for alle at det bare var den automatiske kontrollstaven som var blitt skjøvet inn i reaktoren. Den automatiske sikkerhetsmeka­ nismen var blitt tilkoblet et for lavt nivå på telleapparatui ren, og det hele kunne rettes ved å trekke ut staven igjen og stille automatikken på et nytt og høyere nivå. Som så mange ganger tidligere kom det forløsende ord etter noen sekunder fra Fermi: «Jeg er sulten, la oss gå til lunsj.» Som rimelig kan være var alles tanker under lunsjen fylt av det som forestod. Lite ble spist og enda mindre sagt. Kl. 14 var alle tilbake på plass, og man begynte med å trekke ut den automatiske kontrollstaven enda en gang. 1450. Weil fikk ordre om å trekke sin kontrollstav ut ytterligere 30 cm. Tellerne gikk nå så fort at de holdt på å sette seg fast, mens pennen på skriveren var i ferd med å gå utenfor papiret, men fremdeles var ikke eksperimentet ved slutten. Telleforhold på all apparatur måtte forandres slik at målerne ikke gikk utenfor sine måleområder. 1520. Kontrollstaven ut 15 cm. Tellehastigheten øket. 1525. Fermi gav for siste gang Weil ordren: «Trekk 29

staven ut 30 cm til.» Like etter sa han til de omkringstående: «Nå er det gjort. Kjedereaksjonen i stabelen vil nå gå av seg selv. Kurven på skriveren vil fortsette å stige og stige uten å flate ut.» Etter dette så Fermi nøye på kurven og beregnet hvor fort den øket i en periode på ett minutt. Ett minutt eller så senere gjentok han denne beregningen. Enda en gjentagelse fulgte, etter ca. tre minutter, og som så mange ganger tidligere brukte han baksiden av regne­ staven sin til å notere på mens han regnet. Han var dypt alvorlig hele tiden, men etter denne siste regningen lukket han sin regnestav, smilte og sa: «Kjedereaksjonen går nå av seg selv. Kurven på skriveren er eksponensiell.» Hele gruppen hadde sin oppmerksomhet intenst rettet mot telle­ apparatene i 20 minutter mens historiens første kjedereak­ sjon pågikk, mens historiens første atomenergi ble utviklet. 1553. «O. K., sett inn den manuelle sikkerhetsstaven» sa Fermi. Tellehastigheten sank brått til en langsom, ujevn tikking, pennen på skriveren gikk raskt tilbake til utgangsstillingen, og hele eksperimentet var over. Men­ nesket hadde sluppet løs atomets krefter for første gang, under full kontroll, og hadde stoppet dem med bokstavelig talt en håndbevegelse. Straks de var kommet ut av Chicago Stadion, ringte en av de tilstedeværende fysikere, Nobelpristageren Compton, til en av sine venner. De hadde ikke på forhånd avtalt noen spesielt kodet meddelelse om den store be­ givenhet. Samtalen gikk slik: «Den italienske navigatør har landet i den nye verden,» sa Compton. «Hvordan var de innfødte?» spurte vennen. «Svært vennlige,» lød svaret.

KJEDEREAKSJONEN UTNYTTES FOR ANNEN GANG

Mens dette arbeidet pågikk, var man fullt klar over at det å bremse ned neutronene før de ble brukt til fisjon, var 30

en såvidt langsom prosess at det ikke kunne bli noen eksplosiv energiutvikling. For å få en bombe måtte man konsentrere seg om de hurtige neutronene, direkte slik de kom fra fisjonene. Det teoretiske arbeid og konstruksjonen av selve bomben foregikk i New Mexico under ledelse av den fremstående amerikanske fysiker J. R. Oppenheimer. Dette var den vitenskapelig mest krevende delen av ar­ beidet. Men det som kostet mest penger, kanskje gjorde mest inntrykk, og som i virkeligheten var årsaken til at man bygget egne «atombyer» med tilsammen 125 000 innbyg­ gere og brukte milliarder av dollar, var de rent tekniske problemer med å skaffe kilo-kvantiteter superrent uran (isotopen 235) og plutonium, som er bombens råmateriale. Resultatet av arbeidet så man første gang ved en prøveeksplosjon i ørkenen i New Mexico, nærmere bestemt kl. 530 om morgenen den 16. juli 1945. På det tidspunkt hadde man også nok materiale til å lage bomber som ble sluppet over Hiroshima og Nagasaki vel tre uker senere. Med dette er de mest grunnleggende deler av atom­ energiens og atombombens historie over. Vi kommer nå inn i en jevnere fase som vesentlig består i en stadig mer omfattende og mer hektisk teknologisk videreutvikling. Når det gjelder atomenergien, hadde denne periode kan­ skje sin første milepæl i 1951, da atomenergiprodusert elektrisitet for første gang gikk ut på strømforsyningsnettet. En annen milepæl var året 1966 da for første gang over halvparten av alle bestilte kraftstasjoner i De forente stater var basert på den oppdagelse som Otto Hahn så lakonisk karakteriserte med: «Uran var ved påvirkning av neutroner blitt spaltet i lavere elementer.»

2

Atomer, hva og hvorfor

Vi skal inn i helt ukjent land, og ikke bare det, vi må reise i blinde. Ingen har noensinne sett et atom eller en atom­ kjerne, og ingen vil noensinne komme til å gjøre det. Dessuten må vi regne med at alt er helt annerledes enn vi er vant til. For å kunne finne veien må vi lage oss et kart. Vi kommer til å kalle våre kart for «modeller». Det finnes mange slags kart, oversiktskart, detaljkart, i stor skala, i liten skala, nedbørskart, veikart etc. I atomverdenen finnes det enda flere slags kart eller modeller. De fleste og fineste er matematiske, og de er så innviklede at det nesten bare er han som har laget dem som forstår dem, men disse blir nokså riktige for de få heldige som kan tyde dem. Noen av modellene er så enkle at alle kan forstå dem, vi kaller dem anskuelige modeller, og selv fremstående matematiske fysikere må av og til ta seg et pusterom med en anskuelig modell for å komme ned på jorden igjen etter spesielt luftige spekulasjoner. Men vi betaler for «anskueligheten» med at modellene blir mer upresise. I resten av boken kommer vi til å bruke mer og mindre kompliserte anskuelige modeller. Men vi må passe på ikke å gjøre den vanligste og mest alvorlige feil ved bruk av modeller: vi må ikke forveksle modellen med virkelighe­ ten, ikke tro at kartet er terrenget. En modell kan aldri under noen omstendighet gi et fullstendig og riktig bilde, den kan bare gi et begrenset og anskuelig inntrykk av enkelte deler av det fenomen vi betrakter. Allikevel er det utrolig hvor dyp forståelse man kan oppnå med en god modell. 32

Fig.

1.

Den første reaktor går kritisk. Fermi, med noen medarbeidere, står på balkongen. Chicago 1942.

bygninger og biler til venstre på bildet.

Siden vi ikke kan se atomet, virker det jo merkelig at vi kan vite så meget om det. Dette har vi oppnådd ved å se, ikke atomet, men de virkninger atomet eller deler av det har under spesielle forhold. Det er nokså vanskelig å måle disse atomets virkninger, og ofte enda vanskeligere å forstå det vi måler. Derfor er det utviklet en hel vitenskap som har som oppgave å måle og å tolke målinger av atomers og partiklers indirekte virkninger. Vi kan ikke beskrive denne vitenskapen her, men vi må tro på den når den sier «slik er det», selv om vi ikke kan «se» noe.

VI DELER OG DELER

Matematikken har ofte lite med virkeligheten å gjøre, men den er på mange måter en grei vitenskap, for den stemmer med vår fornuft. Man kan f. eks. dele en ting i to deler i det uendelige, og hver gang få to like smådeler. Fysikken har meget med virkeligheten å gjøre, den er den mest virkelighetsnære av alle vitenskaper, men den er ikke alltid noen grei vitenskap. Svært ofte stemmer den slett ikke med den såkalte «sunne fornuft». Særlig ille blir det i atomfysikken, og ikke minst i atomkjernefysikken, hvor den «sunne fornuft» som regel bare er i veien. En så enkel ting som å dele en vanndråpe om og om igjen i to deler skaper vanskeligheter. La oss se hvordan det vil utvikle seg. Til å begynne med går det bra, vi får hver gang to nye vanndråper som er halvparten så store. Men så til slutt greier vi ikke å dele dråpen så lett, i hvert fall • • f ikke med enkle mekaniske midler. Vi kan forsøke å dele med kraftigere midler, f.eks. elektrolyse, og da lykkes vi. Det vil si ikke helt. For den vanndråpen vi delte, er ikke lenger vann. Den har merkelig nok delt seg i to deler, men de er slett ikke like. De to delene er hydrogen (vannstoff) og oksygen (surstoff), og de er begge i gassform. Det er altså ikke så enkelt som i matematikken. Vi har funnet at det er en minste del av vann som blir noe helt 2. Randers - Ddderlein

33

annet hvis vi prøver å dele den opp videre. Vi har også funnet at oppdelingen kan vi få til nokså enkelt, f.eks. ved elektrolyse. Denne minste delen av vann kaller vi et vann-molekyl. Alle andre stoffer består også av minstede­ ler, molekyler. Deler vi opp alle slags molekyler, vann, jern, diamanter, lebestift, melk, med vanlige kjemiske reak­ sjoner, som elektrolyse, koking, tilsetning av kjemikalier etc., så finner vi at alle stoffene (molekylene) er kombina­ sjoner av smådeler av tilsammen 92 forskjellige stoffer. Siden alt er satt sammen av disse stoffene, kaller vi dem grunnstoffer. For å slippe alltid å bruke de nokså lange navnene vi ville få på stoffene rundt oss (boblene i brus­ flasken er «karbondioksyd»), gir vi grunnstoffene egne forkortninger, som vist i appendiks I (da blir brusboblene CO2). Disse kaller vi grunnstoffenes kjemiske tegn. Hvis vi istedenfor å ta for oss en vanndråpe, begynner å dele på et grunnstoff, f.eks. gull, vil vi finne at den minste delen vi greier å dele opp i med vanlige kjemiske reaksjoner, fremdeles er gull (det er jo derfor vi kaller gull for et «grunnstoff»). Som vi hørte i første kapittel var dette grunnen til at denne delen fikk navnet «atom». Det kan være greit å vite litt om hvor stort atomet egentlig er, slik at vi har en følelse av hva vi snakker om. Før vi gjør det, må vi imidlertid se litt på en smart skrive­ måte for små og store tall som atomfysikere og astronomer pleier å bruke. For å spare plass skriver de alltid små og store tall som potenser av 10. 101 = 10 102 = 100 103 = 1000 W 3 = 0.001 10-2 = 0.01 10~ 1 = 0.1 10° = 1 og så videre. Foreløpig har vi kanskje ikke spart noe plass, men vi kommer til å gjøre det. Et hydrogenatom har en diameter på omtrent 0.00000001 cm eller 10“ 8 cm. I et vanlig knappenålshode har vi omtrent 5 • 1019 atomer. La oss tenke oss at vi «nøster» fra hverandre dette knappenålshodet i en «tråd» som bare er ett atom tykk, dvs. vi legger 34

alle atomene etter hverandre. Denne tråden blir da 17 • 1010 cm lang, eller ca. 6 ganger så lang som fra jorden til månen.

LITT ATOMTEORI

Egentlig er vi ikke så veldig interessert i atomteori, for det er selve atomkjernen som først og fremst angår oss. Men vi må se litt på teorien for hele atomet for å ha mer utbytte av resten av boken. Dessuten er atomteori morsomt. En anskuelig modell av et helium-atom er gitt i fig. 2.

Fig. 2. Heliumatomet. Målestokken er umulig å tegne riktig, elektronbanene er 100 000 ganger større enn kjernen.


Hj 56

hvoretter det nydannede oppskriften

«falt fra hverandre» etter

Hl -> Hel + P-

Et viktig kjennemerke ved disse reaksjonene er at neutronet som man skyter med blir borte, blir oppslukt av en atomkjerne. I kapitlet «Isotopeventyret» skal vi se nærmere hvor utrolig allsidig bruk vi kan gjøre av slike enkle neutronreaksjoner som denne, hvor neutronet blir absorbert i en atomkjerne. Det er imidlertid ikke alle reaksjoner hvor neutroner som kolliderer med atomkjerner blir «oppslukt» av kjer­ nen. Svært ofte foregår kollisjonene omtrent som mellom klinkekuler, kulene spretter rett og slett fra hverandre. Den eneste forandringen er at de begge kanskje har en annen hastighet og bevegelsesretning. Vi kaller denne reaksjonen for «spredning», eller helst for «neutronspredning» for å være litt mer presise. Alle de reaksjoner vi nettopp har nevnt er i en eller annen sammenheng blitt kalt «atomsprengning» eller «atomspaltning». Ingen av delene er noen god betegnelse. Det er jo ikke atomenes, men atomkjernenes forvandling som er karakteristisk for prosessene. Dessuten er det nes­ ten komisk å kalle det «sprengning» når en stor kraftig atomkjerne sender ut omtrent en to-hundre-tusen-del av seg selv, slik som det skjer ved mange ^-radioaktiviteter. Det er omtrent det samme som å kalle det amputasjon når man klipper neglene. Den virkelig «skikkelige» kjernesprengning er fisjonen. Vi kommer til å være nøye med å bruke dette fremmed­ ordet, fordi både «atomspaltning», «atomsprengning» og «kjernesprengning» har vært benyttet i så mange forskjel­ lige sammenheng at det ikke er klart hva de betyr lenger. 57

FISJON ER «VIRKELIG» ATOMSPRENGNING

Dette tar seg mystisk ut for uinnviede, men for oss som har strevet oss gjennom de foregående kapitler er det meget enkelt å forklare betydningen. Den ser slik ut i en fysikers nøkterne sprog, den reaksjonen som snart vil sørge for en ikke ubetydelig del av verdens elektrisitets­ produksjon, som nesten jevnet to japanske byer med jorden og som har gitt og vil gi grunnlaget for utallige store (og små) fremskritt i teknologi, landbruk, medisin og på mange, mange flere områder av den moderne sivilisasjon. Foreløpig skal vi ikke bry oss om hvordan vi får et neutron til å treffe en uran-atomkjerne. La oss heller observere hva som skjer når urankjernen U235 treffes av et neutron, og så forklare hvorfor det skjer. Selve reaksjo­ nen er grei nok. Når vi har satt på to piler betyr det at to forskjellige ting kan skje. Den ene muligheten er nokså lik reaksjoner vi har snakket om før, neutronet er rett og slett blitt «spist opp» av kjernen i U235 (nå husker vi at uran har atomnummer 92 så vi kan spare oss bryet med å skrive det hver gang) og resultatet blir en U236-kjerne, pluss et foton (y-stråle) med høy energi. Det skjer en del rare ting med denne kjernen også, men de interesserer oss ikke nå. Vi skal konsentrere oss om den nederste pilen. Den viser at det skjer noe som kalles «fisjon». Utgangspunktet her er også i første øyeblikk kjernen av U236 for når vi legger ett neutron til U235 kan vi aldri få noe annet enn U236 i første omgang. Men denne U236 kjernen er svært opp­ hisset. Da vi la til neutronet, førte det til så meget ekstra 58

energi at kjernen blir veldig ustabil, hvis den da ikke straks får kvittet seg med noe energi ved å sende ut en energirik y-stråle slik som i det første tilfellet. Den liksom står og tripper etter å foreta seg noe, den strekker seg, trekker seg sammen og skjelver. Så stor som denne kjernen er, er det en nokså delikat balanse mellom de sammenholdende kjerne-krefter og de frastøtende elektrostatiske krefter. Hvis kjernen tilfeldigvis får strukket seg ut i en litt for avlang fasong, blir kjernekreftenes rekkevidde for kort, de greier ikke å holde kjernen sammen lenger. De fra­ støtende krefter mellom protonene overtar og to deler av kjernen støter seg fra hverandre, omtrent som vist på figur 6. Nå har vi fått dannet to nye atomkjerner av den ene uran-kjernen vi begynte med. Vi kaller de to kjernene for «fisjonsfragmentene», og disse farer fra hverandre med stor hastighet på grunn av de sterke frastøtende elektriske kreftene. Fragmentene er kanskje ikke akkurat like store, det ene er kanskje en halv gang til så stort som det andre. Men vi har ihvertfall en prosess som meget bedre fortjener navnet «atomsprengning» enn ^-prosesse­ ne vi nevnte tidligere, hvor det ene «fragmentet» var f.eks. 200.000 ganger tyngre enn det andre. Dette er i grunnen hovedsaken i det som kalles «fisjon» og også en stor del av forklaringen på hvorfor fisjonen finner sted. Enda er det selvfølgelig en masse detaljer som har betydning for hvorledes vi videre skal bruke fisjonen til å lage atomenergi. Den aller viktigste delen her er siste delen av den reaksjonsligningen vi begynte med. «2.4 • n» står det. Hva skal nå det bety? Det er så viktig at vi vil skrive det på en linje for seg selv,

ved fisjonen frigjøres i gjennomsnitt 2.4 nye neutroner.

Hvorfor dette er så viktig vil vi ikke si ennå. Det passer bedre i neste kapittel. Legg merke til at vi har sagt «i gjennomsnitt». Det er klart at vi ikke kan få 2.4 neutroner 59

Fig. 6. Fisjon i U235. Her ser vi detaljene i selve prosessen. Fragmen­ tene, dvs. de to atomkjerner som blir laget, er ustabile helt til de har sendt ut ^-partikler. Legg merke til tidsskalaen som er gitt i sekunder.

60

fra en fisjon, det finnes ikke annet enn hele neutroner. Men tar vi for oss mange fisjoner vil noen gi to neutroner, noen tre og noen kanskje bare ett, slik at det jevnt over blir 2.4 pr. fisjon. Slik som vi har beskrevet fisjonen kunne man tro at den tar riktig god tid på seg. Det gjør den heldigvis ikke, den er en svært rask prosess. Tidsskalaen nederst på figur 6 viser at det viktigste er over i løpet av ca. 10" 13 sekunder. Det betyr at på den tiden det tar lyset fra glødetråden i en lyspære å nå frem til glasset i pæren kan vi rekke å få gjort unna omtrent 100 fisjoner etter hverandre. Når et neutron treffer en U235-atomkjerne vil det ofte finne sted en fisjon. Dette betyr at U2 3 6 deler seg nesten eksplosivt i to andre atomkjerner. Fra disse nye atom­ kjerner sendes det ut nye neutroner. Dessuten er de to kjerner radioaktive og sender ut ^-stråler og y-stråler. De energimengder som slippes løs ved dette er etter kjernefysiske størrelsesforhold meget store. Energien består hovedsaklig i bevegelsen av de to fisjonsfragmentene, og disse vil bremses ned i stoffet omkring som derved blir varmet opp. Energien viser seg derfor til slutt som varme.

HVA VEIER EN FISJON?

Dette spørsmålet virker rart, en fisjon kan da ikke veie noe? På en måte er dette riktig, men på den annen side kan vi nok med en viss rett si at fisjonen har en vekt, som vi straks skal se. På den ene siden har vi nettopp vist hvorledes U236 «eksploderer» i en fisjonsprosess, at den er ustabil og deler seg i to andre atomkjerner. På den annen side viser det seg at U236 forekommer i naturen om enn i meget små mengder, og at det til og med har en temmelig lang hal61

veringstid, nemlig 2.4 • 107 år. Dette ser ut som en selv­ motsigelse, men er det ikke. I virkeligheten snakker vi om to forskjellige «slags» U236-kjerner, den som har kvittet seg med sin overskuddsenergi, og den som ikke har gjort det.

U235 veier 4- et neutron veier

235.0439 MU 1.0087 MU

tilsammen veier de 236.0526 MU et naturlig U236-atom veier 236.0457 MU dvs. naturlig U236 veier 0.0069 MU mindre enn U235 + neutron.

Husker vi nå det som ble sagt på side 51 om bindingsenergi, forstår vi at den ekstra massen som U235 4- neu­ tron her har er bindingsenergien for neutronet i U236. Neutronet har tatt med seg bindingsenergien sin inn i atomkjernen og der hører den ikke hjemme, den har ingen steder å gjøre av seg. Denne bindingsenergien, som altså i veiingen og regnestykket vårt ovenfor viser seg som 0.0069 ekstra MU, er det som gjør den U236-kjernen vi laget ustabil. Det er overskuddsenergien som får denne lagede U236-kjernen til å trekke seg sammen og strekke seg ut slik som vi forklarte ovenfor, og som derfor er den direkte årsak til fisjonen. Nå er vi halvveis med vår veiing av fisjonen. Vi har funnet ut hva de bitene veier som er med og lager fisjon. Nå må vi finne ut hva de bitene veier som blir igjen etter fisjonen. Hver gang en fisjon finner sted blir det igjen to atomkjerner. Men det er ikke hver gang de samme to slags atomkjerner. Over 30 forskjellige produkter av fisjon i U236 har vært observert. En deling som forekommer nokså ofte gir en lantan-atomkjerne, La 13 9, og en molybdenatomkjerne, Mo 95, foruten to neutroner. Vårt «veieregnestykke» blir nå 62

La139 veier Mo95 veier to neutroner veier

138.9061 MU 94.9058 MU 2.0174 MU

tilsammen 235.8293 MU U235 + neutron (ustabilt U236) veier 236.0526 MU Av dette får vi altså at forskjellen i vekt blir 0.2233 MU. Det er altså «blitt borte» 0.2233 MU i fisjonsprosessen, og derfor kan vi med en viss rett si at «fisjonsprosessen veier 0.2233 MU». Med vår kjennskap til Einsteins masseenergi-lov lar vi oss ikke lure til å tro at denne massen er «blitt borte». Og ganske riktig, vi finner all massen igjen i form av energi i forskjellige former. Helt på slutten av forrige kapittel snakket vi om at alle store atomkjerner var litt ustabile. Det er naturlig å spørre om det ikke finnes andre atomkjerner enn U235 som er passende ustabile, slik at de kan gi fisjon. Svaret på dette spørsmålet er jo, men ikke et enkelt jo. Det finnes tre andre stoffer enn U235 som gir fisjon når de blir truffet av neutroner, uansett om disse neutronene går langsomt eller fort, dvs. uansett om de har stor eller liten energi. Alle stoffer som har denne egenskapen kaller vi «spaltbare stoffer». U235 er det eneste naturlig forekommende spalt­ bare stoff, og det er derfor det er et så uhyre viktig materi­ ale. De andre tre spaltbare stoffene har nok forekommet i naturen for millioner av år siden, men de har halveringstider som er så korte at de rett og slett er «dødd ut» i tiden etter at de (og vel også jorden) ble skapt. Disse utdødde stoffene har også fått stor betydning i atom­ energien, for det viser seg at vi kan gjenskape dem. Dette kan vi gjøre i våre atomreaktorer, og hvorledes det blir gjort forteller vi om i kapittel 8. HVOR MYE ENERGI FÅR VI?

Mesteparten av energien er blitt deponert i form av be­ vegelsesenergi hos de to fisjonsfragmentene, de som stop-

63

pes etter omtrent 10~13 sekunder på figur 6. Denne energien blir omsatt direkte til varme i det materiale som ligger rundt den «eksploderende» uranatomkjerne, etter­ hvert som fragmentene stoppes. 0.2233 MU svarer til omtrent 0.31 • 10" 10 Wattsekunder, og dette er også den gjennomsnittlige energi fra U236fisjon. Dette er jo ikke rare greiene, men vi må huske på at vi befinner oss i atomkjernenes verden. Vi skal regne om disse tallene til en mer kjent situasjon. La oss tenke oss at Oslos elektrisitetsforbruk (ca. 4-109 kwt) gjennom ett år skulle fremskaffes ved fisjon med U235. I løpet av ett år må vi da regne med at vi ville forbruke en masse på tilsammen 0.5 kg. Nå må vi huske på at dette er den massen som er blitt «borte», det vil si er gått over i energi. For å få dette til må vi spalte til­ sammen 500 kg U235 (dvs. et volum på ca. 27 liter U235). Etter spaltningen blir vi sittende igjen med 500 kg 0.5 kg, dvs. 499.5 kg spaltningsprodukter som består av andre slags atomer. Som rimelig kan være kaller vi disse spaltningsproduktene helst for «fisjonsprodukter». Dette høres jo lovende. Vi må bare ikke la oss forlede til å tro at det eneste vi trenger er denne i og for seg lille klumpen med uran. For det første er det ikke så lett rent praktisk å få varmemengdene ut av denne uranklumpen. For det annet vil den som vi har sett sende ut radioaktiv stråling som vi på en eller annen måte må beskytte oss mot. Dessuten er det ikke gjennomførlig å skyte neutron etter neutron mot U235-kjerner. Vi skal bruke neste kapittel til å se hvorledes vi kan unn­ gå den umulige oppgaven å skyte neutroner enkeltvis mot U235-kjernene.

Slik kan et atomkraftverk komme til å bli innpasset i norsk natur.

Hjelpe*

kjel

’ Hovedmaskin

Kondensator

f

Reaktor

Turboalternator

f

Pumperom

Fig. 32. Slik kan et skipsreaktoranlegg se ut.

Fig. 33. Den første norske reaktoren, JEEP på Kjeller, ble kritisk første gang i 1951. Rundt reakto­ ren står forskjellige slags måleutstyr som bruker neutroner fra «kanalene».

Fig. 35. Samme reak­ tor som på figur 34 under oppstartings­ fasen. (Se side 152.)

4

Kjedereaksjonen kommer til unnsetning

På sett og vis er den høyvitenskapelige del av teknikken bak atomenergien og atombomben nå klar. Fysikerne kunne på dette punkt gjerne ha sagt: «Nå har vi gjort alt det viktige arbeidet for dere. Vi har vist dere fisjonen og den enorme energi den utvikler. Vi har vist dere at fisjonen frembringes av neutroner som treffer U235, og at fisjonen frigjør nye neutroner. Resten er teknikk og praktisk ingeniørarbeid.»

VI PRØVER Å LAGE ATOMENERGI

Basert på dette kunne vi gå igang med å forsøke på den praktiske utnyttelse av fisjonsenergien. Vi ville skaffe oss en klump U235, (la oss forutsette at vi kunne greie det) og så ville vi be fysikerne skaffe oss et eller annet som sendte ut neutroner. De ville da ha gitt oss en «neutronkilde», en eller annen kombinasjon av radioaktive stoffer som sender ut neutroner. Man kan lage slike neutronkilder som sender ut f.eks. 1014 neutroner pr. sekund. På grunn av både neutronene og den andre radioaktive strålingen som alltid kommer fra neutronkilder ville vi måtte skjerme denne kilden med tonnevis av bly og betong for å beskytte oss selv. Ellers skulle nå alt være i orden, vi har både U235 og massevis av neutroner (1014 er hundre billioner). Hvis vi nå var utrolig flinke til å treffe med neutronene våre, så 3. Randers - Ddderlein

65

flinke at vi traff en U235-kjerne med hvert eneste neutron fra kilden, ville vi altså få 1014 fisjoner pr. sekund. På samme måte som i kapittel 3 kan vi regne ut hvor mye energi vi ville få ut av dette. Svaret blir omtrent 3100 Wattsekunder pr. sekund, eller om vi vil 3.1 kW varme. Som vi vet er dette omtrent det vanlige forbruk til opp­ varming i en liten leilighet. Vi har altså nå greid å forsyne en liten leilighet med varme ved å bruke en neutronkilde, som med beskyttelse veier flere tonn og antagelig vil koste hundretusener kroner, rent bortsett fra at vi ikke har reg­ net med hva vårt uran koster.

prøv igjen!

Det er tydelig at vi er kommet inn på gale veier, dette kan ikke være den fantastiske atomenergien som skal redde menneskeheten fra mangel på energi og som er iferd med å bli nesten like billig som den billigste vannkraft. Noen særlig skremmende atombombe kan vi heller ikke lage etter denne oppskriften, 3100 Wattsekunder er vel nærmest en fyrverkerirakett. Atter lar vi våre fysikere tre støttende til. De gjør oss oppmerksom på det siste og avgjørende ledd i kjeden som fører til atomenergi og atombombe. Hemmeligheten finnes på s. 59 i denne boken. Der står det ved fisjonen frigjøres i gjennomsnitt 2.4 nye neutroner.

Dermed klarner plutselig problemet: Vi trenger ikke noen neutronkilde. Fisjonsprosessen inneholder selv det som skal til for å fortsette en igangsatt fisjonsprosess, nemlig neutroner. Og ikke bare det, vi får overflod av neutroner, det frigjøres ikke bare ett neutron for hvert vi har brukt opp, nei vi får hele 2.4 nye for hvert som går med til å skape fisjon. Etter dette «Columbi egg» har vi atter 66

innenfor rekkevidde oppfyllelsen av de store løfter som ble gitt i slutten av kapittel 3, f.eks. å skaffe Oslo energi for et helt år ved å forbruke en masse på bare 0.5 kg. Til tross for at vi har en rekke rent praktiske vanskelig­ heter foran oss er nå prinsippene klare. Vi skaffer oss en klump U235, og - skyter ett neutron mot en U235-kjerne og får en fisjon. - Dette gir oss energi og 2.4 nye neutroner. - Vi «skyter bom» med gjennomsnittlig f. eks. 0.4 neu­ troner, men får de to resterende til å treffe nye U235kjerner, og gi fisjon. Det er nå gått ca. 10" 8 sekunder, vesentlig fordi neutronene må gå et stykke før de treffer en U235-kjerne. - Vi har altså fått to fisjoner som gir energi, og 4.8 nye neutroner. Vi skyter bom med forholdsmessig det sam­ me antall neutroner som før, altså 0.8 neutroner, og har 4 igjen, som vi lar treffe 4 U235-kjerner. Det er nå gått 2 • 10" 8 sekunder. - Nå har vi 4 fisjoner som gir energi og 9.6 nye neu­ troner. - Vi skyter bom med 1.6 neutroner og lar de resterende 8 treffe U235-kjerner. Det er nå gått 3 • 10“ 8 sekunder. - Vi har 8 fisjoner som gir energi og 19.2 neutroner. Vi skyter bom med 3.2 neutroner og får nye fisjoner av de resterende 16. Det er nå gått 4 • 10~ 8 sekunder. - Vi fortsetter, - og fortsetter......... - og fortsetter......... - Når vi har fortsatt tilsammen 91 ganger, har vi fått tilsammen 1 • 1027 fisjoner, og vi kan lett regne ut at vi da har fått en energimengde som er lik den som ble be­ nyttet på side 64, nemlig Oslos forbruk i ett år. Nå er det tilsammen gått omtrent 10" 6 sekunder dvs. en milliontedels sekund, og det eneste vi har gjort er å skaffe uranet og ett eneste neutron til å sette det hele i gang med. 67

KJEDEREAKSJONEN

Fullt så enkelt som dette er det naturligvis ikke, men la oss glemme de praktiske problemene litt, og heller se på kjedereaksjonen. Alle de viktigste resultatene har vi alle­ rede fått, men for å gjøre det hele klarere kan vi se på figur 7. Ordet «kjedereaksjon» innebærer at «bærerne» av reaksjonen, i dette tilfelle neutronene, blir produsert på nytt av den reaksjon som de frembringer, i dette tilfelle fisjonsreaksjonen.

Fig. 7. Fisjonskjedereaksjon. Vi tenker oss kjedereaksjonen satt i gang av ett neutron, og at hver fisjon gir tre nye neutroner.

Kjedereaksjonen er en matematisk prosess hvis kjenne­ tegn vi finner igjen på mange av livets områder. Det mest kjente eksempel på en kjedereaksjon er befolkningsforandringen i et gitt område, det kan være Norge eller hele verden. Derfor er sprogbruken i kjernefysikkens kjede­ reaksjon den samme som i befolkningskjedereaksjonen. I eksemplet i foregående avsnitt ville vi si at det ene neu­ tronet vi begynte med var første generasjon, de to neste annengenerasjonsneutroner, de fire neste tredjegenera68

sjbnsneutroner osv. En svært viktig ting når man skal beregne befolkningstilvekst vet vi er generasjonstiden, som for mennesker er 20-25 år. For mennesker er heldigvis levetiden større enn generasjonstiden, for de dør ikke automatisk når de produserer nye mennesker. For neu­ troner er, som vi skjønner, generasjonstiden den samme som levetiden, fordi det bare er når et neutron blir opp­ slukt av en U235-kjerne, altså «dør», at vi får nye neu­ troner. Hvis generasjonstiden for neutronene var lang, fleks. ett sekund, ville vi fremdeles kunne få en kjedereak­ sjon, men vi ville da måtte vente lenge for å få så mange fisjoner at den utviklede energi ville monne noe. Heldigvis var som vi så ovenfor, generasjonstiden for neutroner i en klump U235 omtrent 10“ 8 sekunder. Denne generasjonstiden er på den annen side nesten litt for kort når vi tenker på at vi gjerne vil kontrollere vår kjedereaksjon. Det er jo ikke så lett å foreta seg noe på så kort tid som f.eks. de 10“6 sekunder vi brukte ovenfor for å utvikle Oslos årlige energiforbruk. Heldigvis blir en ganske liten brøkdel av neutronene fra en fisjon ikke sendt ut med en gang, men noen sekunder etter at fisjonen har funnet sted. Dette er helt avgjørende for vår mulighet til å kontrollere en fisjonskjedereaksjon. Forklaringen på at denne lille brøkdelen av neutronene har en så avgjørende betydning for kontroll av kjedereaksjonen kan vi ikke gi før vi har sett litt nærmere på atomreaktorens fysikk.

HVA HAR KJERNEFYSIKKEN GITT OSS?

Vi har fått nokså meget informasjon av kjernefysikerne gjennom disse tre siste kapitlene. Vi kommer til å få mer, men det viktigste vet vi allerede. Veien til atomenergien er nå vitenskapelig sett nokså grei. Det gjenstår en del arbeid, hvorav kanskje 1/10 er kjernefysikk, 1/10 kjede­ reaksjonens fysikk og 8/10 teknikk og ingeniørkunst. Det viktigste vi har fått vite er: 69

- Alt er sammensatt av atomer. Disse ser ut som små sol­ systemer med elektroner som kretser i baner rundt atomkjernene. Det finnes i naturen 92 forskjellige ato­ mer. Atomene er så små at vi aldri vil komme til å kunne se dem enkeltvis. - Einstein har vist oss at masse og energi kan gå over i hverandre, at masse kan oppfattes som fantastisk kom­ pakt energi. - Det finnes mange såkalte «elementærpartikler». De fem viktigste er elektronet, positronet og protonet som er elektrisk ladede partikler, neutronet som nærmest er et «uelektrisk proton», og fotonet som er elektromagne­ tisk stråling (f.eks. lys). - Atomkjernene er svært tettpakket. De er bygget opp av elementærpartiklene neutroner og protoner. For oss er neutronene viktigst. - Kjernereaksjoner omfatter bl. a. reaksjoner mellom elementærpartikler og atomkjerner. De viktigste reak­ sjoner for oss er de hvor neutronet er med. Som regel vil et neutron rett og slett bli oppslukt når det treffer en atomkjerne. Denne kjernen blir da radioaktiv, og vil som regel sende ut ^-partikler og y-stråler. - Det finnes i naturen imidlertid en atomkjerne, U235, som gjerne «sluker» sitt neutron med særeget resultat. Den blir til en svært ustabil kjerne, U236, som deler seg i to omtrent like store atomkjerner. Denne delingen kalles fisjon og gir etter atomær målestokk en meget stor energiutvikling. - Samtidig sendes det ut nye neutroner, et faktum som gir mulighet for å få til en fisjonskjedereaksjon. Generasjonstiden for fisjons-kjedereaksjonen er i U 235 svært liten, omkring 10" 8 sekunder. - Siden energien utvikles fra en atomkjernespaltning burde den kalles «atomkjerne-energi», men for letthets skyld sier vi bare «atomenergi» eller «kjerneenergi».

5

Reaktoranatomi

På side 67 viste vi hvorledes vi fikk frigjort hele Oslos årlige energiforbruk på 10“ 6 sekunder. Oslo ville ikke ha særlig glede av dette, man ville vel helst ha det årlige energiforbruk frigjort på ett år og ikke på en milliontedels sekund. Men akkurat det som Oslo ikke har noen glede av er det som er så viktig når det gjelder atomsprengladningen. Den beste sprengladning er den som frigjør mest mulig energi på kortest mulig tid. Med andre ord for en bombe vil man gjerne ha en ukontrollert reaksjon. Den som skal bygge et elektrisitetsverk derimot vil gjerne ha full kontroll over hvor mye energi han utvikler til en­ hver tid. I dette ønsket om å kunne kontrollere fisjonskjedereaksjonen ligger den altoverskyggende forskjell mel­ lom en sprengladning og en atomreaktor.

NEUTRONMULTIPLIKASJON

I dette avsnittet skal vi leke litt i tankene med fisjonskjedereaksjonen for å se hva vi kan få den til å gjøre for oss. Siden det er neutronene som bærer reaksjonen er det deres oppførsel vi skal studere nærmere. Vi tenker oss en kjedereaksjon gjerne i en klump U235, som går langsomt og pent for seg, så pent at vi i ro og mak kan plukke ut forskjellige generasjoner av neutroner og telle dem. La oss sette i gang med 1000 neutroner. Som vi husker får vi fra 71

hver fisjon i gjennomsnitt 2.4 nye neutroner. Hvis alle våre 1000 traff effektivt ville vi fått 2400 neutroner fra fisjonene som ble frembragt. Men sett at forholdene var slik at det ble mest bomskudd, og at det derfor bare ble fremkalt 1000/2.4, altså 416 fisjoner. Da vil vi få akkurat like mange annen-generasjonsneutroner som førstegenerasjons, dvs. 1000 nydannede neutroner. Hvis vi ikke forandrer noe ved vår uranklump kan vi vente at disse 1000 annengenerasjonsneutronene igjen vil gi like mange fisjoner som første generasjon gjorde, altså 1000/2.4, og derfor også 1000 tredjegenerasjonsneutroner. Når vi er kommet så langt skjønner vi at vi nå kan vente at vi hele tiden får et kon­ stant antall fisjoner så lenge vi ikke gjør noen forandringer. Dette betyr at vi får utviklet en konstant energimengde, for vi har jo hele tiden samme antall fisjoner pr. genera­ sjon. Antall neutroner i en generasjon dividert med an­ tallet i foregående generasjon kaller vi «multiplikasjonsfaktoren». Hva blir denne i dette eksemplet? Siden vi hadde 1000 neutroner i hver generasjon blir den rett og slett 1. Vi begynte med 1000 neutroner og har fått dem «multiplisert» med 1 siden vi fremdeles har 1000 neutro­ ner. Vi ser at når multiplikasjonsfaktoren er 1, så får vi hele tiden samme antall fisjoner pr. tidsenhet, eller om vi vil pr. generasjon. Vi sier da at vi har en kritisk kjede­ reaksjon, dvs. en som hverken øker eller minsker i styrke, men akkurat balanserer. 1000/2.4 er 416. Hvis vi begynner med 1000 neutroner men mister så mange til andre ting at vi får mindre enn 416 fisjoner, f.eks. bare 400, får vi bare 400 • 2.4 = 960 nye neutroner. Hvis forholdene fortsatt er de samme vil disse 960 neutronene gi mindre enn 400 fisjoner. Da får vi mindre enn 960 tredjegenerasjonsneutroner. Og slik vil det fortsette, for hver generasjon får vi færre og færre neutroner og til slutt blir det ingen igjen som kan gi fisjoner. Hele fisjonskjedereaksjonen har stoppet. Som vi 72

ser blir multiplikasjonsfaktoren denne gang 960/1000 = 0.96. Vi ser at når multiplikasjonsfaktoren er mindre enn 1 vil kjedereaksjonen gi færre og færre neutroner og fisjoner, og den vil til slutt stoppe helt. Vi sier da at vi har en underkritisk kjedereaksjon. Siden vi har snakket om «underkritisk» og «kritisk» venter leseren vel på «overkritisk», og det kommer nå. Hvis forholdene er så gunstige at våre 1000 neutroner gir mere enn disse 416 fisjonene, f.eks. 450, får vi en god del nye neutroner, nærmere bestemt 450 • 2.4 = 1080. Men når 1000 neutroner gir 450 fisjoner kan man jo vente seg at 1080 neutroner gir 450 • rolo = 486 fisjoner. Og 486 fisjoner gir 1170 neutroner. Og slik fortsetter det med stadig økende antall fisjoner og neutroner, det stopper ikke av seg selv. Som vi ser blir multiplikasjonsfaktoren denne gang 1080/1000 = 1.08. Vi ser at når multiplikasjonsfaktoren er større enn 1 vil kjedereaksjonen gi stadig flere og flere neutroner og fisjoner. Vi sier at vi har en overkritisk kjedereaksjon. Av dette overkritiske tilfellet ser vi også klarest hvorfor multiplikasjonsfaktoren heter «multiplikasjonsfaktor». Vi begynte med 1000 neutroner og har en multiplikasjons­ faktor på 1.08. Multipliserer vi våre 1000 neutroner med 1.08 får vi akkurat de 1080 annengenerasjons-neutronene. Multipliserer vi disse 1080 neutronene med 1.08 får vi akkurat antallet neutroner i tredje generasjon, nemlig 1170. Vi kan godt klare oss innen atomenergien uten begrepet multiplikasjonsfaktor, men det er praktisk å benytte det. Det er greit med et tall som er akkurat 1 når vår kjede­ reaksjon fortsetter med samme «styrke» hele tiden. Sam­ tidig er det lett å huske at når multiplikasjonsfaktoren er mindre enn 1 dør reaksjonen, og når den er større enn 1 vokser den, vi får flere og flere fisjoner og mer og mer energi. Det er klart at en atomsprengladning bør ha en 73

multiplikasjonsfaktor så mye større enn 1 som mulig. Jo større denne faktoren er, desto fortere vil antallet fisjoner øke og desto kraftigere blir resultatet.

HVOR BLIR DET AV NEUTRONENE?

I forrige avsnitt snakket vi om at 1000 neutroner skulle gi omkring 400 fisjoner. Hvor er det da blitt av alle de andre ca. 600 neutronene? Allerede med det vi nå vet kan vi sette opp en liste over hva som kan hende. Det er i grunnen ikke så svært mange ting: 1. Neutronene kan bli oppslukt av andre kjerner enn U235 som måtte være tilstede, det kan være U238 eller det kan være urenheter, dvs. andre atomkjerner, i vårt uran. Da har vi ikke noen glede av neutronene. 2. Neutronene kan også bli oppslukt av U235 uten å fremkalle fisjon. Dette så vi i kapittel 3 i avsnittet om «Fisjon er virkelig atomsprengning». Heller ikke i dette tilfellet får vi noen glede av neutronet. 3. Neutronene kan rett og slett forsvinne ut av vår uranklump. Da er de tapt ut i rommet for oss. 4. Neutronene kan gjøre det vi helst vil at de skal, nemlig bli oppslukt av U235 og gi fisjon og nye neutroner. Av disse fire ting er det bare én, nemlig den siste, som gir oss nye neutroner. Derfor er det nokså rimelig at det å få til en kjedereaksjon i praksis ikke er så lett siden den ene prosessen vi vil ha, U235 + n -> U236

fisjon + 2.4 n,

må konkurrere om neutronene med så mange «neutrondrepende» prosesser. Som vi nevnte i avsnittet «Kjernereaksjoner er ikke alltid atomsprengning», vil alle, absolutt alle, atomkjerner som forekommer i naturen ha en ganske god appetitt på 74

neutroner. Når de sluker neutronet får vi som regel en ^-utsendelse fra kjernen, men neutronet er uigjenkallelig tapt. Derfor må vi passe på at vår uranklump er så ren U235 som mulig. Det faktum at en del av neutronene som absorberes av U235 ikke gir noen fisjon er et naturfenomen som vi ikke kan gjøre noe med. Når det derimot gjelder pkt. 3 ovenfor, det at neutro­ nene forsvinner ut av uranklumpen før de har truffet en U2 3 5-kjerne, så er det ganske meget vi kan gjøre. Forsøker vi å følge etter neutronene fra en fisjon vil vi finne at noen beveger seg kanskje 10“ 8 cm før de treffer en U2 3 5-kjerne, noen beveger seg kanskje flere meter før noe skjer. Man må huske på at atomkjernene i et fast stoff ligger ganske spredt i forhold til kjernenes størrelse - omtrent som appel­ siner med noen kilometers mellomrom. I gjennomsnitt vil et fisjonsneutron bevege seg omtrent 15 cm i en uranklump før det absorberes av en U235-kjerne. Da er det klart at hvis klumpen er svært liten, vil mange neutroner bare gå rett ut av den og bli borte. Er klumpen stor, f.eks. med en diameter på godt og vel 15 cm, vil de fleste neutronene treffe urankjerner før de kommer seg ut. Men da har vi jo et fint middel til å regulere vår fisjonskjedeprosess, det eneste vi behøver er å passe på at klumpen er passe stor, så vil vi kunne få en kritisk kjedereaksjon. Er klumpen for liten vil vi miste for mange neutroner, reaksjonen blir underkritisk. Er klumpen for stor får vi økende antall fisjoner fra generasjon til generasjon og reaksjonen er overkritisk. Hvis vi kan få laget en klump hvor vi kan variere størrelsen kan vi til og med kontrollere kjedereak­ sjonen mens den pågår. Øker den for sterkt slik at vi får for mange fisjoner og derfor for meget energi, kan vi rett og slett minske størrelsen på klumpen. Reaksjonen vil da bli underkritisk, vi får færre og færre neutroner og fisjoner for hver generasjon. Når vi har fått så mange fisjoner, og dermed så meget energi som vi vil ha, kan vi øke størrelsen 75

igjen, slik at reaksjonen blir akkurat kritisk. Da vil den fortsette jevnt og pent av seg selv. Det å variere størrelsen på uranklumpen er altså en grei måte å kontrollere kjedereaksjonen på. Derfor sier vi også at vi har en «kritisk masse», en «underkritisk masse» og en «overkritisk masse» av vårt uran alt ettersom hvor­ dan kjedereaksjonen i denne massen vil gå.

HVORFOR HAR IKKE JORDEN EKSPLODERT?

Jorden er ganske stor og inneholder store mengder U235. Neutroner er det forholdsvis meget av nesten overalt, for de kommer fra kosmisk stråling, fra solen og fra spontan fisjon av U235. Hvorfor får vi ikke da en kjedereaksjon i jordens uran, slik at hele jordkloden rett og slett eksplo­ derer ? Den avgjørende blant mange grunner er at de tross alt forholdsvis få neutroner vi har, så lett blir absorbert av en rekke andre stoffer enn uran, og hva verre er, selv når de blir absorbert i uran er det bare en del av disse absorp­ sjonene som gir fisjon. Vi har hørt om tre forskjellige slags uran, U234, U235 ogU238.U234 er såpass uinteres­ sant og sjeldent at vi ikke skal snakke mer om det. U235 er det vi hele tiden har brukt til kjedereaksjonen. Men uheldigvis er det en svært liten del av naturlig forekom­ mende uran som er U235. For hvert U235-atom vi finner får vi med oss 140 atomer av U238. U238 har ikke slik stor appetitt på neutroner som U235, men vil allikevel absorbere kanskje halvparten av de neutroner som for­ viller seg inn i naturlig uran fordi det er så mange flere U2 3 8-kjerner. Og U2 3 8 sluker neutronet uten å lage fisjon. (Riktignok vil en Uten del U238-kjerner gi fisjon, som vi skal komme tilbake til, men dette betyr lite i denne sammenheng.) Sammen med det faktum at bare en del av absorpsjonene i U235 gir fisjon er tilstedeværelsen av alle U238-kjernene nok til å gjøre en kjedereaksjon i naturlig 76

uran underkritisk. Og det skal vi jo være glade for - ellers kunne ikke jorden ha eksistert med sitt uran. Hvis leseren nå lurer på hvorfor vi ikke like gjerne kan bruke U238 som U235 til kjedereaksjonen, tenker han som en kjemiker. Fra en kjemikers synspunkt er disse to uraner identiske, det er intet han med sine kjemiske reak­ sjoner kan gjøre for å se forskjell på våre to uraner, mens de fra en kjernefysikers standpunkt er vesentlig forskjellige. Samtidig må vi gi leseren rett i å stille dette spørsmålet. Hittil har vi ikke sagt noe som skulle gi grunn til å tro at det var noen slik vesentlig forskjell mellom uranene. Hvis vi imidlertid ser nærmere på U238 og sammenligner med U235, finner vi at kjernen i U238 er meget solidere sammenbundet. Derfor er bindingsenergien som blir tilovers når et neutron blir innfanget i U238 ikke nok til å «opp­ hisse» den resulterende U239 til bristepunktet, slik som U236 blir «opphisset» når et neutron fanges inn av U235. Tenker vi på den måten vi fremstilte U2 36-kjernens opp­ førsel på i kapittel 3, kan vi si at U239-kjernen ikke blir «skjelven» nok til å strekke seg såpass at de frastøtende elektrostatiske kreftene mellom protonene i kjernen vinner over de sammenholdende kjernekreftene. U239 deler skjebne med de fleste andre atomkjerner som er fremkom­ met ved neutron-absorpsjon, U239 blir ^-radioaktivt. Dette kan det være verd å legge merke til. Vi får god bruk for det i kapittel 8.

SPALTBARE STOFFER

Nå vet vi altså at U239 som dannes ved innfanging av et neutron i U238 mangler den nødvendige energi for å bli «opphisset» nok til å dele seg, dvs. gi fisjon. Hvis man er riktig smart, kunne man jo spørre: «Går det ikke an å få puttet den nødvendige energi inn i U238-kjemen sammen med neutronet, slik at vi kunne få en fisjon av den også?» Dette ville jo vært fint, for U238 er ikke så sjeldent og 77

derfor på langt nær så dyrt som U235, som vi har sett. Svaret på spørsmålet er at det på en veldig enkel måte går an å putte ekstra energi inn i U238. Vi kan bare bruke et veldig hurtig neutron, som har stor bevegelsesenergi. Gjør vi dette, får vi ganske riktig fisjon i U238. For så vidt er altså U2 3 8 «spaltbar». Men bare en liten del av neu­ tronene fra fisjon i U235 eller et annet spaltbart materiale har så stor energi som trengs. Derfor kan vi ikke få i stand noen kritisk kjedereaksjon med bare U238 som materiale. Et ekte «spaltbart materiale» må la seg spalte av alle neutronene fra sine egne fisjoner. I kapittel 8 skal vi se hvorledes man kan lage kunstige spaltbare stoffer.

IKKE BARE KRITISK MASSE MEN OGSÅ KRITISK KONSENTRASJON. REAKTOREN

På den ene side har vi sett at vi vil få en kritisk eller kanskje overkritisk fisjonskjedereaksjon i en klump rent U235 hvis den er større enn omtrent en vanlig melon. På den annen side har vi sett at vi får en sterkt underkritisk kjedereaksjon i jordkloden selv. Forskjellen er at i det ene tilfellet treffer alle neutroner som ikke forsvinner ut av klumpen U235-kjerner, mens i det andre tilfellet er det så mange andre «unyttige» kjerner som neutronene treffer på sin vei og som sluker disse, at det ikke hjelper stort at så å si ingen neutroner slipper ut av «klumpen». Men da har vi funnet en ny måte å regulere vår kjedereaksjon på. Det gjelder bare å sørge for at vi har akkurat passe meget andre stoffer enn U235 tilstede, slik at disse stoffene absorberer akkurat så mange neutroner at det blir nøyaktig nok igjen til å holde kjedereaksjonen gående med jevn fart. På sam­ me måte som vi snakket om «kritisk masse» kan vi snakke om «kritisk konsentrasjon» av U235. Siden forskjellige stoffer har forskjellig appetitt på neutroner, vil den kritiske konsentrasjonen av U235 være avhengig av hvilke stoffer

78

vi blander uranet med. Blander vi med gull må vi ha mye U235 i forhold til gull fordi gull absorberer svært mye neutroner. Blander vi med karbon (kullstoff) trenger vi bare en svak konsentrasjon av U235 fordi karbon nesten ikke absorberer neutroner. Kombinerer vi nå variasjon av masse med variasjon av konsentrasjonen av U235 har vi fått en fin måte å kon­ trollere kjedereaksjonen på. Vi kan lage oss en meget stor kritisk masse ved å blande opp U235 med andre stoffer. Selv om vi nå har tatt godt vare på neutronene ved å sørge for at bare noen få slipper ut av vår masse, blir det ikke for mange neutroner som går til U235 fordi de blir absorbert i andre stoffer. Vi kunne også lage oss en liten kritisk masse ved å ha rent U235. Selv om vi da har sørget for at neutronene bare kan kollidere med U235, vil vi fremdeles kunne unngå en overkritisk reaksjon fordi så mange neutroner «lekker» ut av den lille massen. Sammensetninger av U235 med andre stoffer for å ved­ likeholde kjedereaksjoner kaller vi «atomreaktorer» eller oftest bare «reaktorer». Vi overfører begrepene «under­ kritisk», «kritisk» og «overkritisk» fra kjedereaksjonen også til reaktorene. Naturligvis vil det som interesserer oss mest være en kritisk reaktor, altså en reaktor hvor vi har gående en kritisk fisjonskjedereaksjon med jevn energi­ produksjon. Det er bare den kritiske reaktor som gir en jevn, stabil utvikling av energi fra kjedereaksjonen. Å kontrollere en reaktor ser nå greit ut, ihvertfall på papiret. Vi kan enten forandre reaktorens masse og der­ med størrelse, eller vi kan putte inn og ta ut stoffer som konkurrerer med U235 om neutronene. En helt ukontrollert reaktor er imidlertid ikke på noen måte uten interesse. En reaktor som er så overkritisk som mulig er en atomsprengladning.

6 Bomben

Når vi kan frigjøre så enorme energimengder som Oslos årlige forbruk på brøkdelen av et sekund, er det klart at vi har et utrolig kraftig sprengstoff i vår fisjonskjedereaksjon. Nøkkelen her er at denne reaksjonen går så enormt hurtig. Ethvert sprengstoff kjennetegnes ved at frigjørelse av energien foregår på kort tid og innen et lite volum. En plutselig frigjørelse av energi gir en sterk økning i tempera­ tur og trykk i alle materialer på eksplosjonsstedet. Disse går derfor over til opphetede, sterkt sammenpressede gas­ ser. Gassene utvides sterkt og hurtig, og gir en trykkbølge som ofte kalles en «sjokk-bølge». Det er sjokkbølgen som gir de viktigste direkte virkninger av eksplosjonen, den ødeleggende virkning av en bombe, eller virkningen av en dynamittladning ved f.eks. tunnelsprengning. Som de fleste andre sprengstoffer ble også kjedereagerende U235 først brukt i krig til militære formål. Som for alle andre sprengstoffer vil også hovedutnyttelsen av atomsprengladninger etterhvert bli for fredelige formål. Et fremskritt som man skal merke seg ved utnyttelse av atomsprengladninger er at mens det tok nesten 400 år fra man oppfant kruttet og til man tilpasset det til bruk i fredstid er man nå, et par 10-år etter den første atombombe, i full gang med eksperimenter for å utnytte atomladningene til graving av kanaler, sprengning etter olje etc. 80

i

TEKNISK BESKRIVELSE AV EN ATOMSPRENGLADNING

De land som hittil har bygget og prøvd atomsprengladninger ønsker ikke å gi fra seg detaljer om hvorledes de har gjort det, men det betyr ikke at det er noen «hemmelig formel», som i kriminal- og agentfilmene. Enhver trenet atomenergifysiker kan nokså lett tenke seg til hvorledes han kan lage en sprengladning, selv om den praktiske utforming av en raffinert bombe naturligvis krever en stor innsats av ingeniører og konstruktører. Som vi skal se senere i kapitlet, er én viktig vanskelighet å skaffe tilstrekkelige mengder spaltbare råmaterialer som er fri for forurensninger, slik at neutronene virkelig brukes til fisjonsprosessen. Hva om vi laget sprengladningen på denne måten: La fysikerne beregne nøyaktig på milligrammet hvor stor den kritiske massen for rent U235 er. La oss veie opp uranet i små terninger og legge dem nøye i en stabel, så vi ikke får en overkritisk masse. Når vi har fått samlet den riktige mengde U235, la oss da skyte et neutron inn i stabelen, kjedereaksjonen starter, og det sier BANG. Dessverre er dette en umulighet, fordi vi har neutroner fra kosmisk stråling omkring oss. De ville sette i gang reaksjonen i samme øyeblikk vi såvidt hadde fått samlet kritisk masse, og ved det første lille energiutbrudd, ville terningene bli skjøvet fra hverandre. Den raske og store energifrigjøringen skaper altså praktiske problemer for oss når vi skal forsøke å lage sprengladningen i praksis. Når våre U235-biter skyves fra hverandre på grunn av reaksjonen, blir systemet kraftig underkritisk, og da dør kjedereaksjonen like raskt som den startet. Vi ville rekke å få utviklet akkurat nok energi til at vår uranklump kunne sprenge seg selv i filler. Dessuten bryr vi oss ikke så meget om å få en kjedereaksjon i en såvidt kritisk mengde spalt­ bart materiale. For at vi skal få så stor energiutvikling at det monner noe, bør vi ha en overkritisk mengde, og vi 81

må få holdt denne mengden sammen mot kjerne-eksplosjonskreftene så lenge at et stort antall fisjoner har funnet sted. Dette er tydeligvis ikke en oppgave for fysikere. Her trengs det moderne teknikk, og helst brutal moderne teknikk. Den første og enkleste måten vi tror bomben ble laget på var at man ganske enkelt hadde to hver for seg underkritiske mengder U235 i hver sin ende av et kort

Fig. 8. Én mulig atombombekonstruksjon, «kanonløpsbomben». Slik har antagelig den første atombomben sett ut, med U235 som spaltbart materiale. De to halvkulene med spaltbart materiale skytes mot hverandre, og resultatet er en overkritisk masse.

«kanonløp». Som antydet på fig. 8 skytes disse to uranklumpene mot hverandre med vanlige eksplosiver, f.eks. dynamitt, på et gitt signal. Samtidig er klumpene omgitt av et tykt, kraftig skall av f.eks. stål. Når klumpene treffer hverandre blir de to underkritiske mengder tilsammen en kraftig overkritisk mengde. Kjedereaksjonen kommer i gang, og uranklumpene holdes sammen en ekstra brøkdel av et sekund, takket være skallet, slik at enda noen flere fisjoner rekker å finne sted. Til slutt er energiutviklingen så stor at både uranet og stålskallet smelter og fordam­ per med eksplosiv kraft. Reaksjonen er over, og spreng­ virkningene begynner med sjokkbølgen. Ladningen i fig. 8 er nokså ineffektiv. En bedre måte å 82

gjøre det på er å bruke flere slike deler, f.eks. fire, og skyte disse mot hverandre. Da vil vi få en mer overkritisk masse som vil gi flere fisjoner og dermed mer energi. Men sam­ tidig blir fabrikasjonen vanskeligere, og man må være pinlig nøyaktig for at alle bitene skal møtes samtidig. En mer avansert sprengladning kaller vi «implosjonsladningen». Den representerer et fremskritt i forhold til den enkleste «kanonløp-ladningen». Prinsippet er vist i fig. 9. Skall av naturlig uranmetall

Detonator

Sprengstoff

Fig. 9. Implosjonsbomben. Eksplosjon av sprengstoffet presser det spaltbare materialet sammen slik at det blir overkritisk.

Den massen spaltbart materiale vi har er i kuleform. Den er såvidt underkritisk. Vi har omgitt den med et passe tykt lag av det kraftigste sprengstoffet vi kan finne, gjerne TNT. Ytterst har vi et tykt skall av naturlig uran eller U238. Nå gjelder det å få alt sprengstoffet til å eksplodere sam­ tidig, slik at det blir en «implosjon» i kulen. Da får vi skapt et jevnt og kraftig trykk innover mot midten, et trykk som kan komme opp i titusener atmosfærer. Dette 83

er kraftig nok til at det spaltbare materialet blir trykket godt sammen, kanskje til 2/3 av volumet. Men da er atom­ kjernene i det spaltbare materialet blitt riktig tettpakket; de har fått 1/3 større konsentrasjon enn før. La oss se litt på hva følgen er av dette. Hvis vi forstørret opp ganske kolossalt en liten del av et stykke metallisk uran, ville vi se at atomkjernene som kanskje var forstørret til å bli omtrent som appelsiner, ville ha en avstand fra hverandre som kan dreie seg om ca. en kilometer. Nå vet vi at for at en klump uran skal ha kritisk størrelse, må et neutron være noenlunde sikker på at det vil treffe en U235 atomkjerne når det passerer gjennom klumpen, og at det ikke bare passerer igjennom og ut på den andre siden. Vi kan da sammenligne dette med at vi prøver å skyte en appel­ sin gjennom denne skyen av appelsiner med en kilometers avstand. Det er klart at hvis vi kunne trykke sammen skyen av appelsiner slik at avstanden mellom dem ikke ble en kilometer - men ble for eksempel 5 cm, så ville det ikke være mulig i det hele tatt å kaste en appelsin tvers igjennom klumpen. Ja, selv om det var la oss si en meter mellom hver appelsin, så skulle man ikke behøve sånn en stor sky, dvs. ikke så mange appelsiner før det ville være umulig å sikte tvers gjennom skyen. Vi begynner nå å se poenget. Dette er nemlig at ettersom man trykker sammen en klump av materiale slik at kjernene kommer nærmere hverandre, vil det være vanskelig å finne veien tvers igjennom for en partikkel som et neutron, som beveger seg rett frem. Følgen er at man kan se at et bestemt antall kjerner kan være kritisk, hvis disse kjernene er tilstrekkelig tett trykket sammen, mens de er under­ kritisk hvis de ikke er tett trykket sammen. Altså er det å trykke sammen en svakt underkritisk mengde uran, en måte å gjøre ladningen kritisk på, uten å ha med tunge og vanskelig bevegelige deler å gjøre. En annen fordel er at den tiden det tar å gjøre materialet kritisk er så kort. Derfor gir en stor del av atomkjernene 84

fisjon før de blir sprengt fra hverandre igjen. På denne måten får vi mest fisjonsenergi og størst sprengvirkning. De sprengladninger vi har beskrevet burde rettelig hete «fisjonsladninger» eller «fisjons-bomber». Det finnes enda en «atombombe», enda en «atomsprengladning». Dette er «fusjonsladningen», som baserer seg på en kjernereak­ sjon som kalles fusjon. Selve reaksjonen skal vi beskrive nærmere i kapittel 12. «Fusjonsbomben» kalles populært for H-bomben. De erfaringer man vinner ved konstruksjon og prøving av bomber kommer også de fredelige sprengladninger til gode. Og omvendt, en del av arbeidet med de fredelige eksperimentene har også gitt tips av betydning for bombekonstruksjonen. Man har for eksempel ved disse eksperi­ mentene vunnet mye kunnskap om hvorledes man kan minske spredning av radioaktive stoffer. Det er mange forskjellige måter å variere detalj-konstruksjonen av ladningen på. Svært mange av de prinsipper man da går ut fra baserer seg på erfaringer med andre slags sprengstoff. En sjokkbølge er en sjokkbølge, uansett hva som har skapt den, og det er i mange tilfelle utnyttel­ sen av sjokkbølgen som er viktigst. For den rent praktiske bruk er det kanskje tre ting som særlig skiller en bombe fra en sprengladning: - Man vil ofte ha bomben så stor som det er mulig fra et rent teknisk synspunkt, mens sprengladninger gjerne bør være små til middels, målt med «atombombe-mål». - Man søker maksimal militær virkning av bomben uten altfor mye hensyn til skadevirkningene fra den radio­ aktive stråling. Bruker man en sprengladning, krever man praktisk talt absolutt sikkerhet mot uønsket spred­ ning av radioaktive materialer. - Fabrikasjonsvanskeligheter og priser spiller liten rolle hvis man vil ha en bombe, økonomiske hensyn er av­ gjørende for om man vil velge en atomladning eller vanlig sprengstoff. 85

ATOMBOMBENS KONSTRUKSJON

Prinsippene for konstruksjonen har vi allerede. Forbedrin­ gene og de detaljene som skal gi ekstra god virkning er neste skritt. Noe av det viktigste er å bestemme hvilke formål man konstruerer bomber for. Akkurat som det finnes mange forskjellige typer konvensjonelle bomber, finnes det mange varianter av atombomben. Vi nevnte at man ofte ønsker å få så kraftig virkning som mulig. Hvis man får i gang kjedereaksjonen i bomben ved at ett eneste neutron treffer en U235-kjerne og gir fisjon, så er dette i og for seg alt man trenger. Nå viser det seg at uansett hvor dyktig man er til å lage bomber, er det bare en liten del av det spaltbare materialet i bombene som rekker å gi fisjon. Mesteparten av dette dyrebare materialet blir smeltet og spredt av eksplosjonen før man får noen glede av det. Derfor er det klart at det som trengs er flere neu­ troner, ikke i og for seg mer spaltbart materiale. Kan man begynne to uavhengige kjedereaksjoner helt samtidig, vil det kanskje kunne gi bomben nesten dobbelt så stor virk­ ning. Av dette fås nøkkelen til hvorledes bomben kan effektiviseres: skaff flest mulig neutroner til å sette i gang kjedereaksjoner, hold på neutronene så godt som mulig, slik at færrest mulig slipper ut av bomben mens reaksjonen er i gang. To av de viktigste måtene dette kan gjøres på er å bruke ekstra sterke neutronkilder i bomben og å omgi den med en tung «reflektor». Med en kraftig neutronkilde vil vi kunne få satt i gang mange uavhengige kjedereaksjoner nesten samtidig. Denne neutronkilden kan ligge midt i bomben eller utenfor. Vi behøver ikke skjerme det spaltbare materiale mot neu­ tronene fordi det ikke er disse alene som gir den eksplosive reaksjon. Det er først når den overkritiske masse plutselig er blitt samlet at eksplosjonen kommer. En reflektor er et stoff som sender neutronene tilbake inn i vår kule av spaltbart materiale. Reflektoren hindrer 86

altså neutronene fra å forsvinne. Den virker omtrent som et speil. Noe av det lureste vi kan gjøre er å omgi vår bombe med et tykt skall av U238. Dette vil for det første sende mange neutroner som forsøker å slippe ut av kulen, tilbake inn i bombens kjerne, - det er en god reflektor. For det annet har vi hørt at noen neutroner fra U235fisjon kan gi fisjon i U238 som igjen gir oss neutroner. Og det er neutroner vi vil ha. En idéskisse av hvorledes en reflektor virker er gitt i fig. 10. Grunnen til at den kan

*• Fisjon • Neutron

Bombe uten reflektor, mange neutroner går tapt.

Bombe med reflektor, mange neutroner sendes tilbake fra reflektoren.

Fig. 10. Reflektoren omkring en atombombe brukes til å utnytte neutronene bedre. Samme prinsipp benyttes i reaktorer.

virke slik, er først og fremst spredning av neutronene i reflektoren. Denne kjernereaksjonen ble nevnt i kapittel 3 «Store energier fra små masser». Vi sa også at vi ville 87

bruke en tung reflektor. Vi kan ikke greie å holde en atomsprengladning sammen mot eksplosjonskreftene, men mye tungt materiale er tregt å flytte på. Det kan kanskje forsinke spredningen av det spaltbare stoffet med en brøk­ del av et sekund. Og dette kan være nok til å øke spreng­ kraften ganske meget. Uran, nærmere bestemt U235, er det eneste spaltbare materialet vi hittil har lært å kjenne. Man antar at det uran som benyttes i bomber består av over 90 % U235. Vi nevnte i kapittel 5 under «Spaltbare stoffer» at det kan lages kunstige spaltbare stoffer. Disse er like godt egnet til bombemateriale som U235. Ett av disse, plutonium PU949, har vært brukt i bomben. Pu239 gir lettere fisjon enn U235, og vil ikke «somle bort» så mange neutroner som U235. En god del av neutronene i U235 har vi jo sett går med til å lage radioaktivt U236 som vi ikke har noen nytte av i en bombe. Det er rimelig å anta at de fleste bomber i dag blir laget av plutonium. Hvorledes både reflektoren og bruk av plutonium for­ andrer den minste nødvendige størrelse på bomben sees i tabellen nedenfor.

Bombetype

Kule av U235 Kule av U235 med U238 reflektor Kule av Pu239 Kule av Pu239 med U238 reflektor

Diameter av en kritisk kule av det spaltbare materialet

Vekt av en kritisk kule

17 cm, litt mindre enn en håndball 12 cm

49 kg

13 cm 9 cm, omtrent som en . tennisball

16 kg 5.7 kg

16 kg

At bomben i og for seg kan være såpass liten betyr ikke at den er det i praksis. Reflektor, «kanonløp», stålskall, 88

sprengstoff og tennmekanismer kommer til. Hele meka­ nismen må være absolutt sikret mot å gå av i utide. Dette gjør en komplett bombe nokså stor og uhåndterlig. Den første amerikanske uran-«kanonløps»-bomben «Lillegutt», var en sylinder omtrent 3 m lang med diameter 70 cm. Den første implosjonsbomben (med plutonium) ble kalt «Fet mann», veide omtrent det samme, men var litt større. (Se fig. 11.) Begge disse bombene hadde en spreng­ virkning som svarte til 20.000 tonn TNT.

«FET MANN»

NORMAL MANN

U239 + p~ -> Np239 + p~ -> Pu239

Dessuten mener de at

Th232 + n -> Th233 4- p~

Pa233 + p~ -+ U233

Hva skal nå alt dette bety ? Hvis vi ser litt nøyere etter, vil vi oppdage at vi i grunnen kan lese disse ligningene. Vi kjenner alle tegnene fra tidligere kapitler, så det er ikke rent kaudervelsk. Den første sier omtrent dette: U238 absorberer neutro­ ner som alle andre stabile kjerner. Den første pilen fører oss over til en selvfølgelighet, nemlig at resultatet av denne absorpsjonen blir U239. Noe som er nesten like selvfølge­ lig er at denne urankjernen har for mange neutroner til å føle seg helt vel. Den vil søke seg nærmere /?-stabilitetslinjen (fig. 4) ved å bli radioaktiv, ved å sende ut et elektron (en ^-partikkel). Resultatet er det som neste pil peker på. Vi får det nye grunnstoffet neptunium. Dette er det første av de transuraner Fermi produserte i midten av tredveårene. Neptunium er også ustabilt, det sender ut en ny ^-partikkel. Dette gir oss til slutt transuran nummer to, plutonium. Nærmere bestemt er det Pu^9 vi har fått. Dette er også radioaktivt, men det har lang halveringstid, 25.000 år. Plutonium har vi hørt om før, i forbindelse med atombomber. Det er et ekte spaltbart materiale. Dette vil som vi husker si at det kan gi fisjon når det absorberer et neutron. Og ikke bare det, det kan gi fisjon uansett om 137

neutronet er hurtig eller termisk. Derfor kan plutonium brukes i stedet for U235. I virkeligheten er dette en epokegjørende oppdagelse. Tenker vi på fremtidens energiforsyning er det til og med sensasjonelt. Nå har vi altså en mulighet til å benytte U2 3 8 som atombrensel i tillegg til U235, riktignok via en omvei som heter plutonium, men allikevel. Og det er jo 140 ganger så meget U 2 3 8 som U 2 3 5 i naturen. Kan vi forsynes med energi i f.eks. 200 år med U235, kan vi altså teoretisk med bruk av U238 greie oss i 28.000 år! Så enkelt er det ikke, men at vi har fått et kraftig tilskudd til vår litt slunkne U235-beholdning, er sikkert. At plutonium fra et rent fysikk-synspunkt til og med er bedre enn U235 gjør det hele bare enda mer hyggelig. På denne bakgrunn er den andre ligningen lett å forstå. Det nye her er at vi møter et grunnstoff vi ikke har hørt om før, nemlig thorium, Th|o2. Thorium finnes det omtrent like meget av som uran. Thorium er imidlertid et mere uinteressant materiale. Grunnen er den at thorium bare er thorium, mens uran er både U235 og U238. Thorium inneholder altså ingen spaltbare komponenter. Sin verdi får det først ved at man kan lage kunstig atombrensel av det, på samme måte som av U238. Vi begynner på samme måte, ved å putte et neutron inn i vårt thorium. Atter gir den første pilen oss en halv «selvfølgelighet». Vi får Th|o3. Nesten like selvfølgelig er dette radioaktivt og sender ut et elektron. Vi får grunnstoffet protactinium, Pa|33, som igjen er radioaktivt, med utsendelse av et elek­ tron som resultat. Til slutt kommer vi til det vi har ventet på, nemlig uran. Sluttresultatet her, U^3, er ekstra interes­ sant. Vi har oppdaget en ny variant av uran, en som ikke forekommer i naturen. Som U235 er også dette uran et ekte spaltbart materiale, og kan benyttes som atombrensel. Fortsetter vi vårt teoretiske og nokså utopiske regne­ stykke, ser vi at vi nå har berget energien for omtrent de neste 50.000 år. Med dette kan vi si oss tilfreds med våre 138

fysikeres innsats for å redde verden fra energidøden. Vi kan vende vår oppmerksomhet mot mer praktiske pro­ blemer.

MER NEUTRONSYKLUS

Som vi husker er det i en neutronsyklus sterk konkurranse om neutronene, og vi må ta godt vare på dem. Da er det avgjørende for oss om det er nok neutroner til absorpsjon i U238 og Th232. Vi kan komme ned på det rent praktiske plan ved en enkel observasjon. Fra hver U23Misjon kommer det vel 2.4 neutroner. Ett av disse må brukes til å gi fisjon i et nytt U235-atom for å holde kjedereaksjonen kritisk. Da har vi 1.4 igjen. Av disse må vi ta ett til U238 eller Th232 hvis vi ønsker å skape et nytt spaltbart atom (Pu239 eller U233) for hvert U235 som brukes. Det store spørsmål er nå: er de 0.4 neutroner som er igjen nok til å dekke alle de andre neutrontapene vi har i resten av neutronenes livsløp? (Se fig. 22 og 25.)

FORMERINGSREAKTORER OG ANDRE UNDERLIGE DYR

Vi har allerede i kapittel 7 sett at det er mange måter å spare og å sløse med neutroner på. Minst neutrontap skjønner vi at vi får i en hurtig reaktor. Her er det ingen moderator som spiser opp neutronene våre, og nokså lite går også til kapsling og andre materialer i reaktorkjernen. Med en omtenksom konstruksjon kan vi få store hurtige reaktorer til å produ­ sere omtrent 1.2 atomer Pu239 for hvert atom U235 vi bruker. Begynner vi med 1000 kg U235 i en reaktor, kan vi etter 5 års kontinuerlig kraftproduksjon det sjette året ha produsert 1000 kg plutonium til å fortsette reaktoren med og enda ha 1000 kg tilovers som vi kan lage en ny reaktor for. Dette er det som ligger bak den litt over139

raskende påstand at «en reaktor kan produsere mer bren­ sel enn den selv forbruker». Engelskmennene har et godt navn på slike reaktorer, «breeder-reactors». Vi vil gjerne ha et norsk ord på dette, og «reactors» er ikke så vanskelig å oversette. Men «breeder» er straks verre. Man er til slutt blitt stående ved «formeringsreaktorer». Dessverre kan dette ordet være egnet til å skape misforståelser. Meningen er at reaktoren «formerer» sitt brensel, ikke at den formerer seg ved helt av seg selv å produsere nye små reaktorer som etterhvert vokser seg store, s Fullt så bra går det ikke i en termisk reaktor. Den er litt mer grådig på neutroner. Vi får ikke dannet et nytt Pu239-atom for hvert U235-atom vi bruker. Men vi kan greie å få produsert en U233-kjerne for hver U235-kjerne vi bruker. Her tjener vi altså ikke noe til nye reaktorer, men reaktoren holder seg selv med brensel for alltid. Hvis vi setter inn nok U2 3 5 til å få reaktoren kritisk og i gang, kan vi fortsette å «fyre den» med Th232 som omdannes til spaltbart materiale. Og det er jo ikke dårlig det heller. En begrensning har vi pådratt oss med å bruke en termisk reaktor. Vi kan drive full selvforsyning av brensel bare med Th232, ikke med U238. Grunnen er basert på rene kjerne­ fysiske betraktninger. Alle reaktorer som inneholder U238 eller Th232, vil jo få litt av disse materialene omdannet til spaltbare stoffer. Foreløpig har vi konsentrert oss om de reaktorer som gir minst like mye spaltbart materiale som de forbruker. Men vi har jo alle grader av selvforsyning. En reaktor med rent U235 vil ikke få produsert noe nytt brenselsmateriale til erstatning for det som brukes opp. En annen reaktor med ganske mye U238 vil kanskje få produsert ett Pu239 atom for hver to atomer U235 brukt. Dette er jo også en god hjelp. Slike reaktorer kalles «konvertere». De fleste kraftreaktorer i dag produserer omtrent 0.6 Pu atomer for hvert brukt U235 atom. Følgene av dette er mange, men de viktigste er: 140

1. En god del av det plutonium som dannes vil brukes opp i reaktoren sammen med uranet, derfor gir en reaktorbrenselsladning fra seg litt mer varme enn det som sva­ rer til U235-forbruket, kanskje 10 % mer. 2. En del plutonium vil være til stede når det er brukt. Dette virker sammen med U2 3 5-restene til at det lønner seg å la brenslet gjennomgå kjemisk regenerering for å gjenvinne disse to spaltbare materialene. Dette fører til utvikling av en i konvensjonell energiproduksjon ukjent industri. 3. Plutonium brukes som brensel. Det er et giftig og radioaktivt materiale. Man utvikler derfor teknikk som tillater fjernstyrt brenselsfabrikasjon, brenselsfabrikasjon «uavhengig» av menneskehender.

Som vi allerede har nevnt er plutonium også ettertraktet som materiale til atomsprengladninger og atombomber. Uran er et dyrt materiale, og rent U2 3 5 er vel det dyreste stoff vi har. Derfor er det av slik stor betydning at vi får produsert nytt spaltbart materiale i reaktorene våre. Dette må ikke forlede oss til å tro at vårt atombrensel er gratis hvis vi produserer like meget som vi bruker. Tross alt må brenslet gjennom en kostbar og komplisert kjemisk pro­ sess, og deretter fabrikeres til passende form som vist på fig. 27 og 28.

9

De første reaktorfamilier

Fig. 23 «En kokende reaktor» var stort sett en stor kasse­ rolle med kokende vann og litt uran oppi. Fullt så enkelt er det ikke å lage en reaktor i virkeligheten. I dette kapitlet skal vi se på noen av de vanskelighetene vi møter på veien til en ferdig reaktor, og litt på hvorledes denne ser ut. Men først og fremst, atomenergi er som vi nå forstår ikke sort magi, og store deler av det anlegget vi trenger for å produ­ sere energien er det samme enten vi bruker kull, olje eller atomer til å fyre med, slik som vi viste på fig. 21.

MANGE SLAGS REAKTORER

Det faktum at vi hittil har konsentrert oss om atombomben, den hurtige reaktor og kokendevannreaktoren må ikke forlede leseren til å tro at dette er de eneste reaktortyper atomenergiindustrien kan by på. Da selve prinsippet bak den kontrollerte kjedereaksjon først var demonstrert, kunne ingeniørenes oppfinnsomhet for alvor begynne å boltre seg. I dag har vi så mange forskjellige måter å lage reaktorer på at vi bare har plass til å nevne de viktigste her. Og som sagt, de forskjellige typer er mange ganger skred­ dersydd til spesielle behov. For å holde litt orden på det hele blir vi nødt til å dele reaktorene inn i to hovedtyper. For hver av disse finnes det en rekke spesielle typer. Det beste vi kan legge til grunn for å skille ut typene er de egenskaper som har sterkest innflytelse på reaktorens konstruksjon, og også 142

hva hver enkelt reaktor skal brukes til. I tabellen har vi satt opp hovedtypene av reaktorer, og de egenskaper vi bruker til den videre inndeling. Hurtige reaktorer

Termiske reaktorer

kjølemiddel brensel formål

moderator kjølemiddel brensel formål

Hovedinndelingen går etter energien på de neutroner som bærer kjedereaksjonen: hurtige neutroner = neutroner slik de kommer fra fisjonen termiske neutroner = neutroner som er i termisk like­ vekt med en moderator De hurtige reaktorer er mer kompakte enn de termiske. Mulige kjølemidler for hurtige reaktorer er flytende natrium-metall, gass eller vanndamp. Vann kan ikke brukes. Da ville jo neutronene bremses ned og vi ville ha hatt en termisk reaktor. Disse reaktorer kan bruke alle de tre spaltbare materialer som brensel, men er spesielt effektive med plutonium. Bare med hurtige reaktorer kan man regne å få virkelig effektive formeringsreaktorer, som vi nevnte i kapittel 8. Ennå er ingen kommersielle kraftsta­ sjoner av denne typen i drift, og den hurtige reaktor er ikke kommet så langt i sin utvikling som den termiske. Mange regner med at den hurtige reaktor på lengre sikt vil ta ledelsen fra den termiske reaktor nettopp i store kraftstasjoner. De termiske reaktorer er det både flest forskjellige typer av, og bygget flest av. Langt den alminneligste moderator er vanlig vann, men det finnes også kommersielle kraftreaktorer som bruker grafitt (karbon) som moderator. Tungtvann har vært mest brukt i forsknings- og isotop143

produserende reaktorer, mens beryllium bare har vært an­ vendt i helt spesielle tilfelle. Som kjølemiddel er også vann mest alminnelig. Både varmt vann, kokende vann og damp brukes. Vannreaktorene har en stor fordel nettopp i dette at moderator og kjølemiddel er samme materiale. I grafittreaktorer lar dette seg ikke gjøre. Grafitt er et fast stoff, omtrent det samme som materialet i spissen på en blyant. De fleste grafittreaktorer blir kjølt med gass, som regel med kullsyre, CO2, samme gass som er boblene i en flaske selters. Alle termiske reaktorer kan bruke alle tre spaltbare stoffer som brensel (egentlig er det jo nettopp på grunn av dette at vi sier at U233, U235 og Pu239 er «spaltbare»). Hittil har de fleste reaktorene brukt U235 + U238 i sitt brensel, vesentlig fordi det ennå ikke er produsert store mengder av de kunstige stoffene for bruk i reaktorer. Men når det gjelder brensel er det ikke bare materialet som gir opphav til forskjellige reaktortyper. Også brenslets form brukes til å gi reaktortyper navn. De aller fleste reaktorer kalles «heterogene» fordi moderator-kjølemiddel er adskilt fra brenslet. I disse reaktorene er brenslet oftest staver eller «pinner» av uran, omgitt av en kapsling av f.eks. rustfritt stål (fig. 23, 24 og 27). I «homogene» reaktorer er moderator, kjølemiddel og brensel blandet sammen i en eneste «suppe». Noen av disse reaktorene har brenslet i form av et uransalt (med anriket uran) oppløst i f.eks. vann. Andre har ørsmå brenselspartikler «svømmende» i moderator-kjølemidlet. Felles for disse reaktorene er at hele «suppen» brukes som varmetransportmiddel og sir­ kuleres til dampgeneratorer. Det er ennå ikke bygget noen stor homogen kraftreaktor. De fleste atomkraftverk drives i dag med gasskjølte grafitt-reaktorer eller vann-modererte og vann-kjølte reaktorer. Noen få bruker tungtvann som moderator og kjølemiddel. Til alle anvendelser av reaktorer man har kunnet pønske ut, kan det brukes termiske reaktorer. Nettopp de store variasjonsmulig144

heter med forskjellige moderatorer og forskjellige kjølemidler, gjør at man kan tilpasse denne reaktortypen de forskjelligste formål. England baserer hele sin store atomenergiproduksjon på grafittreaktorer. Disse reaktorene er store og drives ved forholdsvis lavt gasstrykk. De utnytter brcnselsskifte under full drift, dvs. de har en egen nokså komplisert maskin som et par ganger i uken bytter ut et brenselselement som ligner på det vi så i fig. 27. I USA er vannreaktorene praktisk talt enerådende. Disse er forholdsvis kompakte og bytter brensel ved full stopp omtrent en gang i året. Canada er tungtvannsreaktorenes hjemland. Disse reak­ torene bruker også brenselsbytte under drift, og kan i motsetning til de andre typene med fordel drives med naturlig uranmetall. I USSR benyttes forskjellige typer i større skala, også de hurtige. Bortsett fra den hurtige reaktor vil en vannmoderert reaktor være den mest kom­ pakte av alle reaktortyper. I anvendelser hvor plasshensyn og vekt spiller en rolle har derfor vannreaktoren hittil dominert. Alle atomdrevne skip bruker vannreaktorer. Alle mobile eller semi-mobile anlegg i fjerne strøk er basert på vannreaktorer. Men hver dag gjøres nye tekno­ logiske erfaringer, og snart vil kanskje en reaktortype vi i dag knapt kjenner innta hovedrollen for disse spesielle anvendelser.

ATOMENERGIFABRIKKER

En atomenergifabrikk kan se ut som på fig. 29. Den kan også se helt annerledes ut, avhengig av hva slags reaktortype den er basert på. Fordi utvalget av reak­ tortyper er nokså stort, vil det være stor variasjon også i kraftstasjonenes oppbygning. Dermed har vi også mulig­ heten til i ganske stor grad å skreddersy stasjonen til brukerens spesielle behov. Her skal vi se på en typisk energifabrikk, dvs. en stor kraftstasjon beregnet på å gi 145

Kontrollrom

l Pumpe

Fig. 29. Kokendevann-reaktoren gir på mange måter det enkleste kraftreaktoranlegg.

elektrisk kraft f.eks. til en storby og en del industri. Reaktoren er en kokendevann-reaktor, dvs. moderert og kjølt av kokende vann. Effekten på stasjonen kan være kanskje 900 000 kW, som er omtrent nok til å forsyne Oslo selv under belastningstoppene midtvinters. Et snitt gjennom hovedbygningen i anlegget er vist i fig. 30. Selve reaktoren ser vi i fig. 31. Den inneholder ca. 190 tonn uran, anriket til 2 % i U235. 1 gjennomsnitt vil man skifte ut omtrent 50 tonn av dette uranet hvert år. Stasjonen regnes å kunne gå uav­ brutt 340 dager i året hvis behovet er tilstede. Den «konvensjonelle» delen av anlegget er ikke helt konvensjonell. Systemet med denne reaktortypen er svært enkelt, i prinsipp en trykk-koker som blåser dampen rett på et turbin-generatorsett. Straffen for at vi gjør det så enkelt, og dermed billig, får vi i form av muligheter for driftsproblemer spesielle for denne typen reaktor. På atomenergianlegg som på andre anlegg er det før eller senere noe som må repareres eller vedlikeholdes, og da ikke sjelden turbinene. Dampen vi får fra reaktoren vil under drift alltid være litt radioaktiv. Derfor må vi kanskje stenge av reaktoren under spesielle reparasjoner, for ikke å bli utsatt for sterk radioaktiv stråling. F.eks. ved repara­ sjoner av turbinen kan det være nødvendig med en kort ventetid etter reaktoravstengning, for å la radioaktiviteten 146

Fig. 30. Reaktor-delen i en atomkraftstasjon gjennomskåret. 1,2,3: Strålingsskjerm. 4,5: Trykktank. 6: Brukte brenselselementer. 7: Hoveddampledning. 8: Fuktavskillere. 9: Brenselselementer. 10: Kontrollstaver. 11: Gitterplate. 12: Vanninnløp. 13: Drivmekanismer for kontrollstaver. 14: Vannpumper. 15: Sikkerhetsbeholder. 16: Personell-inngang.

dø ut litt. Erfaringene hittil har vist at visse komplikasjo­ ner på grunn av radioaktiviteten må man regne med, men omhyggelig planlegging og kvalifisert personell vil gjøre problemene økonomisk og driftsmessig fullt ut aksep­ table. 147

Fig. 31. Hjertet i atomkraftverket, reaktoren. Dette er den samme kokendevann-reaktor som i fig. 30.

148

STORE TING I SMÅ PAKKER

Vi har sett på energifabrikker i store størrelser. Det er for disse atomenergien er særlig tiltrekkende. Jo større kraft­ stasjon, desto mer lønnsom blir atomenergien. Så merke­ lig det enn høres, er det til tross for det også bruk for atomkraftverk i miniatyr. Slike lilleputtverk, kanskje 1000 til 10000 kW, vil ubønnhørlig bli dyrere i anskaffelse enn f.eks. et dieselgeneratorsett. Mindre, og mer kompakte enn dieselmotorer blir de heller ikke, selv om de kan passes inn på lastebil med tilhenger. Det fine med lilleputtverkene er at de er seg selv nok, uavhengige av om­ verdenen i langt større grad enn en dieselmotor. Disse anleggene kan veie omtrent 400 tonn, så det går an å få transportert dem nokså greit i 20-30 kolli. Disse kan settes sammen i en-to-tre. Og når de først er på plass, kan de så å si uten tilsyn og uten brennstofftilførsel levere energi i fra to-tre til kanskje 10 år.

MOTORER

En annen viktig måte å forbruke energi på enn å drive en storby eller en industri, er å drive et transportmiddel. Da pleier vi å kalle vår energifabrikk for en motor, enda det fremdeles egentlig er energi den produserer. Her møter vi en viktig begrensning ved reaktorene. På grunn av den radioaktive strålingen må vi beskytte oss ved å omgi store deler av anlegget med «strålingsskjermer» av betong, vann, stål og bly. Derfor blir et reaktormaskineri alltid tungt i forhold til vanlige motorer. I et stort skip kan selve reaktoranlegget veie 500 tonn, men av disse er bare 80 knyttet til selve reaktoren. Resten er i alt vesentlig strålingsskjermen. På grunn av disse forholdsvis store vekter finner vi den mest naturlige «motor»-anvendelse av reaktoranlegg i for­ holdsvis store skip. «Reaktorbilen» får vi sannsynligvis aldri, dertil blir en reaktor antagelig for tung. 149

Selv for skip, som har forholdsvis tunge fremdriftsanlegg, vil et reaktoranlegg med tilleggsutstyr veie noen hundre tonn mer enn tilsvarende dieselmaskineri. Rent vektmessig vil atomdrift allikevel kunne bety en fordel. På en rimelig lang reise må et stort oljefyrt skip laste kan­ skje 3000 tonn bunkersolje, mens reaktorens uranladning er på omtrent 5 tonn. Denne ladningen varer dessuten ikke bare en reise. Et rimelig intervall for utskifting av uranet er 4 år, og er det meget om å gjøre kan man lage en reaktor som kan utnyttes kontinuerlig i 6 til 7 år uten brenselstilførsel. Rent teknisk er det ikke så stor forskjell på en kraftreaktor og en skipsreaktor. Sistnevnte er kanskje 20 til 50 ganger mindre, men ligner meget på storebror. En forskjell ligger som det har fremgått, i brenselsbyttemetodene, kraftreaktoren skifter litt hvert år, skipsreaktoren bør gjerne få gjøre tjeneste urørt nokså lenge av gangen, og skifter derfor hele ladningen hvert 3. til 5. år. Hvordan et skipsanlegg kan se ut får man et inntrykk av på fig. 32 *.

NEUTRONFABRIKKER

Neutronene kan brukes til uendelig mange ting, noen nokså opplagte, andre som vi ikke har drømt om ennå. Men for å kunne bruke dem må vi først skaffe dem. Det gjør vi med isotop-produksjons-reaktorer og forskningsreaktorer. Alt i alt finnes det omtrent 400 slike reaktorer, og det bygges stadig flere. I atomenergiens ungdom var man så begeistret for både energien og neutronene at man tok det man fikk av begge deler fra de få reaktorene man hadde. Etter hvert fant man ut at det som gav stabil tilførsel av billig energi slett ikke alltid var det som gav flest og best neutroner. I dag er reaktorer for de forskjellige formål høyt spesialiserte instrumenter, skreddersydd for en eller to spesialoppgaver. * Se plansjer mellom side 32 og 33.

150

Forskningsreaktorer skal gi mange neutroner, og det helst for en billig penge. Men det er ikke nok å ha neutroner, man må også sørge for å ha dem der hvor man kan bruke dem. I praksis er dette to steder: flest får man når man tar dem der hvor de er født, dvs. i reaktorkjernen, best får man dem hvis man tar dem ut av reaktoren i stråler som man kan «behandle» på forskjellige måter. I kapittel 11 skal vi få vite litt om hva man kan bruke radioaktive stoffer til. Her skal vi nevne hvorledes vi kan skaffe disse stoffene. Som vi husker er alle stoffer lystne på neutroner, og de fleste blir radioaktive når de absor­ berer dem. En grei måte å få til dette på er simpelthen å putte stoffet eller stoffene i en boks og så putte boksen inn i reaktorkjernen. Her blir stoffene utsatt for kraftige strømmer av neutroner fra alle kanter. Jo flere neutroner, desto sterkere og flere radioaktive stoffer får vi. Lager vi en reaktor som gir ekstra mange neutroner i kjernen, og samtidig har utstyr til å få små bokser ut og inn av denne kjernen, har vi en isotop-produserende reaktor (de radio­ aktive stoffene kalles ofte for korthets skyld «isotoper» i stedet for «radioisotoper»). En moderne vitenskapsmann er en hund etter neutroner. Neutronet kan brukes til utrolig mange nyttige ting og er uhyre populært. Det har til og med fått en hel bok for seg selv i samme serien som denne boken. * Vanskeligheten er at det må foreligge i tilstrekkelige mengder, og vi må kunne bestemme hva slags neutroner vi vil ha. For å få til dette, bygger vi forskningsreaktorer hvor vi sørger for å kunne ta ut sterke stråler av neutronet fra reaktorkjer­ nen. Disse tar vi ut i «kanaler», og disse kanalene er et karakteristisk kjennetegn nettopp for denne reaktortypen. Fordi det primære i både isotop-produserende reaktorer og forskningsreaktorer er mange neutroner, forsøker man å få både i pose og sekk, dvs. både i isotop-boks og kanal. * Cappelens Realbøker no.3: D.J.Hughes: Det fantastiske neutronet.

151

Både den første og den fjerde norskbygde reaktor er kom­ binerte isotop- og forskningsreaktorer. Den første, JEEP, som den kalles, ble bygget på Kjeller i 1948-51 (fig. 33 *). Den har siden gått trofast og har dekket en vesentlig del av Norges isotopbehov. Samtidig har utallige norske og utenlandske vitenskapsmenn hatt glede av dens neutronstråler. Noen har brukt neutronene på poteter og korn, andre har latt dem gå gjennom flytende hydrogen og komplisert neutron-telleapparatur. Den fjerde norske r Brenselselement

Fig. 34. Den nyeste forskningsreaktoren på Kjeller, JEEP II, vann­ rett gjennomskåret. Vi ser reaktortanken som inneholder brenselselementer, kontrollstaver og «lommer» hvor man legger materialer som skal bestråles til radioaktive isotoper. Tallene 1 til 10 viser «kanaler» som slipper ut sterke stråler av neutroner til bruk ved forskjellige slags eksperimenter. * Se plansjer mellom side 32 og 33.

152

reaktoren blir kalt JEEP II, til ære for den første som har gjort så god nytte for seg. Vi har gjort et snitt gjennom denne i fig. 34, for å vise nettopp det karakteristiske ved en forskningsreaktor. På denne figuren kan vi også se tydelig hvor kraftig vi skjermer oss mot den radioaktive strålingen fra kjernen. Denne skjermen er også reaktorens fasade mot omverdenen, fig. 35 *.

KAN REAKTORENS URANLADNING EKSPLODERE?

Nei, det er absolutt umulig. Og hvorfor det er umulig er lett å forstå når man har lest kapittel 6. Der viste vi at bare ved anvendelse av all vår vitenskapelig-tekniske fantasi og avansert moderne teknikk kunne vi greie å låge en atomsprengladning. Sluttresultatet ble at vi måtte bruke mo­ derne høyeksplosiver for så plutselig som mulig å få laget en sterkt overkritisk masse. Konstruksjonen og oppbyg­ ningen av en kraft-reaktor eller en forskningsreaktor er helt annerledes, og noen høyeksplosiver har vi slett ikke bygget inn.

REAKTORSIKKERHET

Men atomenergiens sikkerhet er ikke et spørsmål om eks­ plosjonsfaren i en reaktor. Selv om nettopp en atomeksplosjon er det mange kanskje automatisk tenker på i sammenheng med reaktorsikkerhet, og selv om vi har vist at reaktorladningen ikke kan eksplodere som en bombe, så betyr ikke dette at vi er ferdige med sikkerhetsvurde­ ringen av atomanlegg. Siden en kokendevann-reaktor i virkeligheten er en høytrykksdampkjele som inneholder uran og radioaktive stoffer, kan vi snakke om to slags sikkerhet: sikkerheten mot kjeleeksplosjoner, rørbrudd og andre uhell av konvensjonell art, og sikkerheten mot * Se plansjer mellom side 32 og 33.

153

spredning av radioaktive stoffer. Det nye fra et sikker­ hetsmessig synspunkt er jo de radioaktive stoffene. Kan vi hindre disse fra å spre seg i store mengder har vi opp­ nådd den sikkerhet vi ønsker. Nå er det ikke likegyldig hva slags radioaktivitet vi skal beskytte oss mot. //-partikler stoppes allerede av et stykke papir eller av vanlige klær, y-stråler kan gå gjennom metertykke betongvegger. Neutronene er kanskje det vi må passe best på. Bortsett fra at de også kan gå gjennom tykke vegger, skaper de jo nye radioaktive stoffer når de blir absorbert. En annen viktig ting er halveringstiden for de radioaktive materialer. Noen har halveringstider på uker og år. Disse må vi ta godt vare på. Andre har hal­ veringstider på sekunder. Disse kan vi i mange tilfelle slippe ut i luften eller i elver og sjøer, fordi radioaktivi­ teten da vil ha dødd ut før den kommer frem til mennesker. Radioaktiv stråling får alle på seg, i seg og gjennom seg overalt. Stråling er og har alltid vært en del av våre natur­ lige omgivelser. Kosmisk stråling fra verdensrommet gjennomborer stadig vår atmosfære og oss selv. Kroppen vår inneholder radioaktivt karbon og radioaktivt kalium. Stråling får vi også fra fjernsynsapparater, selvlysende ur­ skiver og skjermbilledfotografering. Den stråling som kommer fra en reaktor er av nøyaktig samme slag som denne mer eller mindre naturlige «bakgrunnsstrålingen». Det viktige er ikke at vi helt må unngå stråling, det viktige er at de tillegg det kunne være tenkelig å få ved reaktor­ uhell ikke må være meget større enn bakgrunnsstrålingen. Heldigvis er radioaktive stoffer kanskje de letteste å påvise av alle de vanlige forurensningene i våre omgivelser. Kapittel 13 sier litt om hvorledes radioaktiv stråling kan virke på mennesket. Den primære sikkerhet mot stråling fra reaktorkjerner får vi ved kontroll av de radioaktive stoffene. Skjematisk kan vi se vår beskyttelse mot stråling fra atomenergistasjoner som en rekke «strålingsbarrierer» som på fig. 36. 154

________ Luft, vann og jord Sikkerhetsbeholder

Strålingsskjerm

HHii n ni ii

n

Reaktorens trykktank Uranets kapsling

Radioaktive stoffer

I II I

l llll lllll lllllllllll

Fig. 36. Disse fem barrierene er vår viktigste beskyttelse mot de radioaktive stoffene i en reaktor.

Skurken i dramaet er fisjonsproduktene. Disse er helt og holdent inneholdt i uranet. Mellom uranet og mennes­ ket som vi skal beskytte er det 5 kraftige barrierer. Den siste av disse, fortynning av radioaktive stoffer i luft og vann, har ikke rent fysisk formen av en barriere, men er allikevel både viktig og effektiv. En av disse barrierene er helt ny for oss, den som kalles «sikkerhetsbeholder». Dette er en gasstett beholder som i mange reaktorstasjoner omslutter selve det egentlige reaktoranlegg, fig. 37. Den skal først og fremst sørge for at de

Fig. 37. Sikkerhetsbeholderen omslutter selve reaktoranlegget.

155

radioaktive stoffer som kunne tenkes å trenge igjennom de andre barrierene f. eks. ved en vanlig trykk-kjeleeksplosjon ikke kommer utenfor atomanleggets område, ikke slipper ut til den siste barrieren vår.

10 Uanede muligheter anes

Den indiske atomfysiker og atomenergipionér, Homi Bhabha, pleide å dele opp menneskehetens historie i tre epoker. Den første var den opprinnelige sivilisasjon i dalene ved Eufrat, Indus og Nilen. Den annen var den industrielle revolusjon som ledet til den sivilisasjon vi nå lever i. Den tredje er atomalderen som vi nettopp er i ferd med å gå inn i.

SLAVE-ENERGI

Det kan være interessant å se på hans begrunnelser for dette. Menneskene har så vidt man vet eksistert på jorden i over en kvart million år. Likevel har vi ikke noen nedtegninger om sivilisasjoner tidligere enn ca. 8000 år tilbake. Det tok altså menneskene flere tusen år å komme frem til de kunnskaper og den dyktighet som laget de tidligere sivilisasjonene, dvs. landbruk, fedrift, pottemakerkunst, veving og metallurgi. Men sivilisasjonene ved Eufrat, Indus og Nilen, fjernt fra hverandre geografisk, bygget til tross for sine innbyrdes store forskjeller alle sammen vesentlig på det samme grunnlag: All energien for å gjøre mekanisk arbeid, for å pløye, for å pumpe opp vann, for å bære ting, for å flytte ting, måtte skaffes ved menneskemuskler eller i høyden dyremuskler. Det eneste man brukte noen annen energi til var å koke og kanskje i en meget begrenset grad for metallbearbeidelser. Da var det varme fra ved som ble brukt. I dag er det ganske klart hvilken alvorlig begrens157

ning en slik mangel på energitilførsel betyr for en sivilisa­ sjon. I løpet av en dag kan en tungarbeider greie å produ­ sere omtrent en halv kilowatt-time av arbeid. Dette er omtrent det som er nødvendig for å holde seg i live i et primitivt samfunn. Vi kan sammenligne dette med situa­ sjonen i Norge hvor hvert eneste menneske, voksen og barn, i dag har ca. 30 kilowatt-timer pr. døgn til sin disposisjon og bruker dem. Her er da regnet med alt energiforbruk i Norge, også industriens. Det er klart at i de gamle sivilisasjoner var det bare en liten del av befolk­ ningen som kunne leve på et høyt nivå, på det vi ville kalle den tids siviliserte nivå, og da på bekostning av muskelkraften fra 20-30-40 slaver hver. Begrensningen i energien som var tilgjengelig førte til at sivilisasjonens frukter bare kunne nytes av noen ganske få. Det første tegn til forandring på dette kom da man be­ gynte å bruke kjemisk energi, som man fikk fra å brenne fossilbrensler, kull og olje og naturligvis ved. Hoved­ sakelig var det da man begynte å brenne kull i store meng­ der at det industrialiserte mønster for et samfunn kom frem. Levestandarden har vi sett gå opp i verden temmelig parallelt med forbruket av energi. Vi kan si at levestan­ darden i Norge i dag svarer til at hver person har ca. 60 slaver til å arbeide for seg og frembringe de 30 kilowatttimene som trengs.

ENERGIRESERVER OG LUFTFORURENSNING

Men det er et faktum at på den måten vi driver vår sivili­ sasjon i dag, hvor vi nå bruker vel så mye olje som kull, er vi på god vei til å uttømme de energiressurser, de reserver, som naturen har bygget opp i løpet av millioner år. I løpet av et århundre eller i høyden et par, vil vi ha uttømt disse kildene, og hvis ikke nye muligheter eksisterer, vil den form for sivilisasjon vi har bygget opp være dømt til undergang. 158

Som vi har sett, er det atomenergien som for første gang har bragt en lysning og en mulighet i dette problemet. Mange vil si at det faktum at vi kan fortsette å bruke energi som vi gjør nå, ikke betyr en tredje og ny epoke i vår verdenshistorie. Det er imidlertid en ting man da glemmer, og det er den vesensforskjellen som eksisterer mellom de fossile brensler som vi hittil har brukt, og atomenergien. Kull, olje, gass, ved og torv er jo alle bare lagrede energimengder som opprinnelig er kommet fra solenergien til jorden. Det samme gjelder også i virkelig­ heten for vannkraft, som jo holder det gående ved den stadige fordampning av vann fra havene på grunn av sol­ varmen. Alle tidligere fossile brensler har noenlunde samme konsentrasjon av energi når man brenner dem. Det vil si, enten man brenner olje, kull, ved eller gass får man så noenlunde den samme varmemengden pr. gram man brenner. Med atomenergien er det kommet en helt ny dimensjon inn i bildet. Ved å brenne, eller rettere sagt spalte, et gram U235 får vi over ti millioner ganger så mye energi ut som det vi får av et gram kull eller olje. Det er klart at hvis hele vår sivilisasjon er bygget på energi, så må en slik forandring i konsentrasjonen av det brenslet som vi skal bygge videre på, bety en ganske vesentlig om­ veltning for samfunnet i fremtiden. Hva er det da vi kan vente oss av denne nye energi­ kilden? Når vi skal snakke om hva vi kan vente oss, er vi nødt til å slippe fantasien løs til en viss grad. Man kan naturlig­ vis snakke om de ting man allerede vet er sikret, men det er ikke det vi ønsker å gjøre her. Vi ønsker heller ikke å kaste frem tanker og ideer som er uten noen som helst fornuftig begrunnelse. Det man er interessert i er vel å filosofere litt uforpliktende om hva en alminnelig informert iakttager vil tro blir resultatet av den nye superkonsentrerte form for energi som vi har i uranfisjonen. Hvis vi tar med mulighetene for kontrollert fusjonsutnyt159

telse også, får naturligvis fantasien enda videre vingefang. For det første må vi gå ut fra som temmelig klart at etter 1980-1985 vil stort sett alle nye store elektrisitetsverk være atomkraftverk. Vi har gode grunner til å tro det. Om ikke annet har vi det faktum at det i Amerika allerede selges mer atomkraftverk enn andre kraftverk. Videre kan man vel si at atomkraftverkene kommer til å bli store i forhold til hva vi er vant til tidligere. Et vanlig norsk vannkraftverk pleier å produsere fra 100 til 500 MW elektrisitet (1 MW = 1000 kW). 500 MW er av de aller største vannfallutbygginger i den senere tid. De største atomkraft­ verk som bygges i dag er på over 1000 MW, og det er vel sannsynlig at de i fremtiden kommer til å bli minst av denne størrelsesorden og kanskje flere ganger så store. Det betyr at noen få store atomkraftverk kommer til å skaffe grunnbelastningen i moderne industrisamfunn, og at slike kraftverk sannsynligvis vil ligge på steder hvor de ikke vil sjenere samfunnet på noen måte. Et atomkraftverk bruker nemlig så lite brensel at frakt av brenslet ikke spiller noen rolle. Det er heller ikke bundet til en spesiell lokalitet, som et vannkraftverk. Atomkraftverk vil heller ikke ødelegge naturen ved å spy røk og sot ut, som kull- og oljekraftverk. Forurensninger av luften, som nå i de siste årene er blitt et stort problem i hele verden, har allerede her i Norge fått alvorlige dimensjoner, til tross for at vi ennå ikke er begynt å bygge oljefyrte kraftverk. Atomkraftverk vil heller ikke behøve å ødelegge naturherligheter, som vannfall. De kan ligge hvor som helst, gjerne inne i fjellet, og ingen røk eller avfallsstoffer behøver å røbe at de er der. Som alle andre kompliserte, tekniske anlegg i fremtiden vil de sannsynligvis ha minimal betjening og være styrt ved regnemaskinkontroll. I et typisk turistland som Sveits har man besluttet å gå over til atomkraftverk, ikke fordi man mangler olje eller kull, men fordi man ikke vil ha alpelandskapene ødelagt av avfall i luft eller elver. 160

MER VANN

Atomkraftverk i de siviliserte land kan på denne måten forhindre en fortsatt økende forurensning omkring alle de store byer. Men man vil kanskje si at dette er i og for seg ikke egentlig noen stor revolusjon. Hvor kan de store kraftreaktorer gjøre en revolusjon? Man må vel tro at dette blir i de øde og ufruktbare strøk i verden. De strøk hvor det hverken finnes vannfall eller billige transport­ muligheter for olje eller kull. Dette med vannet er jo ett av de store tankekors for store områder av verden i dag. De fleste vil vel si at vann er like viktig eller viktigere enn energi for å bygge opp et teknisk, sivilisert samfunn. Vi vet jo at mesteparten av jordens overflate består av vann. Vi vet at et menneske består til over tre fjerdedeler av vann. Vi bruker 100 liter vann til morgendusjen, vi bruker 5-10 000 Eter vann om dagen pr. person i et industriland, når vi regner med alt forbruk både i industrien og jord­ bruket. For å lage en kilo syntetisk gummi må det skaffes 2300 liter vann. En halv kilo kjøtt beror på 1400 liter vann for sin skapelsesprosess, og en brødskive har omkring 130 liter vann bak seg. Vi er i Norge vant til at vann er noe som eksisterer helst i for store mengder og som er gratis. Mange steder er vannet verdt en øre pr. 10 liter, og da blir det fort penger av det. For virkelig å kunne bruke vann slik som vi gjør i vårt land, må vannet koste under en øre for 100 liter. Nå vet vi at det er mer enn nok av vann i havet på jorden, men vi vet også at det er salt. Vi kan godt få vekk saltet, vi har mange metoder til det, og det finnes stadig nye; men alle har en ting felles, de krever stort energi­ forbruk. Små mengder av vann for en familie eller et Ute begrenset samfunn kan man alltids greie ved en olje- eller kullfyrt vannfabrikk, men den virkelige revolusjon kom­ mer der hvor behovet er meget stort, og her vil atom­ energien kunne komme sterkt inn. For å få store energi­ mengder ved hjelp av kull eller olje må man ha havner, 6. Randers - Doderlein

161

jernbaneanlegg med stor kapasitet, og i tillegg til det må man ha god råd. Atombrensel kan man godt frakte i helikopter eller beltebil der hvor det trenges, og for store kraftverk ser det ut til at prisen kan bli så lav at det virkelig er praktisk gjørlig økonomisk å produsere vann for et stort moderne samfunn. Det er i realiteten første gang man har sett en mulig løsning på problemet å skaffe levelige forhold i øde og ufruktbare områder.

ATOMSKIP

Det at energien er så konsentrert i atombrenslet ledet jo i begynnelsen mange mennesker til a tenke på at her har vi den endelige løsning for biler, lokomotiver, fly og skip, som skulle kunne gå uoppholdelig i hele sin levetid uten å måtte fylle brensel. Etter hånden fant man ut at på grunn av de tunge beskyttelsesveggene som er nødvendig og på grunn av sikkerhetsforordningene, som til å begynne med til og med ble overdrevet, er det i praksis ikke sa lett å benytte atomenergi hverken i biler, fly eller lokomo­ tiver. Det er fremdeles lite sannsynlig at dette vil bli gjort, iallfall på en lønnsom måte. Skip later til å være de minste enheter hvor en atomreaktor med fordel kan komme til å bli benyttet som fremdriftsmiddel. Når vi sier at reaktoren er et fremdriftsmiddel, mener vi naturligvis at reaktoren skaffer den varme som skal til for drivstoffet i en dampturbin f.eks. Vi har sett i løpet av de siste 10-15 år at atomreaktorer har tatt ledelsen overlegent når det gjelder å drive ubåter under havet i stor fart og i lange tider. En atomreaktor for skipsdrift vil være bygget slik at den bare behøver å skifte brensel en gang hvert annet, tredje, fjerde eller femte år, og at den kan gå i ubegrenset tid uten å måtte ha noen lufttilførsel, slik som en vanlig motor må ha. Gammeldagse ubåter måtte av den grunn gå med batterier som måtte opplades, og følgen var at de ikke kunne gå 162

under havet i særlig lange perioder. Med litt fantasi kan man i fremtiden tenke seg ganske store skip gå under vannet hvor motstanden og bølgene gjør mindre skade, og hvor man til og med kan passere under drivisen, f.eks. på nordkalotten av jorden. Flere atomubåter har allerede seilt gjennom Nordvestpassasjen under isen, og det betyr ganske vesentlige avkortinger av rutene. Tokyo-Londonruten kuttes ned fra 11 200 sjømil til 6 500 sjømil, hvis man går over, eller rettere sagt under, Nordpolen. OsloPanama-Seattle er en rute på 9 300 sjømil, mens man over de arktiske farvann bare behøver å reise 6 100 sjømil. Dette er jo i dag ikke realiteter, men det er tenkelig, og det er bare tenkelig med atomdrevne skip. Med de vanlige forholdsvis små skip, og spesielt de langsomme skip man bruker i handelsruter i dag, har atomenergien vanskelig for virkelig å konkurrere på en prismessig basis. Hvis hastighetene imidlertid økes til den som smågutter raser omkring med i Oslofjorden, nemlig 30 knop, vil handels­ skip med atomkraft øyeblikkelig komme inn i et mulig konkurranseområde. Er det for fantasifullt å tro at hastig­ heten for skip, som i de siste 20 år har ligget på mellom 12 og 17 knop, stort sett vil fordoble seg i løpet av de neste 20-30 år?

UTNYTTELSE AV ØDEMARKER

Da vi nevnte at atomreaktorer hovedsakelig kommer til å lage revolusjon der hvor det er behov for virkelig store kraftstasjoner, så var dette en sannhet med noen modifi­ kasjoner. Det er et faktum at det finnes steder på jorden hvor betydningen av å ha en viss mengde energi er så vesentlig at prisen spiller underordnet rolle. Det kan gjelde forskningsstasjoner og fjerne utposter, meteorolo­ giske stasjoner og militære observasjonsposter i øde strøk over hele jorden. På slike steder er hele samfunnsøkono­ mien så forskjellig fra den rasjonelle økonomi i et industri163

alisert samfunn at det ikke nytter å prutte på prisen på energien. Spørsmålet er om det i det hele tatt er mulig å skaffe energi på en pålitelig og forsvarlig måte. For dette formål er det blitt konstruert transportable atomkraftstasjoner på f.eks. 10 000 kilowatt, som kan flys til stedet og settes sammen der og så virke i årevis uten vesentlig hverken tilsyn eller ny brenselsforsyning. Vi har allerede nevnt en alvorlig ulempe ved atom­ energien: Vi kan ikke lage reaktorer kompakte nok til å drive kjøretøyer, lastebiler etc. Det ser derfor ut til at det fortsatt vil bli nødvendig å transportere olje og bensin over store strekninger til avsides steder over hele verden, især når brenselsbehovet bare gjelder en begrenset periode for et eller annet spesielt formål. Men også dette problem kan kanskje få sin løsning, en løsning hvor atomenergien spiller en indirekte rolle. Man kan tenke seg et energidepot som utnytter kjemiske brenselsstoffer som oftest er til stede, nemlig luft og vann. En typisk kjemisk forbrenningsreaksjon som man da kunne bruke for en forbrenningsmotor eller til en turbin er i kjemiens sprog:’

2H2 + O2 -> 2H2O Vi forbrenner altså hydrogen og får energi og vann som forbrenningsprodukt. Den motsatte reaksjon kunne bru­ kes til å lage brenslet:

2H2O -> 2H2 + O2

Denne reaksjonen kan man få til ved så enkle midler som elektrolyse. Den krever energi som kan tas fra en mobil reaktor eller fra en «pakke-reaktor». På denne måten kan man opprette energidepoter med virkelig store energimengder tilgjengelig over begrensede områder prak­ tisk talt hvor som helst i verden, uten å være avhengig av tilførsel av brensel eller spesielle råstoffer i store mengder. Man ville bare frakte en pakke-reaktor til stedet for en viss tid og la den produsere brensel. 164

I ROMMET OG PÅ PLANETENE

Hva kan atomenergien gjøre i romfarten, denne vår tids nyeste åpning for eventyrlyst og fantasi? For interplane­ tariske reiser kreves store og konsentrerte energimengder for to formål. For det første må man kunne frakte med seg en energikilde som er tilstrekkelig til å starte en even­ tuell planetrakett på tilbakereisen igjen. For det annet må man ha med seg en energikilde for å utføre de aktuelle mekaniske og kjemiske prosesser som skal gjøre det uma­ ken verdt å ta en ekspedisjon til en annen planet. Når det gjelder virkelig store energimengder er det vanskelig å finne noe lettere brennstoff enn spaltbart materiale. Rik­ tignok er reaktoren tung, men man skal huske på hvilke mengder av fossilt brensel man måtte erstatte reaktoren med på en slik tur. Dessuten er det mye som taler for at vi kan komme til å slippe billig fra det tyngste ved reak­ toren, nemlig strålingsskjermen. Her på jorden må vi alltid skjerme reaktoren på alle sider, fordi den radioaktive stråling blir spredt i jord og luft og vann og derfor føres rundt omkring i området. Ute i rommet er det ingen ting til å spre strålingen, så den går rett frem, og det er da nok å bare skjerme akkurat mot romfartspiloten, dvs. på en side (fig. 38). Det er vel sannsynlig at spaltbart materiale vil komme til å vise seg å være en forutsetning for fremtidig, reell, interplanetarisk virksomhet. Det har i mange år vært arbeidet med mulighetene for å frembringe elektrisitet uten bevegelige deler, som en tur­ bin eller en generator. En av mulighetene er jo å bruke et alminnelig kjemisk batteri, men vanskeligheten er at disse er tunge og har begrenset levetid. Man er i dag kommet forholdsvis langt med metoder hvor man kan overføre varme direkte til elektrisitet ved hjelp av fysiske effekter i materialene, uten at man har rørlige deler i systemet. Slike systemer ville være ytterst pålitelige, og kan stå i lengre tid uten noe som helst tilsyn. En nødvendighet for de fleste av disse prosesser er å ha meget høy temperatur, 165

PÅ

JORDEN

Strålingen spres fra jord, luft og vann. Derfor når den mennesket.

Reaktoren må skjermes på alle sider.

Strålingen blir ikke spredt. Det er nok å skjerme reaktoren på én side.

Fig. 38. Man kan spare på reaktorens strålingsskjerm i rommet.

gjerne opp i et par tusen grader, og dette egner seg ut­ merket for fremtidens og for så vidt nåtidens høytemperatur-reaktorer. Slike anlegg kan også få en meget høy 166

virkningsgrad i forhold til konvensjonelle maskiner for elektrisitetsproduksj on. På ett område har atomenergien levert et biprodukt som kanskje i høyere grad enn noen annen virkning alle­ rede har bidratt til å revolusjonere verden. Dette er en stille revolusjon som foregår i medisin, forskning og indu­ stri ved bruk av isotoper. De radioaktive isotopene produ­ seres som vi vet av neutronene fra reaktoren, og isotopene benyttes til å måle effekter som er titusener ganger mindre enn effekter man kunne måle tidligere, eller til å influere på kjemiske reaksjoner, eller til å klarlegge interne funk­ sjoner i både mennesker og maskiner uten å ødelegge disse for å finne det ut, - eller til å påvirke sykdomsut­ vikling i menneskelig vev. Det er en så mangfoldig revolu­ sjon at vi vil ofre det neste kapitlet på det.

11 Isotopeventyret

Fiskere, leger, bønder, bilfabrikanter, forskere, er i dag alle isotopbrukere. Det er ikke lenger mulig å holde over­ sikten over alt hva isotopene brukes til. Enda mer umulig er det å forutsi hva de kommer til å brukes til.

HVA ER RADIOISOTOPER ?

Det er navnet på noe vi har snakket om praktisk talt gjennom hele boken. Vi har hørt om atomkjerner av samme grunnstoff som har forskjellig antall neutroner. Det første vi traff var hydrogen, H}. Dette atomet inne­ holder ingen neutroner. Men det vil gjerne ha ett. Ved neutronabsorpsjon fikk vi tungt hydrogen Hf, som vi fant igjen i tungt vann. Gir vi ett neutron til det tunge hydro­ genet, får vi H3. Disse tre atomkjernene er forskjellige, men de har samme antall protoner, og derfor samme antall elektroner rundt atomkjernen, i dette tilfelle ett elektron hver. Derfor har alle tre atomene samme kjemiske egenskaper, de er samme grunnstoff. Det er altså umulig å skille dem ad på vanlig kjemisk måte. Som vi så av fig. 4 eksisterer det for alle grunnstoffene mulighet for flere sorter atomkjerner, kjerner med samme atomnummer, men med forskjellig neutrontall. Disse forskjellige kjerne­ ne kalles isotoper av samme grunnstoff. Hj, H2, H3 er hydrogenisotoper, U235 ogU238 er uranisotoper. Navnet kommer fra gresk «isos» = samme og «topos» — sted. Det brukes fordi alle isotoper av ett grunnstoff hører til på 168

«samme sted» i kjemikernes periodiske system. Noen isotoper er radioaktive, og kalles da gjerne radioisotoper. Ofte brukes ordet isotoper for korthets skyld, selv når man mener radioisotoper. Både U235, U238 og H3 er radioisotoper, og H2 er bare isotoper (de er ikke radio­ aktive).

HVORDAN LAGER MAN RADIOISOTOPER?

En god del radioisotoper er det unødvendig å lage. Vi finner dem i naturen. Alle stoffer med atomnummer større enn 83 f.eks., er radioaktive. Men takket være kjerne­ fysikken og atomreaktorene har vi fått muligheter til å lage mer enn 1000 forskjellige kunstige radioisotoper. Og disse gir oss et stort utvalg, slik at vi vanligvis kan finne akkurat den isotopen som passer til vårt formål. Derfor blir det de kunstige isotopene vi har mest glede av. Kunstige radioisotoper produseres ved atomkjernereaksjoner. Det faller naturlig å dele produksjonsmetodene inn i tre typer: kjernereaksjoner med absorpsjon av ladede partikler fra partikkelakseleratorer, kjernereaksjoner med absorpsjon av neutroner fra en reaktor, og utvinning av fisjonsprodukter fra brukt uranbrensel. Partikkelakseleratorene brukes til å skyte elektroner, protoner eller a-partikler mot atomkjerner. På denne måten kan man frem­ bringe mange reaksjoner som ikke lar seg gjennomføre med neutroner. Den mest alminnelige produksjonsmetode er imidlertid metode nummer to: å bestråle forskjellige stoffer med neutroner i en reaktor. Kjernereaksjonene er da basert på neutronabsorpsjon. Et eksempel er Co59 + n->Co60 + y Co60 ->Ni60 + + y

Her er det Co60 som er vår radioisotop. Den gir fra seg 169

0 og y-stråler idet den omdannes til nikkel med en hal­ veringstid på 5.3 år. Man kan få frem nye typer radioisotoper ved neutronbestråling av allerede bestrålte stoffer, slik som i dette tilfellet: U238 + n

U239

Np239

pu239

£-

Pu239 + n -> Pu240 Pu240 + n->Pu241 Den tredje metoden er for så vidt også basert på neutronreaksjoner, nemlig på fisjonene selv. Brukt uranbrensel er jo fullt av spaltede urankjerner, dvs. fisjonsfragmenter, eller fisjonsprodukter som de kalles etter at de er blitt stoppet i uranbrenslet. Nesten alle fisjonsprodukter er radioaktive, og de representerer en stor og ofte billig kilde av radioisotoper. Isotopene er jo der i store mengder, problemet er stort sett å få separert det vi skal ha tak i fra alle de andre stoffene. De radioaktive isotopene ble oppdaget og tatt i bruk lenge før atomenergien. Allerede i 1913 brukte en av Rutherfords kolleger, George de Hevesy, radioaktivt bly til praktiske formål. Atomenergiens store bidrag er atkien har gjort praktisk brukbare mengder av radioisotopene lett tilgjengelige for en billig penge.

HVORFOR ER RADIOISOTOPENE SÅ NYTTIGE?

Det er det vi skal bruke resten av kapitlet til å gi praktiske eksempler på. Men la oss først peke på den spesielle egen­ skapen ved radioisotoper som gjør dem nyttige. Det er klart at forskjellen mellom radioisotoper og andre isotoper bare er den radioaktive strålingen. Det avgjørende er merkelig nok nettopp at radioisotopene kjemisk sett ikke er forskjellige fra sine egne «normale» isotoper. De opp­ fører seg nøyaktig som andre isotoper av samme grunn170

stoff - forskjellen er bare at de røber sin oppførsel ved strålingen. Vi kan få radioisotoper med radioaktiv stråling av de fire slag vi har lært å kjenne. a-stråling (atomkjerner av helium) ^-stråling (elektroner) y-stråling (elektromagnetisk stråling, eller som man også kan kalle dem, «harde» røntgenstråler) neutroner. Som vi vet har disse strålingsartene forskjellig gjennomtrengningsevne. På fig. 39 har vi vist dette. Den strålingsmengde som slipper gjennom er omvendt proporsjonal med materialets Papir

a-stråler

Tre

^-stråler

Betong

y-stråler

Neutroner

Fig. 39. Slik stoppes de forskjellige typer radioaktiv stråling.

171

tykkelse. Vi husker at neutronene blir stoppet bare av atomkjerner, ikke av elektroner. Alle de andre strålingsslagene kan stoppes også av elektronene omkring kjernen. Når et atom har fått noen elektroner for meget eller for lite j elektronskallet rundt kjernen, sier vi at det er blitt «ionisert». Ioniserte atomer kan vi få ved at de blir truffet av radioaktiv stråling. Strålingen slår løs ett eller flere elektroner, og en y-stråle kan selv bli «borte» på kjøpet, dvs. bli absorbert. lonisasjonsprosesser er grunn­ laget for alle de instrumenter vi bruker til å måle stråling med, strålingsdetektorene. Prinsippet er at strålingen ved ionisasjon lager elektrisk ladede partikler (elektroner og ioniserte atomer), og disse danner en svak elektrisk strøm som kan måles på vanlig måte. Hvis stråling ioniserer atomer som er del i store molekyler, vil disse molekylene kunne nedbrytes, slik at deres kjemiske egenskaper blir forandret. Det er nemlig elektronene som binder sammen atomene i et molekyl. Dette ligger til grunn for utnyttelsen av strålingens innflytelse på forskjellige stoffer. Et eksem­ pel er virkningen av stråling på levende vev. Hvis vi snakker i «store bokstaver» kan vi si at det er tre prinsipielt forskjellige måter å anvende radioisotopene på, basert på (fig. 40): Strålingens innflytelse på materien radioisotopenes tilkjennegivelse av hvor de er (spor­ stoffer) materiens innflytelse på strålingen. Hovedsaken er hele tiden å utnytte strålingen. Det å kunne velge strålingens art er meget viktig. I en reaktor er alle strålingsslagene til stede i skjønn forening. Vi kan utnytte strålingen så meget bedre når vi bare har med ett slag å gjøre. Derfor er det i mange tilfelle viktig at vi ikke gjør de stoffene vi undersøker med strålingen radioaktive. Bare når vi bestråler med neutroner og i visse tilfelle med a-partikler får vi kjernereaksjoner som skaper ny radio­ aktivitet. Bestråling med /?- og y-stråling fra radioisotoper 172

SPORSTOFFANVENDELSER

Fig. 40. Radioisotoper er et viktig hjelpemiddel i forskning, medisin, industri og landbruk. Anvendelsene av isotopene kan deles i disse tre hovedgrupper.

kan nok ha innflytelse på materialets egenskaper når de brukes i store mengder, men ny radioaktivitet får vi ikke. Ved disse strålene er materialet, radioaktivt sett, like «dødt» som før bestrålingen. La oss nå ta et enkelt men praktisk eksempel på hver av de tre anvendelsesprinsippene, som en liten oppvarming. Medisinsk utstyr kan lages billig av plast, men plast kan ikke steriliseres ved koking i høy temperatur og trykk det smelter! Medisinsk utstyr, pakket ferdig i plastposer kan derimot bestråles kraftig med y-stråler før det fordeles til leger og sykehus. Strålingen dreper bakterier, slik at utstyret er sterilt og kan brukes direkte når det tas ut av posen. Dette utstyret er så billig at det kan kastes etter bruk, det er «engangsutstyr». En engelsk lege skrev i et 173

legetidsskrift: «Strålings-steriliserte injeksjonssprøyter er en gave fra himmelen, særlig på nattlige sykebesøk. Sprøyten er øyeblikkelig klar for injeksjon. Slutt på å vente på at vann skal koke opp, slutt på brente fingre når man utålmodig griper den varme sprøyten før den er kald. Og alt dette mens slektningene venter på at doktoren skal «gjøre noe», noen ganger en svakt fiendtlig venting i dyp stillhet.» Navnet «sporstoffer» henspiller på at radioaktive iso­ toper er så lette å oppspore i små mengder. Strålingen de gir fra seg kan trenge gjennom det omgivende materiale, og lar seg påvise med en strålingsmåler. En god del av vitsen ved radioisotopene er at de kan påvises med stor følsomhet. En vanlig kjemisk analyse kan ha en følsomhet på 10“ 7, dvs. den kan påvise et bestemt molekyl blant 107 andre molekyler. En god sporstoffteknikk med radioisotoper kan oppdage ett bestemt molekyl blant 1011 andre molekyler. Denne metoden er altså titusen ganger føl­ sommere. En (ubekreftet) historie kan tyde på at George de Hevesy var den første som gjorde praktisk bruk av radioaktive sporstoffer i 1911 mens han arbeidet i Rutherfords laboratorium, de Hevesy bodde i et ikke altfor fint pensjonat, og maten var ikke spesielt raffinert. Han mis­ tenkte vertinnen for hver dag å bruke restene fra dagen før, og da ble jo deler av maten etter hvert nokså gammel. For å undersøke dette blandet han en dag ørlite grann radioaktivt stoff i restene av maten på sin tallerken. Da han neste dag undersøkte sin porsjon med en strålings­ måler, gav den tydelig utslag. Han hadde rett i sin mis­ tanke ! Den enkleste illustrasjon på praktisk bruk av materiens innflytelse på strålingen har vi når vi prøver å finne ut hvor mye væske det er igjen på et vanlig brannslukningsapparat. Noen lettvint måte å gjøre dette på er vanligvis ikke lett å finne. Med stråling går det greit. Fig. 41 viser det. 174

HALV FULL

FULL

Fig. 41. Så enkelt kan man måle væskenivået i en vanskelig tilgjenge­ lig lukket beholder.

Vi holder en strålingsmåler (detektor) på den ene siden av beholderen, og en y-strålekilde på den andre. Der hvor det ikke er noe væske mellom detektoren og kilden, vil måleren gjøre størst utslag. Er det væske imellom, vil denne absorbere mesteparten av y-strålingen, og vi får lite utslag, r OPERASJON UTEN KNIV OG BLOD

Man har eksperimentert med bruken av en bor-isotop, B1®, på inoperable hjernesvulster. Noen av disse strekker røttene så langt ut i vevet omkring at det er ugjørlig å fjerne dem. Visse kjemiske sammensetninger med bor kommer ikke inn i vanlige hjerneceller, men absorberes i svulstcellene. Nå er det kjent at B10 absorberer termiske neutroner kraftig. Vi får ved neutronbestråling kjerne­ reaksjonen B10 + n-^B11 -> Li® + a De utslyngede a-partikler ødelegger levende celler kraf­ tig på grunn av sterk ionisasjon. Samtidig har vi sett at a-partikler stoppes raskt, f.eks. allerede av et tynt papir. Effekten av a-partiklene er derfor meget lokal. Termiske neutroner går gjennom menneskekroppen uten å forårsake 175

særlig skade. Derfor kan vi utsette hodet for en forholdsvis sterk dose av neutroner, og får da produsert de celledrepende a-partikler nøyaktig der hvor de ønskes - i svulstcellene. Teoretisk gir dette mulighet for å gjennomføre en helt ny slags operasjon på vår hjernesvulstpasient. Pasienten får en injeksjon med en oppløsning som inneholder B10. Deretter plaseres han med hodet i en stråle termiske neutroner fra en reaktor. Neutronene går tvers igjennom, unntatt de som blir absorbert i B10. Disse gir kraftige a-stråler som dreper cellene i svulsten. Fordi a-partiklene blir så lett absorbert, er virkningen lokalisert til svulsten. Bare en meget liten del av det omkringliggende friske vev blir skadet. Hvorvidt denne metoden kommer til å bli av betydning i praksis, er vel ennå usikkert, men ideen er et godt eksempel på mulighetene. En rekke stoffer har den nyttige egenskap at de ikke fordeler seg jevnt i kroppen, men konsentrerer seg på bestemte steder. Den korte rekkevidden av a- og ^-partik­ ler gir i alle slike tilfelle mulighet for lokalisert bestråling, hvis vi kan finne en passende radioisotop som kan brukes. Særlig egner dette prinsippet seg ved behandling av kreft.

DIAGNOSER MED STRÅLER

Bruker vi mindre mengder av radioisotopene, kan vi ut­ nytte dem som sporstoffer i stedet for som «celledrepere». Da vil vi helst ha y-aktive isotoper fordi y-strålene trenger igjennom omkringliggende vev. Da blir det jo lettere å måle nøyaktig hvor de kommer fra. Skjoldbruskkjertelen både tar opp og gir fra seg jod i forskjellige kjemiske sammensetninger. Den er med og styrer omsetningen av oksygen i kroppen, og bestemmer derfor også stoffskiftet. Særlig effektiv er denne kjertelen til å ta opp uorganisk jod fra blodet, for senere å gi det 176

J

angsomt fra seg i en annen kjemisk form. Den eneste naturlige isotopen av jod er I127. Kjemisk sett oppfører det radioaktive I131 (som vi har hørt) seg akkurat som «vanlig» jod, som I127. For noen stoffskiftesykdommer er det viktig å vite om skjoldbruskkjertelen virker normalt. Ofte kan vi finne ut dette ved å gi pasienten en liten «drink» med radioaktivt natrium-jodid, Nal. Etter et par timer måler vi radioaktiviteten i kjertelen bare ved å holde en detektor inntil halsen. Stor radioaktivitet viser sterk funksjon av skjoldbruskkjertelen, liten radioaktivitet an­ tyder Uten aktivitet av skjoldbruskkjertelen. Med litt eks­ perimentering kan man få denne metoden til å gi kvantita­ tive mål for kjertelens aktivitet. Vi kan også finne ut i hvilke deler av kjertelen aktiviteten blir sterkest. Reduksjon i blodtilførselen til den ene nyren kan være en årsak til høyt blodtrykk, og denne lidelsen lar seg behandle operativt. Den kan diagnostiseres forholdsvis enkelt ved bruk av et stoff merket med radioisotopen I131. Man gir pasienten en oppløsning av dette preparatet. Deretter måles radioaktiviteten i nyrene, med en detektor overfor hver nyre, over et tidsrom av ti-femten minutter. Ulikheter i målt radioaktivitet indikerer forskjell i blod­ tilførsel.I Det eneste ubehag pasienten føler ved de forskjellige diagnostiske anvendelser av radioisotoper er eventuelt stikket fra en injeksjonssprøyte.

MER OG BEDRE MAT

Radioisotopene kan influere selv på maten vår. Den kan gi nye plantesorter, kvitte oss med insekter, bevare smak og farge bedre og lenger, og tusen andre mer og mindre betydningsfulle ting. Landbruksforskningen har vært rask til å utnytte mulighetene, og har funnet en hærskare av problemer å bruke radioisotopene på. Stråling fremkaller mutasjoner i planter - og brukes 7. Randen - Ddderlein

177

derfor til å frembringe nye produkter, som korn eller poteter med spesielle ønskede egenskaper. Innflytelsen av forskjellig slags diett på kjøttkvaliteten hos husdyr har vært undersøkt systematisk i lange tider. Av praktiske grunner var den tidligere metoden nokså enkel: man veide dyrene, gav dem diett i noen tid, og veide dem igjen. Ikke noen spesielt raffinert metode! En vekt­ økning kunne være fett, vann eller det man virkelig er interessert i, nemlig mer av det magre kjøttet. Noen annen måte å skille disse fra hverandre på enn ved å slakte dyret og se etter, hadde man ikke. Grunnstoffet kalium har en interessant egenskap: hos dyr setter det seg ikke i fett, ikke i kroppssaftene, ikke i ben, men nesten ute­ lukkende i det magre kjøttet. Kalium har en annen inter­ essant egenskap: det inneholder små mengder av den naturlig radioaktive isotopen K40. Og dermed kan vi måle hvor mye magert kjøtt en kalv legger på seg når den spiser en bestemt diett. Vi har en kjempestor detektor for radioaktivitet, så stor at den omslutter hele dyret, slik at vi kan måle den totale radioaktiviteten fra det. Vi veier det også. Så får dyret sin diett en uke eller to eller flere. Nå veier vi dyret igjen og måler radioaktiviteten. Av vekten vet vi hvor meget dyret har lagt på seg, av den totale radioaktiviteten finner vi hvor meget av økningen faller på det magre kjøttet. Ekstra tiltalende er det også at her har vi ikke behøvd å bruke annet enn naturens egen radioaktivitet, den som alltid har vært i alle dyr og alltid vil komme til å være der. Denne metoden kan naturligvis brukes på mennesker også. Slike store detektorer som omslutter kroppen ut­ nyttes meget både i fysiologisk og medisinsk forskning. En måte å kontrollere skadeinsekter på er å slippe løs andre insekter som lever av disse skadedyrene. Vanskelig­ heten er at i insektenes verden er det ikke alltid lett å finne ut hvem som lever av hvem. Enda verre blir det når man gjerne også vil vite hvilke av flere mulige insektetere som 178

spiser mest. Med litt isotopteknikk blir dette lett. Man set­ ter en eller flere passende radioisotoper til skadeinsektenes vanlige føde. En stund etter fanger man noen insektetere og måler dem. Den mest radioaktive er den som har spist mest. RADIOISOTOPER I INDUSTRIEN

Det prinsippet vi viste i fig. 41 kan brukes til meget i industrien. Hovedidéen er at mye materiale mellom kilde og detektor absorberer mye stråling og gir lite utslag på detektoren. Med fornuftig valg av strålingskilde og detek­ tor kan man måle mange slags ting med stor nøyaktighet. En nokså vanlig anvendelse er kontroll av tykkelsen på papir i valsene på maskinen mens det produseres. Det gjøres som vist på fig. 42.

Fig. 42. På denne måten regulerer man tykkelsen på både papir, plast og metaller. Utslagene på detektoren (strålingsmåleren) brukes direkte til å styre valsene.

Variasjoner i papirets tykkelse viser seg straks som variasjoner i hvor meget radioaktiv stråling som slipper igjennom og treffer detektoren. Sigarettfabrikker over hele verden benytter dette prinsippet til å kontrollere vekten av tobakk i sigarettene (og til å holde den konstant med en nøyaktighet på 0.2 %). 179

Når stråling treffer en blanding av forskjellige stoffer kan det føre til dannelsen av store molekyler av flere små, eller det kan virke motsatt, til å bryte ned store molekyler. Kjemisk industri kan gjøre sine prosesser raskere eller billigere på denne måten. Noen ganger erstatter strålingen bruk av andre kjemikalier eller oppvarming. Polyetylen, den plasten som brukes i plastposer, blir sterkere, temperaturbestandig og mer elastisk hvis det utsettes for riktig mengde radioaktiv stråling. Også radioaktive sporstoffer finner mange anvendelser i industrien. Lekkasjer fra skjulte rør kan oppdages ved å sette radioisotoper til væsken i rørene. Unormalt høy radioaktivitet et sted langs rørledningen gir en indikasjon på rørbrudd. I de store oljeledninger er det av økonomisk betydning å vite hvor fort korrosjon tærer opp rørene. Man bestråler et stykke av ledningen med neutroner før den installeres. Det dannes da en rekke radioisotoper i rørmaterialet. Når så røret tas i bruk måler man hvor meget radioaktivitet det er i oljen etter at den har passert den radioaktive rørstumpen. Dette gir et mål for hvor meget rørmateriale det er oppløst i oljen. Utnyttelsen av en del prosesser i industrien er basert på erfaring og «følelse» for hva som skjer, mer enn på eksakt viten. I mange tilfelle vet man at man kan forbedre en gitt prosess hvis man bare visste hva som egentlig foregikk under prosessen. Ett eksempel kan være store smelteovner for metaller. Noen ganger er nesten det eneste man vet at det smelter, og det er ikke lett å få vite mer. Forholdene inne i slike ovner gjør det vanskelig å komme til og måle. Å ta prøver er vanskelig, og vil dessuten forstyrre selve prosessen, slik at vi ikke kan vite om prøven gir et riktig bilde av forholdene. Radioisotopene kan hjelpe oss på mange forskjellige måter. Er det spørsmål om å studere blandeforholdene mellom to smeltede metaller, kan man bruke små mengder radioaktive isotoper av disse metallene. Strålingsmålinger på utsiden av ovnene kan gi et bilde av 180

blandingseffektiviteten. Hvor fort og hvor langt opp eller ned metallet i en ovn er smeltet, kan vi også finne ut. Vi slipper en radioisotop kapslet i temperaturbestandig ma­ teriale opp i smeiten. Smelter metallet nedenfra lager vi kapselen lett, slik at den flyter opp der hvor metallet er smeltet. Smelter metallet ovenfra lager vi kapselen tung og den vil legge seg på «bunnen». Så kan vi følge kapselens vandring med en detektor på utsiden av ovnen. Ved disse og lignende metoder kan vi studere en rekke prosesser. Og kunnskap om prosessene er det første, og ofte det stør­ ste, skritt mot bedre og billigere fabrikasjons- og arbeids­ metoder. «Ikke-destruktiv prøving» betyr at man kontrollerer et produkt uten å skade det. Ikke-destruktiv prøving av maskindeler har vært gjennomført lenge med vanlig røntgenfotografering. Denne metoden har sine begrensninger, og disse kan radioisotopene lette en god del. Bruker man y-stråler i stedet for røntgenstråler kan man fotografere betraktelig tykkere gods. Dessuten er en radioisotopkilde mer letthåndterlig enn et helt røntgenapparat f.eks. i trange rør. Dette representerer forsåvidt ikke noe nytt, bare en forbedring og utvidelse av røntgenstråle-anvendelser på mange områder. Noe helt nytt får vi ved å foto­ grafere med neutroner, dvs. bruke neutronene som «lysstråler». I metaller kan neutronene trenge igjennom be­ traktelig tykkere gods enn y-stråler. Slike ikke-destruktive metoder basert på radioaktiv stråling er særlig godt egnet til løpende prøving av masseproduserte varer. Det er for eksempel en lett sak å «se» om pakkene fra en innpakningsmaskin inneholder noe, eller om maskinen har glemt å putte varene i pakkene.

EN NY SLAGS ATOMREAKTOR

Elektrisitet kan ikke bare produseres fra fisjonsenergien i uran, men også fra radioisotopenes strålingsenergi ved 181

hjelp av «isotopgeneratorer». Mens en reaktor har sin styrke i de store størrelser, har isotopgeneratorene sin i driftssikkerhet for de små størrelser. De fleste av disse generatorene produserer elektrisitet direkte fra varme uten å gå veien om mekanisk energi (turbiner, dynamoer etc.). Prinsippet er vist i fig. 43.

Strøm kan tappes

Prinsippet for termoelementer

Fig. 43. En isotopgenerator. Prinsippet er forklart i teksten.

Nesten all radioaktiv stråling fra radioisotopen (mest a- eller //-stråling) blir absorbert i kapselen. Strålings­ energien går over til varme slik at veggen blir varm. Den «varme» enden av en serie termoelementer er festet til 182

veggen og varmes opp. Det oppstår elektrisk spenning mellom den «varme» enden og den «kalde» enden på generatorens overflate, og vi kan tappe strøm. Slike iso­ topgeneratorer har det vært bygget mange av. Noen er så store som en liten brusflaske, veier kanskje 2-3 kilo og gir 2 til 20 Watt, med levetider på 3 måneder til 5 år. Andre gir opptil 100 Watt og kan veie et par tonn på grunn av tung strålingsskjerm rundt radioisotopen. Med denne enkle konstruksjonen er det nokså opplagt at man oppnår stor driftssikkerhet. Derfor er disse generatorene mye brukt i satellitter og andre romfartøyer. Man har også anvendt dem til lysbøyer og til å drive automatiske værobservasjonsposter med.

LITT AV HVERT

Radioisotopene sier at Napoleon antagelig døde av arsenikkforgiftning! Dvs. fullt så enkelt er det ikke. Man hadde mistanke om at Napoleon var blitt forgiftet. Nå er det slik at arsenikk samler seg i store mengder i håret, når man er blitt utsatt for overdoser. Vet man hvor meget arsenikk det er i et menneskes hår, kan man uttale seg om hvor meget arsenikk vedkommende har fått i seg. Ett av Napoleons hår ble bestrålt med neutroner. Grunnstoffet arsen er hovedbestanddelen i arsenikk og består av en isotop, Asaf, som ved neutronabsorpsjon går over til As^f. Dette er en radioisotop. Dens radioaktivitet er som alle andre radioisotopers helt karakteristisk. Den består av og y-stråler, og har en halveringstid på 26 timer. Denne radioaktiviteten kan lett måles, og gir oss derfor en ytterst følsom metode til å påvise arsen. Napoleons hår viste en sterk arsen-radioaktivitet. Kvantitative bestemmelser viste at Napoleon like før sin død måtte ha inntatt mer enn dødelig dose arsenikk. Hvorvidt han så rakk å dø av arsenikk eller omkom på annen måte først, kan vi egentlig 183

ikke uttale oss om på grunnlag av radioisotopenes vidnesbyrd. Denne måten å finne stoffer på, kaller vi aktiveringsanalyse. Vi «aktiverer» stoffet ved å utsette det for neutronstråling. Aktiveringen kan vi bruke til å utnytte spor­ stoffer på en ny måte. De sporstoffene vi brukte i avsnit­ tene ovenfor var radioaktive. Nå kan vi bruke sporstoffer som ikke er radioaktive opprinnelig, men som vi gjør radioaktive med neutroner etter at de har vært igjennom den prosessen vi skal undersøke. På denne måten kan man også oppnå stor målefølsomhet. Vi skal bringe neutroner til månen også. Ikke fordi vi tror de skal oppføre seg annerledes der, men fordi vi trenger dem. En av de tidlige bløte landingene på månens overflate vil landsette et lite automatisk kjernefysikklaboratorium. En liten partikkelakselerator (sylinder på 3 cm diameter, 6 cm lang) produserer neutroner ved kjernereak­ sjoner. Neutronene absorberes av «månestoffene», disse blir radioaktive, og vi kan måle deres aktiviteter. Resul­ tatene telemetreres tilbake til jorden og så kan vi lett finne ut hva slags stoffer i hvilke proporsjoner. Ikke-destruktiv prøving er svært viktig når man har med sjeldne saker å gjøre. Den nøyaktige sammensetning av gamle mynter kan fortelle meget av interesse. Vi kan kanskje få vite hvor gammel mynten er, om den ble laget der den ble funnet eller et helt annet sted, hvor materialene til mynten kommer fra etc. Men hvis mynten er sjelden, er det synd å ødelegge den for å gjøre kjemiske undersøkel­ ser. Aktiveringsanalysen kan hjelpe oss her, akkurat som på månen, og metoden er akkurat den samme. Politiet har glede av radioisotopene. USA er kanskje kommet lengst, men Kriminalpolitiet i Oslo har også brukt isotoper ved oppklaring av forbrytelser. Foreløpig ser det heldigvis ikke ut til at forbryterne har funnet at isotopene kan gjøre også deres «yrke» lettere. Aktiveringsanalysens store følsomhet kommer til sin rett når det gjelder å 184

sammenligne småting fra åstedet med lignende ting hos mistenkte, f.eks. hårstrå, malingflekker, olje eller fett etc. Alt dette har man jo gjort før. Man bruker daglig de beste teknikker vitenskapen kan by på: gasskromatografi, røntgenundersøkelser, ultrafiolett lys osv. Men poenget er at ingen av disse har slik følsomhet som aktiveringsanalysen, som dessuten tillater prøven brukt etterpå til andre undersøkelser eller som bevismiddel. Dette høres nesten ut som en detektivroman, men metoden er i stadig bruk: fra ørsmå avsetninger på hendene kan man med aktiveringsanalyse bestemme om en person har avfyrt et skytevåpen, eventuelt med hvilken hånd og til og med hva slags ammu­ nisjon som ble brukt. Aktiveringsanalyse er det beste som har hendt histori­ kere og arkeologer på mange, mange år. Mange av dem vil kanskje si «Nei, det er helt galt, det er datering med radioaktivt karbon som er det store nye for oss». Vi kan kanskje være enige i det. Karbondatering er nemlig en spesiell form for aktiveringsanalyse, riktignok svært spe­ siell, men aktiveringsanalyse er det. Vi begynner med en kjernereaksjon igjen, den er tross alt det mest fundamen­ tale. Atmosfæren er full av nitrogen (kvelstoff het det før), og nesten alt sammen er N * 4. Radioaktiv stråling fra ver­ densrommet, kosmisk stråling, sørger for at det alltid er en god del hurtige neutroner i atmosfæren. Derfor foregår hele tiden omkring oss reaksjonen N14+>->C14^+p C14-> N14-f- /?

C|4 er som vi ser en radioaktiv karbonisotop. Halveringstiden er ca. 5600 år. Denne prosessen har foregått i millioner av år, så det har innstilt seg en likevekt. Det finnes på jorden ca. 80 tonn C14. Hvert 5600 år er 40 tonn gått over til N14. Men samtidig har de kosmiske strålene skaffet oss 40 nye tonn C14. Alt karbon, også C14, mis­ liker seg i fri form. Det vil gjerne slå seg sammen med 8. Randcrs - Doderlein

185

oxygen. Og da får vi karbonoksyd eller karbondioksyd. Alt levende utveksler karbon med omverdenen, ofte i form av karbondioksyd. Bl.a. absorberes det jo særlig av grønne planter. Dyrene får karbon i seg fra plantene, De får karbon i Dem fra både salater, biffer og selters. På grunn av denne stadige utvekslingen har alt levende et konstant innhold av karbon. Og i ett gram av dette karbon har det alltid vært så meget C14 at 15 atomer blir omdannet til N14 pr. sekund, etter reaksjonen ovenfor. Men når en levende organisme dør hender det noe viktig. Den slutter å utveksle karbon med omgivelsene. Så i den døde orga­ nismen er det ikke bare like meget karbon som det alltid har vært, det er også de samme karbonatomene som var der i dødsøyeblikket. Og en bestemt brøkdel av disse atomene var radioaktivt C14. Men den radioaktive for­ vandlingen av C14 vil jo stadig minske antallet atomer, og nå får vi ikke tilført nye C14-atomer fra omgivelsene lenger. Dette kan vi bruke som en klokke, som blir satt i gang når organismen dør. Klokken består av C14-atomer som stadig går over til N14-atomer. Sett at vi i ett gram karbon fra et dødt tre målte at 7.5 atomer C14 forsvant hvert minutt (dette måler vi med en spesielt følsom strålingsdetektor som registrerer ^-partiklene). Da måtte det være bare halvparten så mange atomer C14 tilstede som da det ble 15 atomer borte pr. minutt. Altså må det ha gått en halveringstid, 5600 år, siden dette treet sluttet å utveksle karbon med luften omkring. Trebiten døde altså for 5600 år siden. Arkeologer og historikere kan bruke dette til å finne ut de utroligste ting. Man skulle tro at prøvematerialet var begrenset. Men i gamle dager ble nesten alt laget av le­ vende materiale. Klær var av dyre- eller plantematerialer. Broer, hus og delvis veier var laget av tre, mange slags redskaper var også av tre eller ben. Kanskje mest interes­ sant er datering av gravfunn, både ved knokler og ved redskaper og klær. Slike dateringer kan gjøres kanskje 186

50-70 000 år tilbake. Nøyaktigheten varierer sterkt med prøvematerialet. Å datere 2500 år gamle prøver med om­ trent 100 års nøyaktighet er ikke vanskelig hvis prøvene er gode.

LIVET I CELLENE

Nettopp studiet av det minste av alt levende, virus og encellede vesener, har fått helt nye muligheter ved å «merke» enkelte celler eller molekyler med radioaktive atomer. Det er ikke usannsynlig at disse spesielle anven­ delsene av isotoper og stråler vil være de som i det lange løp vil komme til å bety mest for oss alle. Ett av biologiens viktigste problemer, et skritt på veien mot forståelse av hva som gjør levende celler levende, er hvorledes de kan innta næringsstoffer gjennom det ytre membran som omslutter cellen. Man regner med at det finnes ytterst små hull fordelt over membranet. Men noen av de molekylene cellene «spiser» er meget større enn disse hullene og kommer seg allikevel igjennom. På en eller annen måte hjelper cellen selv til med dette. Mange kvalitative og tildels kvantitative studier av dette er gjen­ nomført med vanlige biokjemiske metoder. Men først ved bruk av radioaktive sporstoffer kunne man gjøre detaljerte målinger av hvorledes forskjellige stoffer innvirket på cellenes evne til å «spise». I noen av disse eksperimentene merket man glykose (et slags sukker) med radioaktive sporstoffer. Dette blir gjort f.eks. ved at man utsetter glykosen for neutronbestråling slik at bestemte atomer i glykosemolekylene blir radioaktive. Man tok så encellede dyr, amøber, oppi en løsning med denne glykosen. Det viste seg ved måling av amøbenes radioaktivitet at de hadde fått i seg helt ubetydelige mengder glykose. Legg merke til at radioaktivitetsmålingenes store følsomhet er avgjørende. Både amøbene og den mengde glykose de kunne tenkes å «spise» er ytterlig små. Når man så tilsatte 187

et protein til glykosen, viste aktivitetsmålingene at amø­ bene hadde fått i seg «store» mengder glykose. Ved å kombinere aktivitetsmålingene med kjemiske undersøkel­ ser var det også mulig å vise at amøbene hadde omsatt glykosen i andre stoffer, det vil si fordøyet den. Dette er derfor tydeligvis et tilfelle hvor et molekyl (proteinet) frem­ bringer en mekanisme i cellen som hjelper denne til å ta opp andre molekyler. En grunn til at nettopp dette eks­ perimentet har betydning er at lignende fenomener, med spesielt «appetittvekkende» molekyler, kanskje er avgjøren­ de for mange cellers evne til å oppta hormoner. Andre anvendelser av radioaktiviteten benytter seg av partikkelstråler. I arbeidet med å forstå de minste «le­ vende» vesener, virus, er det viktig å få vite hvorledes disse er bygget opp. Når man hører at noen virus kan være 10“ 5 cm lange (0.00001 cm) er det lett å forstå at man må ha svært fine instrumenter for å finne hvor i viruset de forskjellige livsfunksjoner har sitt sete. /3-stråler, altså stråler av elektroner, kan gjøre nytten som «følehorn». Kjenner man bevegelsesenergien (hastigheten) på elek­ tronene, kan man med stor nøyaktighet si hvor langt inn i forskjellige materialer disse strålene vil trenge. Stråler med forskjellig energi er lette å produsere, man kan lage stråler som trenger mindre enn én milliontedels millimeter inn i nettopp virus. Man kan bestråle virus med stråler av for­ skjellige energier, og observere virkningen av strålene på celledelingen, på evnen til å ta opp næringsstoffer og ved hvilken bestråling cellene dør. På denne måten har man funnet ut ganske meget om hvorledes virus «ser ut inni». Mange virus har hode og hale tydelig adskilt. For noen av disse viser det Jseg at evnen til reproduksjon ligger godt be­ skyttet inne i hodet bak et forholdsvis tykt skall. For noen båkteriesporer har man med disse strålene funnet at de har et skall på kanskje ti milliontedels millimeter. Men på den ene siden har disse sporene en svekkelse av skallet slik at dette bare er 2-3 milliontedels millimeter. At man altså 188

kan skille «opp» fra «ned» på noe som det går 10 milli­ arder av på et knappenålshode er jo fantastisk og byr forskningen på uanede muligheter for detaljkunnskaper om disse små vesenene.

12 Fusjonen - storebror blant energikildene

Fusjon betyr egentlig «sammensmelting». Kjernefysikkens «fusjon» er en sammensmelting av lette atomkjerner, altså en spesiell form for kjernereaksjoner. De reaksjoner som er best egnet for praktisk energiutvikling bruker tungt hydrogen. Vi har hørt at konsentrasjonen av denne hydrogenisotopen er svært lav i naturlig forekommende hydro­ gen. Fordi det er så enormt meget hydrogen på jorden (i havet og i atmosfæren), blir det allikevel store mengder tungt hydrogen som kan utvinnes. På grunn av dette tunge hydrogen er det teoretisk mulig å utvinne like meget energi fra en liter vann som fra forbrenning av 300 liter bensin. Å utvinne dette tunge hydrogen fra vannet koster i dag kanskje 30 øre, så selve brenslet til fusjonsreaksjonen er billig nok. En annen sak er at maskineriet som skal til for å holde reaksjonen igang nok blir mange ganger dyrere enn den motoren vi kan putte bensinen i. Det lar seg regne ut at energien som kan utvinnes fra havenes hydrogen ved fusjon er omtrent 3 • 1020 kW år. Det tilsvarer energien fra 500 Stillehav fylt med bensin. Verden bruker idag ca. 6 • 109 kW. Fortsetter vi med dette forbruk har vi energi nok fra havets fusjonsbrensel i om­ trent 50 milliarder år. I kapittel 2 så vi på de kreftene som virker mellom par­ tikler, kjernekreftene som holdt protoner og neutroner sammen og de elektriske kreftene som støtte protonene fra hverandre. Vi husker også at masse og energi på en måte var det samme og kunne gå over i hverandre. I fig. 3 så vi 190

hvorledes dette fører til at sammensetningen av to partik­ ler veier mindre enn partiklene tilsammen. Den massen som «er blitt borte» finner vi igjen som energi som ble frigjort da vi satte partiklene sammen. Når vi vet dette faller det nokså naturlig at vi spør oss selv: «Kan vi ikke, ved å bygge sammen partiklene slik at bindingsenergien frigjøres, lage en ny slags atomreaktor som produserer energi?» Akkurat dette spørsmålet stilte atomfysikerne seg selv i slutten av tredveårene. Den gang hadde man funnet ut at slike sammensmeltninger av lette atomkjerner måtte være kilden til solens og stjernenes enorme energiproduksjon. Man var ennå ikke sikker på hvilke sammensmeltninger var de viktigste - men det var i alle fall avgjort at solen ikke kunne fortsette å stråle ut lys og varme i milliarder av år uten at det foregikk fusjons­ prosesser i dens indre. I dag vet vi at sammensmeltning av hydrogen med andre lette atomkjerner er universets grunn­ leggende energikilde. Men er det mulig for oss å kopiere denne prosessen i en praktisk maskin på jorden ? Svaret på dette spørsmålet er foreløpig «vi vet ikke». Men siden gevinsten ved å finne en løsning på dette problemet er så fantastisk er det en av vår tids store vitenskapelig-tekniske utfordringer. Derfor vil vi også fortelle leseren det vi vet om fusjon.

DISSE REAKSJONENE BRUKER VI

Det er nokså enkelt å resonnere seg frem til hvilke kjerne­ reaksjoner man helst bør bruke. Det kreves meget energi til å overvinne de frastøtende elektriske krefter mellom de positivt ladede atomkjerner. Jo større kjernene er desto flere protoner med positiv ladning har de, og desto sterkere blir frastøtningen. Derfor velger vi først og fremst de atomene som har liten elektrisk ladning. Som vi vet er dette det samme som å si at vi bruker atomer med de laveste atomnummer. Dette er først og fremst hydrogen 191

og dets forskjellige isotoper, som jo alle har atomnummer 1. Vi kan derfor begynne med å se på alle de reaksjoner som overhodet kan tenkes mellom hydrogenkjerner. Det viser seg at det i grunnen bare er to av disse som egner seg for våre formål: / Hel + n Hf+H? \ Hl + Hi W Hi + Hl -> He * +n

Den første reaksjonen som altså bygger på atomkjerner av tungt hydrogen, og som kan ha to forskjellige resultater, frigir riktignok bare en energi på 1/50 av den vi fikk fra en fisjon, men dette er allikevel meget sammenlignet med vanlige kjemiske reaksjonsenergier. Samtidig er massen av atomkjernene i denne reaksjonen bare 1/60 av massen i en fisjon. Derfor kan man med god grunn si at energimeng­ dene pr. vektenhet reaksjonsmateriale er bedre for fusjo­ nen enn for fisjonen. Den andre reaksjonen er bedre, den gir 4 ganger så meget energi som den første. En vanskelighet med Hl-reaksjonen er at Hf ikke fore­ kommer i naturen. Det er radioaktivt med en halverings­ tid på 12.3 år. Vil vi bygge videre på denne reaksjonen må vi derfor selv lage det Hf vi trenger. Vi ser at i ca. halv­ parten av tilfellene vil den første tunge hydrogenreaksjonen gi nettopp Hl. Vi kan lage dette stoffet, som vi kaller «tritium» også på en annen måte av grunnstoffet litium:

Lif 4- n

Hl + Het

Denne reaksjonen gir også fra seg energi og er oss derfor til nytte. Neutronene som vi trenger kan vi ta enten fra en av reaksjonene ovenfor, eller fra fisjonsreaksjonen i en reaktor. Vi har altså funnet sammensmeltningsreaksjoner, fusjonsreaksjoner, som kan frigjøre energi. De frastøtende elektriske kreftene mellom kjernene kan vi overvinne ved 192

å skyte atomkjernene sammen med en partikkelakselerator. Har vi da ikke løst fusjonsenergiens problem? Nei, ikke med denne fremgangsmåten. Vi skyter nemlig som oftest bom med akseleratoren. Det er for tynt med pro­ toner i vår skyteskive. Den energien vi må bruke til vårpartikkelakselerator er mange ganger større enn den energien vi får tilbake ved de få fusjonsreaksjoner vi greier å lage på denne måten. Vi må finne en annen måte å gi hydrogen­ kjernene nok energi til at de kan trenge inn i hverandre og smelte sammen. En utvei vi kan prøve er å øke temperaturen i vårt og Hf. Vi vet at høy temperatur betyr at atomene i materialene farer omkring med høye hastigheter. Eller om vi vil, at de har stor bevegelsesenergi. Ved tilstrekkelig høye temperaturer vil de derfor kollidere med så store hastigheter at de kan trenge inn i hverandre og gi fusjon. Når vi benytter de høye temperaturene til å frembringe fusjonsreaksjonene, kaller vi disse for termonukleære reak­ sjoner. Denne måten å frembringe fusjon på er den man i dag mener er mest lovende for en mulig energikilde. De termonukleære prosessene vedlikeholdes av sin egen ener­ gi. Vi tenker oss en gass av Hf, eller Hj sammen med H|, som vi varmer opp til en slik temperatur at reaksjonene kommer i gang. Så tilfører vi ny hydrogengass passe fort til å erstatte den som er blitt omdannet til He. Denne tilførte gassen varmes opp av en del av energien reaksjonen selv utvikler. Resten av energien kan utnyttes til elektrisi­ tetsproduksjon.

HVILKE TEMPERATURER?

Med en bestemt minimumsenergi vil hydrogenkjernene trenge inn i hverandre og gi fusjon hvis de treffer hverand­ re midt på. Samtidig vil en del av atomkjernene treffe hverandre «skjevt», prelle av og ikke trenge inn i hver­ andre. Jo høyere temperaturer hydrogengassen har, desto 193

flere atomkjerner vil smelte sammen også når de ikke treffer hverandre midt på. Samtidig mister gassen mer energi ved utstråling jo høyere temperaturen er. Dette har vi vist i figur 44. Som vi ser øker energiproduksjonen fra

Fig. 44. Kritiske tenningspunkter ved fusjonsreaksjoner med for­ skjellige hydrogen-isotoper. Ved temperaturer over 45 respektive 400 millioner grader vil reaksjonene gå av seg selv og utvikle overskuddsenergi.

reaksjonen raskere med økende temperaturer enn energi­ tapet fra gassen på grunn av utstråling. Derfor får vi et «kritisk tenningspunkt» på figuren. Det er den temperatur

194

hvor reaksjonene frigjør mer energi enn den som tapes som stråling til omgivelsene. Vi ser altså at for temperatur­ er under 45 millioner grader må vi tilføre varme for å oppveie energitapet ved stråling. Ved 45 millioner grader vil vi kunne få (Hf + Hf) reaksjonen til å fortsette av seg selv. Ved høyere temperaturer får vi utviklet overskuddsenergi. Reaksjonen mellom Hf-kjerner er vanskeligere å få til. Her har vi et kritisk tenningspunkt på 400 millioner grader.

IKKE FAST STOFF, IKKE VÆSKE, IKKE GASS

Ved disse temperaturer er stoffene ikke normale lenger. De mister sine elektroner, slik at gassen består av ioniserte atomer og frie elektroner. Et slikt materiale kaller vi et plasma. Man skal legge merke til at mens alle partiklene i et plasma er ladet, så er plasmaet selv elektrisk nøytralt. Det er jo alt i alt like mange negative ladninger (elektroner) som positive ladninger (hydrogenkjerner). Sett at vi hadde greid å lage et slikt plasma med en temperatur på 100 millioner grader. Hvorledes skulle vi oppbevare det? Vi kjenner i dag ingen konstruksjonsmate­ rialer som kan motstå noe særlig mer enn omkring 3000 grader. Men da oppstår et meget vanskelig problem idet alle partiklene i plasmaet vil treffe veggene i beholderen i løpet av mindre enn én milliontedels sekund, og ved kolli­ sjon med de «kalde» atomene i beholderveggene ville plasmapartiklene miste nesten all sin bevegelsesenergi. Med andre ord, plasmaet blir avkjølt øyeblikkelig. Selv om vi greide å lage plasmaet, ville vi altså ikke kunne holde det varmt lenge nok til å få mange fusjoner. Det er verd å legge merke til at denne måten å tape energi på ikke henger sammen med det energitapet vi så på i fig. 44. Det energitapet er forårsaket av direkte utstråling fra plasmaet og vil alltid finne sted selv om plasmaet ikke er innesluttet i en beholder. 195

At plasmaet består av bare elektrisk ladede partikler er et faktum vi kan utnytte. Det viser seg at slike partikler har vanskelig for å gå tvers igjennom et magnetisk felt. Dette kan vi benytte til å lage en «flaske» av et kraftig magnetfelt. De magnetiske «veggene» vil ikke ta noe av energien fra plasmapartiklene. Vi kan sammenligne kolli­ sjonene mellom plasmapartikler og atomene i en beholdervegg med kollisjoner mellom biljardkuler som farer av­ gårde, respektive ligger stille. Da vil kollisjoner mellom plasmapartikler og en magnetisk vegg kunne sammenlig­ nes med at raske biljardkuler kolliderer med en vegg: de bare spretter tilbake med samme bevegelsesenergi. Slike magnetiske flasker lar seg lage. Men skal vi ha ri­ melig sjanse for at hydrogenkjernene skal treffe hverandre, må plasmaet ha nokså mange atomkjerner pr. volumenhet, det må være rimelig tettpakket. Og ved disse høye tempe­ raturene svarer den nødvendige tetthet av plasmaet til at veggene i vår magnetiske flaske må kunne motstå et trykk fra plasmaet på 100 atmosfærer. Og slike flasker har vi ikke greid å lage enda - iallfall ikke flasker som holder lenger enn en milliontedels sekund.

EN FUSJONSREAKTOR

Ingen vet i dag hvorledes en fusjonsreaktor vil komme til å se Ut, men noen idéer om hovedkomponentene har vi tross alt. Én måte å gjøre det på som kunne tenkes å komme til å fungere er vist på figur 45. Reaktoren er en sylinder som vi tenker oss at vi ser skåret tvers igjennom. Innerst har vi selve plasmaet som består av Hf og Hj (tungt hydrogen og tritium). Det holdes på plass av en magnetisk «vegg». Denne blir laget av elektrisk strøm i ledningene omkring den indre avkjølte veggen og i led­ ningene som omslutter hele reaktoren. Plasmaet er direkte omsluttet av en avkjølt vegg. Denne tjener altså ikke til å holde plasmaet inne, men til å holde et utenfor-liggende 196

Vikling med strømførende ledninger

Fig. 45. En mulig fusjonsreaktor. Virkemåten er forklart i teksten.

lag av uran-litium-blanding adskilt fra plasmaet. Veggen bør lages slik at den slipper stråling og spesielt neutroner lett igjennom. Neutronene vil gjøre en tredobbelt oppgave i uran-litium-sylinderen. Først og fremst vil de gi fra seg mesteparten av energien fra fusjonsreaksjonen som fødte dem, og det er jo denne vi først og fremst er på jakt efter. Neutronene mister den ved å kollidere med atomkjernene i sylinderen, som da blir oppvarmet. Etter å ha mistet noe av sin energi vil neutronene reagere med litium, slik som vi viste ovenfor, og gi tritium, Hf. Dette tritium blir så tatt ut av sylinderen og tilført plasmaet som ny forsyning av tritiumgass. Den tredje oppgaven neutronene har er å formere seg selv for å gi mer tritium. Dette kan de gjøre fordi sylinderen inneholder uran som gir fisjoner og flere neutroner. Men vi passer på at uranet er tilstede i slike mengder og konsentrasjoner at vi ikke får en kritisk reak­ 197

tor av ringen. Det frigis en del radioaktiv stråling av for­ skjellige slag ved alle reaksjonene. Derfor omgir vi hele reaktoren med en skjerm mot strålingen. Det er altså i uran-litium-sylinderen at vi får avgitt mesteparten av energien. Materialet i sylinderen blir flytende ved høye temperaturer slik at det kan sirkuleres til en varmeveksler for å gi fra seg varme. Man kan også tenke seg å legge dampledninger inne i sylinderen, som da blir nedkjølt, og la denne dampen gå rett på en turbin. Denne fusjonsreaktoren er i høyeste grad en spekulasjon. Det er en lang rekke problemer som må løses før vi kan komme så langt. Vi kan varme opp hydrogengass tilstrek­ kelig ved å bruke elektriske felter til å akselere ionene og starte reaksjonen. Men hovedvanskeligheten ligger i å holde et plasma med høy tetthet samlet i de magnetiske flaskene lenge nok ved så høye temperaturer at reaksjo­ nene gir tilstrekkelig energiutbytte. Det er mange forskjellige meninger om når vi kommer til å få en praktisk brukbar fusjonsreaktor. Vi må ikke se bort fra at vanskelighetene med å lage en slik reaktor kan være så enorme at vi aldri vil greie det, tiltross for at vi vet at selve reaksjonene eksisterer og kan settes i gang. Som vi nevnte i kapittel 6 er jo nettopp disse grunnlaget for H-bomben. Noen mener at vi kommer til å ha prototypen på en fusjonsreaktor klar allerede om få år. Mange som arbeider i feltet uttrykker seg litt forsiktigere: de regner med at deres innsats vil krones med hell i deres levetid.

13

Stråler - til skade og nytte

Stråling virker på alt levende vev. Noen ganger er den skadelig, andre ganger er den nyttig. Et viktig problem i arbeidet med å studere strålingens innvirkning på mennes­ ket, både den gode og den dårlige, er at vi av nokså natur­ lige grunner er avskåret fra å gjøre eksperimenter under kontrollerte betingelser. Vi må avlede mesteparten av vår kunnskap fra eksperimenter med celler av andre organis­ mer og fra dyreforsøk. Svært viktig kunnskap har vi fått fra personell som arbeidet lenge med røntgenstråler før man oppdaget hvor skadelige disse strålene kunne være. Mye erfaring har man også fått fra studiet av befolkningen i Hiroshima og Nagasaki. Det første skritt i studiet av strålingsskader er å fastsette enheter for stråling slik at man er i stand til å sammenholde en oppstått skade med en gitt mengde stråling. Vi baserer enheten for strålingsdose på hvor meget energi strålingen har avgitt når den er passert vevet. Denne enheten kalles røntgen, og svarer til at strålingen har avsatt i vevet 2.6 • 10“ 12 kW-timer pr. gram vev. For å få en oppfatning om hva dette betyr gir vi i tabellen en grov oversikt over symptomene ved forskjellige strålingsdoser mottatt ved bestråling av hele kroppen. Den naturlige bakgrunnsstråling som alle blir utsatt for varierer med den geografiske beliggenhet, vanligvis mellom 5 og 10 røntgen gjennom vår levetid. 199

Dose

Antall syke

100 røntgen » 200 300 » » 400 » 600

10% 50% 100% 100% 100%

Antall døde ingen et par % 20% 50% 95-100 %

CELLER OG VEV

All innvirkning av stråling på levende organismer skyldes at atomene som bygger opp levende vev blir ionisert. De ioniserte atomer er del i store molekyler som bygger opp levende celler. Ved ioniseringen kan disse molekylenes kjemiske egenskaper forandres. Det er disse kjemiske for­ andringer som gir opphav til strålingsskadene. Derfor kan man fremkalle akkurat de samme virkningene på vev ved giftstoffer, som de man får av stråling. Men det er en viktig forskjell mellom giftenes og strålingens virkning: giftens virkning opphører når giften blir borte, strålingens virkning kan være mer langvarig eller til og med perma­ nent. Innflytelsen av strålingen på cellene er årsaken til de skader vi observerer direkte hos mennesket ved bestråling. De forskjellige slag celler viser meget forskjellig stråleømfintlighet. Blant de mest stråleømfintlige er benmargcellene som produserer blodlegemer. Heldigvis vil friske benmargceller kunne overta etter de som er skadet. Dette er en av grunnene til at det er så viktig å unngå bestråling av hele kroppen. Enkelte andre celleslag er meget mot­ standsdyktige mot stråling. Huden kan tåle forholdsvis store doser, kanskje 4-500 røntgen, uten å vise tegn til forandringer. Dette er viktig for den skadelige virkning av a- og //-stråler, siden disse i mange tilfelle vil stoppes nettopp av huden. 200

Det har vist seg at mange kreftceller er mer strålingsfølsomme enn de omkringliggende normale celler. Dette er en del av grunnlaget for behandling av forskjellige typer kreft med stråling. En annen viktig egenskap ved noen krefttyper er de kjemiske forandringene i cellene, som tillater visse stoffer å trenge inn i kreftcellene, mens disse stoffene ikke kommer inn i friske celler. Som vi så i kapittel 11 ble dette brukt til å introdusere radioaktive isotoper direkte i kreftvevet for helbredende bestråling.

LITT OM STRÅLING OG ARVESTOFFET

Kjønnskjertlene hører til de mest strålingsømfintlige or­ ganer i kroppen. Radioaktive stråler kan frembringe kje­ miske forandringer i arvestoffet, de såkalte mutasjoner. Disse kan vise seg en eller flere generasjoner senere i av­ kommet til det bestrålte individ. I det vesentlige har vi i dag bare kvalitativ viten om hva som kan bli følgene av bestråling av menneskets kjønnskjertler. Man regner med at det ikke finnes noen nedre grense for den stråling som kan medføre mutasjoner. Det antas at en gitt strålingsdose vil gi samme sannsynlighet for mutasjoner enten strålingen er en kortvarig sterk dose eller en svak bestråling over mange år. Ved bedømmelse av faren ved strålingsinduserte for­ andringer i arvestoffet vil en rekke faktorer uten tilknyt­ ning til selve dosen spille stor rolle. Bestråling vil bare kunne få arvemessige følger hvis individet forplanter seg etter at strålingen er mottatt. En mutasjon vil ofte forsvinne fortere jo skadeligere den er, og dermed få innflytelse bare i en eller noen få generasjoner. Enkelte mener at også positive mutasjoner kan oppstå. Man bør vanligvis regne med at de fleste mutasjoner har negativ virkning på men­ neskets arveegenskaper. Av flere grunner vil det hos mennesket stadig komme frem nye mutasjoner. En del av disse kan skyldes kjemiske 201

forstyrrelser. Disse vet vi lite om. Andre skyldes den naturlige radioaktive stråling. Det antas at den naturlige mutasjonshyppighet er konstant i tiden. Man tror også at ekstra radioaktiv stråling, f.eks. etter nedfall fra atombombe-eksplosjoner, øker mutasjonshyppigheten. Det har vært anslått at siden de begynte har bombeprøvene med­ ført en samlet økning av stråledosen på omtrent 1 % av den naturlige bakgrunnsdosen. En forholdsvis viktig strålingskilde er den medisinske anvendelse av stråling. Her kan strålingsdosen være kan­ skje 20 til 100 % av den naturlige strålingen. Disse medi­ sinske stråler er imidlertid begrenset til en del av befolk­ ningen, noe som har betydning for den samfunnsmessige skaden av strålingens innflytelse på arvestoffet på lengre sikt. For fastsettelse av de maksimale strålingsdoser som kan antas å være samfunnsmessig uskadelige, spiller mutasjonsbetraktningene en avgjørende rolle. Vi vet enda så lite om strålingens innflytelse på arvestoffet at vi for sikkerhets skyld må sette denne tillatelige dosen lavt. De internasjonalt fastsatte regler for tillatelig bestråling er styrt av disse betraktningene. Maksimaldosene er så lave at direkte strålingsskade på organismen ikke forekommer selv for mange ganger større doser enn disse.

KAN VI REPARERE STRÅLINGS SKADER ?

Skal vi finne frem til en effektiv behandling av strålingsskader må vi angripe problemet ved dets rot, nemlig de kje­ miske virkninger av strålingen på cellene. Nettopp det faktum at virkningene er kjemiske gjør at de også lar seg motvirke ved kjemiske midler. Det ville ha de mest fan­ tastiske følger for all slags medisinsk strålebehandling, og for behandling av strålingssyke, hvis man ved et eller annet genialt kunstgrep kunne forandre et materiales strålefølsomhet etter behag. Dette er dessverre foreløpig 202

umulig, men noen små skritt mot dette mål har man tatt. En viss oppmerksomhet er blitt viet forsøk på å øke kreftcellers stråleømfintlighet slik at de lar seg behandle med mindre skadevirkninger for det omkringliggende vev. Men langt den største innsatsen blir gitt undersøkelser f or å forhindre eller oppheve virkningene av stråling på celler. Ett faktum har man konstatert ved de aller fleste orga­ nismer: er det lite oksygen tilstede i organismen under bestråling får man en sterkt nedsatt strålevirkning. Dess­ verre leder ikke dette til noen svært praktisk måte å be­ skytte seg på siden et underskudd av oksygen må gjelde under bestrålingen for å ha noen virkning. En virkning som ligner oksygen-mangelens kan man få ved å tilføre organismen spesielle kjemiske stoffer. Men også for disse gjelder som regel at de må være tilstede under bestrålingen for å virke. Problemet er å fremkalle slike forhold perma­ nent, eller over lengre perioder uten skadelige bivirkninger. Benmargen er som nevnt en av de mest følsomme delene av den menneskelige organisme ved bestråling av hele kroppen med forholdsvis store doser. Når et menneske (eller et dyr) dør av stråling er det ofte fordi den skadede benmarg ikke klarer å produsere nok nye blodlegemer. I en del tilfelle har det vist seg mulig å oppnå god virkning ved å transplantere frisk benmarg på bestrålte individer.

HELSEFARE - HELSEBOT

Den tekniske utvikling i vårt århundre har skjemt oss bort. Vi er vant til å kreve av våre vitenskapsmenn at de skal løse «uløselige» problemer. Men naturens lover styrer alt og alle, også våre forskere. Og derfor kan de aldri skaffe oss den totale løsning av den radioaktive strålings pro­ blem: en fisjonsprosess som ikke gir fra seg stråling. Heller ikke kan de forvandle den fundamentalt sett skadelige innflytelse av store strålingsdoser på levende celler. 203

Nå er ikke all stråling utelukkende skadelig. Skade gjør den bestandig, men som vi hørte i kapittel 11 kan vi bruke skaden til å drepe uønskede celler. I andre tilfeller, f.eks. medisinske sporstoffanvendelser, vil nok strålingen gjøre skade, men denne er totalt betydningsløs i forhold til de goder den utfører for oss. Alt i alt er langt flere mennesker hjulpet av strålene enn skadet av dem. Man får aldri noe for ingenting. Alle medisiner er skadelige eller farlige i store doser. Én sove­ pille er en velsignelse, tyve kan være selvmord. Kjemiske midler brukt i plantevern kan kanskje frelse mange fra hungersnød, i store doser gir de alvorlige forgiftninger hos dyr og mennesker. Stråling i riktige mengder på de riktige steder er medisin. Stråling i ukontrollerte mengder på de gale stedene er helsefare. Vi må akseptere denne helsefaren som en pris for de fordeler atomenergien og isotopene gir oss. Men vi må alltid minske faren med alle de midler vi råder over.

14 Verdens håp eller undergang?

Det begynner å bli trangt på jorden. Menneskene har møysommelig arbeidet seg frem til mer fritid, flere penger og bedre transportmidler. Men hvor er det blitt av plassen ? Hvor finner jeg mitt fredede fiskevann? Hvor finner jeg min usjenerte hyttetomt? Hvor finner jeg en utrafikkert vei for en biltur? Hvordan finner jeg en pic-nic-plass hvor det ikke allerede sitter en familie? Dette å føle seg innestengt, begrenset i sin utfoldelse av menneskemengden er et av de uønskede aspekter som frem­ tiden stiller oss overfor som resultat av medisinske frem­ skritt, sosial utjevning, forbedret kommunikasjon og øket velstand. Jordens gressganger er begrenset - og så lenge vi holder oss på dem blir det nok aldri bedre plass enn i dag. Den fysiske plass på jorden er imidlertid én side av saken, det er også spørsmål om en annen form for plass, nemlig plass for fantasien. De mennesker som er gamle i dag levet opp i en tid da deres ungdommelige fantasi kunne leke med store, hvite områder på verdenskartet, de store isøder mot polene, de mystiske ørkener i Afrika og Asia og den ukjente jungel i Syd-Amerika. Fantasien kunne leke, og de som hadde tilstrekkelig sterk fantasi kunne også tilfredsstille sin lyst til utfoldelse ved å utforske og reise til disse hvite plassene på verdenskartet. I dag er verdenskartet temmelig godt detaljert, og pic-nic-plassene stort sett opptatt. Hvor leker nutidens ungdommelige fantasi? 205

En del av den later til å leke i atombombens skygge. Fantasien leker med fremtidig katastrofe, død og under­ gang for hele planeten. Denne lekeplassen for fantasien er i realiteten ikke godt begrunnet og i alle tilfelle ufruktbar, og man kan vel kanskje si unødvendig. Det er da heller ikke storparten av den ungdommelige fantasi som holder til i denne skyggeverdenen, stort sett leker nok fantasien på andre steder. I dag eksisterer det to ukjente områder i vårt nabolag. Det ene er havbunnen som tross alt representerer mesteparten av jordens overflate, det andre er rommet utenfor jorden. I disse to verdener har fantasien fullt spillerom fremdeles, og plassen er større enn den var i våre fedres blanke kartområder. Akkurat i det øyeblikk verdenskartet hva jorden angår er noenlunde detaljert utfylt, er de tekniske hjelpemidlene i ferd med å utvikles til å utforske havet og verdensrommet. Hjelpemiddel nummer én som skal til for begge disse prosjektene er atomenergien. Forskning og vitenskapelig arbeid på havbunnen har hittil ikke vært mulig. Et undervannsfartøy, ikke en militær ubåt, men et fartøy som kan krysse langs bunnen av kontinentalhyllen i over en måned av gangen, medbringende alt som trenges for å holde liv i vitenskapsmenn og mannskap, er et nødvendig middel. Ikke bare de fornødenheter som skal til for å holde liv i menneskene må være ombord - også utstyr til å drive forskning og undersøkelser på havbunnen må være inne­ bygget. Dette første undervannsfartøy, som vil drives av atomenergi, vil snart følges av andre lignende fartøyer, for vitenskapsmenn og for tekniske spesialister, og ikke minst for mennesker med spesielle interesser på havbunnen, som hobby, for turistformål eller av kommersielle grunner. Mange vil spørre hva slags muligheter og rom det er for fantasi og forskning på havbunnen, under havflaten i sin alminnelighet. Hvis man er konservativ, så anslår man at jordens hav inneholder ca. 50 kvadrillioner tonn av mine­ raler. Blant disse er det to kvadrillioner tonn magnesium, 206

100 trillioner tonn brom, 20 billioner tonn uran, 15 billi­ oner tonn kobber og 10 billioner tonn gull. Utenom dette svømmer det omkring i havet mangan, bor, sølv, nikkel, fosfor, platina og sjeldne jordarter. Det er utvilsomt mer enn nok både for fantasien og for teknikken å arbeide med. Hvis vi skal kunne ekstrahere og anvende disse verdifulle materialene i havet, er det såvidt vi kan se i dag ingen annen løsning enn å bruke store mengder atomkraft for formålet. Ikke bare er atomkraften nødvendig for den kjemiske behandling og ekstraksjon av alle disse skattene, men som nettopp nevnt er den også nødvendig for å drive de undervannsfartøyene som skal gjøre det grunnleggende arbeid på havbunnen. Når det kommer til den andre åpning for fantasien, verdensrommet omkring oss, ser vi igjen atomenergien som en hovedrolleinnehaver. Allerede i dag har vi satellitter som sirkulerer ute i verdensrommet utstyrt med isotopgeneratorer som produserer elektrisitet for maskineriet ombord. Det er forholdsvis små mengder elektrisitet, men helt nødvendig for de formål som satellittene har, nemlig å observere og sende meddelelser ned til jorden. Slike isotopgeneratorer, som oftest med Pu238 som den radioisotopen som skaffer varmen, er det også meningen å ha ombord i de første fartøyer til månen og i romskip som skal på lengre tur, hvor det er nødvendig å produsere friskt vann kontinuerlig av avfallsstoffene i romskipet. Som nevnt tidligere kan atomenergi komme til å være den eneste mulighet for å sende raketter til planetene og hjem igjen. Slike rakettmotorer har vært prøvet i lange perioder på jorden for å simulere turer som den til Mars. En slik motor vil bestå av en reaktor på omtrent 5000 000 kW som leverer over 100 000 kilos skyvekraft. Det er i virkeligheten en liten flyvende reaktor på størrelse med et skrivebord som skal produsere mer enn det dobbelte av den kraft som Amerikas bekjente Hoover-dam kan levere. En slik kjernerakettmaskin bruker reaktoren til å varme 207

opp flytende vannstoff til flere tusen grader, og vannstoffet blåses ut som i en vanlig rakettmotor og skaper frem­ driften. En ting er at vi kan nå til planetene med våre reaktordrevne raketter, en annen ting er at vi trenger atomkraft for å drive alt utstyret vi må sende til planetene, det vi trenger for transport, til vitenskapelig virksomhet og til livets opphold. Vi må ha med kraft-generatorer til planetene for å drive laboratorier og for å gjøre omgivelsene slik at menneskene kan overleve og virke effektivt der. Man må for eksempel ha kjøretøyer og maskineri drevet med batterier, og disse batteriene må lades av reaktorer. En av mulighetene for virkelig å kolo­ nisere planetene eksisterer ved at man kanskje kan finne passende materialer på planetene som kan endres ved hjelp av energien fra en reaktor til en kontrollert innelukket atmosfære hvor folk kunne leve ganske komfortabelt. Det er fremdeles rom for fantasien hvis man tar atomenergien i betraktning! Dette er avgjørende, for den dag spille­ rommet for fantasien, og dermed fantasien selv forsvin­ ner, vil menneskeheten forandre seg grunnleggende og etter vår målestokk i dag ha mistet sin mest verdifulle egenskap. Det er nok mange som reagerer ubevisst mot alt dette og sier: «Hva skal det være til alt dette maset med å kom­ me seg under havflaten og ut i verdensrommet. Kan vi ikke nå sitte og ha det hyggelig med alt det vi har skapt på jorden.» Saken er vel den at menneskene er ikke skapt til å sitte og ha det hyggelig med det de har. De kan nok sitte, men da har de det ikke hyggelig. Det er ikke noen ny oppdagelse at menneskene for å være lykkelige fremfor alt krever utfordring, oppgaver, forandringer og følelse av åpne muligheter. Noen vil si at alt dette hjelper ikke hvis man ikke heller bruker sin innsatsvilje på å bedre menneskenes sinn og helse i stedet for å utvide deres tekniske og geografiske 208

omgivelser. Det er imidlertid ingen tvil om at utviklingen av sinn og helse hos menneskene følger omtrent samme hastighet som utvikling av den rent ytre teknikk. Man har stadig sett at den ytre teknikk driver fremgangen i nesten alle områder på jorden, til og med poesi og malerkunst, ved å skaffe folk større velstand til å kjøpe og mer fritid til både å drive aktivt og nyte passivt de kulturelle verdier. Og når det gjelder helsen, har vi allerede i avsnittet om radioisotopene sett forskjellige områder hvor atomenergi­ en kommer til unnsetning. Kanskje det er symbolsk at vi i disse dager ser utviklingen av en plutoniumdrevet hjerteregulator, en såkalt «pacemaker», som kan plantes kirur­ gisk inn i pasienten. Ja, ikke bare en regulator for hjertebanke-hastigheten, men et totalt kunstig hjerte drevet av Pu238, Tm171 og Pm147 er under utvikling. Pu238 har en halveringstid på 90 år, som jo skulle være en god hjelp for levealderen hvis det kunstige hjertet kan overta oppgaven for det vi er født med. Vi har nevnt disse tingene her for å minne om at det er stor og åpen plass for fantasien for dagens mennesker utenom skyggen av atombomben. Vi har levet med atombomber i ca. et kvart århundre. I denne tiden har det ikke vært fred i verden, men det har heller ikke vært noen verdenskrig. Det har vært lokale kamper og krigshandlinger rundt i verden, nesten kontinuerlig. Men en krig som virkelig har inn­ blandet en stor del av den eksisterende verdensbefolkning har vi ikke hatt på dette kvarte århundre, og det er kanskje mer enn man kan si om noe kvart århundre tidligere. Det er kanskje for tidlig å si at dette skyldes at ansvarlige nasjoner ikke vil starte en verdenskrig så lenge vi har et våpen som atombomben blant oss. Det er imidlertid vans­ kelig også å påvise det motsatte. Det eneste man kan si er at vi har ikke på dette kvarte århundre utslettet vår sivili­ sasjon med atomvåpnet. Vi kan også si at det tydeligvis har vært mindre tilbøyelighet til å sette i gang en stor krig enn det var tidligere. 209

I denne perioden har det vært gjort iherdige og mislykte forsøk på å få istand nedrustning og kontroll av atom­ våpen. Til å begynne med var nesten all innsatsen konsen­ trert på å få forbud mot disse våpnene. Etter hånden ble man klar over at det er lite sannsynlig at man noen gang vil få et totalt forbud mot atomvåpen mens man samtidig ruster på andre måter. Hvis man først kunne bli enige om ikke å utnytte det mest effektive våpen man har, nemlig atomvåpen, synes det som det ville være rimelig samtidig å forby de litt mindre effektive, slik at man i virkeligheten bare hadde slette våpen. Dette blir man nok ikke enige om før man er enige om ganske andre grunnleggende proble­ mer som menneskene har når de lever sammen på jorden side om side, med forskjellig grad av velstand. Man har i mange år prøvet en totalnedrustning som skulle inkludere alle våpen. Heller ikke her er man kom­ met noen vei. Grunnen er vel igjen den samme, at det å sløyfe alle våpen før man er klar over at man ikke vil slåss i det hele tatt er ikke et mål man med rimelighet kan vente å nå. I fortsettelsen av de forsøk som har vært gjort, først på atomnedrustning, så på totalnedrustning, har vi arbeidet med å begrense antallet nasjoner som bygger seg og har disposisjon over atomvåpen. Det er jo klart at dess flere land som sitter klare med atomvåpen, desto større er sjansen for at en eller annen, uoverlagt eller overilet, skulle komme til å anvende et slikt våpen, og kanskje dermed starte en større katastrofe i verden. Man kan spørre seg om det er mulig at noen nasjoner vil binde seg til ikke å lage de mest effektive ødeleggelsesmidler når deres naboer og potensielle fiender har slike. Det er vel mulig, i samme grad som det er mulig for forskjellige nasjoner å forstå hverandre, hverandres behov og fremfor alt hverandres felles interesser. Vi begynner så smått å komme i vel med dette i visse områder på jorden. Vi nærmer oss en tid hvor grupper av land over større områder slutter seg sammen, ikke bare av idealistiske grunner, men av økonomiske 210

grunner. Når man først slutter seg sammen går det utvil­ somt meget hurtigere å jevne ut de forskjeller i tenkemåte som eksisterer mellom ulike land. Det er derfor ikke en håpløs tanke å tro at et antall land frivillig vil avstå fra noen gang å produsere atombomber innenfor sine grenser. Arbeidet med å oppnå dette henger sammen med arbeidet for å oppnå alminnelig forståelse mellom mennesker på forskjellig plan og i forskjellige land. Det henger sammen med viljen til å se på en internasjonal politivirksomhet som en velkommen trygging av landets forhold og ikke som en aktivitet av utenforstående fiender. Ikke noe enkelt plutselig fremskritt på det internasjonale plan vil komme alene. Forståelse mellom menneskene, felles økonomiske interesser, åpent samkvem og gjensidig kontroll med hver­ andre, alle disse ting vil komme i nær tilknytning til hverandre både i tid og sted. Ingen virksomhet innenfor dette området er mer betydningsfull eller mer vesentlig enn en annen. Det hele er et sjakkspill, hvor en gradvis flytning av alle brikkene tilslutt gjør et seirende trekk mulig og enkelt. Det vesentlige er at det er noen som flytter på enhver brikke. Det må finnes mennesker som føler ansvaret for at brikker virkelig blir flyttet. Det er ikke mulig å vinne et sjakkspill med bare ett trekk. Et slikt enkelt genialt trekk har ingen oppskriften på, hverken politikerne, vitenskapsmennene, fredsforskerne eller mi­ sjonærene. Atomenergien løser heller ikke verdens sjakkspill. Men den har vist seg å være et nødvendig trekk for at menneske­ heten skal kunne holde spillet gående i fremtidige genera­ sjoner. Den ble født av forskerens fantasi og har åpnet fremtiden for nye fantasier. Fantasien krever en materiell grobunn for å bære frukt. Hele vår kultur og sivilisasjon er avhengig av grobunnen - av at menneskene lykkes i sitt arbeid med å finne frem til og utnytte naturens ressurser. Atomenergien kan stå som et symbol på den makt men­ neskenes fantasi og iherdighet har til å forme våre ytre 211

omgivelser slik at vi overlever. Derfor er disse egenskapene verd å satse på. Det finnes ikke mer mellom himmel og jord enn det fantasien fanger inn og iherdigheten temmer.

APPENDIKS I Grunnstoffenes navn og betegnelser. Bare de første 92 forekommer i naturen.

Hydrogen..................... Hi Helium........................ He2 Litium ......................... Li3 Beryllium..................... Be4 Bor ............................. B5 Karbon......................... C6 Nitrogen ......................N7 Oksygen ..................... O8 Fluor............................ F 9 Neon............................ Neio Natrium ...................... Nan Magnesium................. Mgi2 Aluminium .................. Ali3 Silisium......................... Sii4 Fosfor ......................... Pi 5 Svovel ......................... Si 6 Klor............................. di. Argon ......................... Ari8 Kalium......................... Ki9 Kalsium ...................... Ca20 Skandium..................... Sc2i Titan............................. Ti22 Vanadium..................... V23 Krom ......................... Cr24 Mangan ......................Mn25 Jern ............................. Fe26 Kobolt......................... Co27 Nikkel ......................... Ni28 Kobber......................... Cu29 Sink ............................. Zn30 Gallium ......................Ga3i Germanium................. Ge32 Arsen ......................... As33 Selen............................. Se34 Brom............................. Br35 Krypton ..................... Kr36 Rubidium..................... Rb37 Strontium..................... Sr38 Yttrium ..................... Y39

Zirkonium ..................Zr40 Niob............................ Nb4i Molybden.................... Mo42 Teknetium ................. Tc43 Rutenium.................... Ru44 Rodium ..................... Rh45 Palladium.................... Pd46 Sølv ............................. Ag47 Kadmium.................... Cd48 Indium........................ In49 Tinn............................ Sn50 Antimon ..................... SbSi Tellur ......................... Te52 Jod ............................. I33 Xenon ......................... Xe54 Cesium.........................Csss Barium.........................Ba56 Lantan......................... La57 Cerium........ ................. CeS8 Praseodym ..................Pr59 Neodym ..................... Nd60 Promethium................. Pm61 Samarium..................... Sm62 Europium..................... Eu63 Gadolinium................. Gd64 Erbium......................... Eb6s Dysprosium................. Dy66 Holmium..................... Ho67 Erbium......................... Er68 Tulium......................... Tm69 Ytterbium .................. Yb70 Lutetium..................... Lu72 Hafnium ......................Hf72 Tantal ......................... Ta73 Wolfram ..................... W74 Renium......................... Re75 Osmium ......................Os76 Iridium ....................... Ir77 Platina......................... Pt78

213

Gull ............................. Au 7 9 Kvikksølv..................... Hg8o Tallium ......................T18i Bly................................. Pb82 Vismut......................... Bi83 Polonium..................... Po84 Astat............................. At8S Radon ......................... Rn86 Francium..................... Fr87 Radium ..................... Ra88 Aktinium..................... Ac89 Thorium ..................... Th90 Protaktinium .............. Pa9i

Uran............................. U92 Naptunium................. Np93 Plutonium .................. Pu94 Americium .................. Am95 Curium......................... Cm96 Berkelium...................... Bk97 Kalifomium.................. Cf98 Einsteinium.................. E99 Fermium......................Fm1Oo Mendelevium .............. Mv10i Nobelium......................No102 Lawrencium.................. Lwj 03