Kerneenergi

Bindingsenergi

Bindingsenergien er den energi, der frigøres, når en kerne sættes sammen af nukleoner. En lige så stor energimængde skal der selvfølgelig bruges for at splitte kernen ad igen i protoner og neutroner.

Beklager, din browser kan ikke vise applets.

Bindingsenergier måles normalt i MeV (Mega elektronvolt).

Her findes en regnemaskine til omregning mellem forskellige energienheder.

Det ses af figuren, at den maksimale bindingsenergi pr. nukleon findes i området omkring nukleontallet 56, dvs kerner omkring jern (Fe). Der kan vindes energi ved at kerner med et nukleontal større end 56 spaltes eller ved at kerner med et nukleontal mindre end 56 smeltes sammen.

ex. 1

236
92

92
36

144
56

ex. 2 Deuterium (tung brint) og tritium (supertung brint) smeltes sammen til helium-5.

2
1 H + 3
1 H ® 5
2 He

Deuterium og tritium har en bindingsenergi på henholdsvis 1,11 MeV/nukleon og 2,83 MeV/nukleon. Det vil altså koste en energimængde på 1,11 MeV/nukleon ^.2 nukleoner + 2,83 MeV/nukleon ^.3 nukleoner = 2,22 MeV + 8,49 MeV = 10,71 MeV at splitte disse to kerner ad i deres bestanddele. Da helium-5s bindingsenergi er 5,48 MeV/nukleon frigøres der en energimængde på 5,48 MeV/nukleon ^.5 nukleoner = 27,40 MeV ved at samle denne kerne. Den vundne energi ved at smelte deuterium og tritium sammen til helium-5 er altså 27,40 MeV -10,71 MeV = 16,69 MeV dvs ca 17 MeV.

[ Top ]

Fusion

Fusion er en kernereaktion, hvor to lette atomkerner smeltes sammen til én atomkerne med større masse under frigivelse af energi.

[ Top ]

Fusion i Solen

Det er fusionsprocesser, der i Solen producerer de enorme energimængder, der udstråles. De dominerende processer i Solens indre er

1
1 H +   1
1 H ®   2
1 H +   0
1 e + u

1
1 H + 2
1 H ® 3
2 He   + g

3
2 He + 3
2 He ® 4
2 He + 1
1 H   +   1
1 H

Totalprocessen bliver at fire protoner omdannes til en heliumkerne og nogle andre partikler under samtidig energifrigørelse.

4   1
1 H   ®   4
2 He   +   2   0
1 e   +   2 u +   2   g

De orange nukleoner er neutroner, de røde er protoner.
De små grønne er positroner.

[ Top ]

Fusion på Jorden

I laboratoriet forsøger man at producere energi ved at få deuterium (tung brint) og tritium (supertung brint) til at fusionere

2
1 H +   3
1 H ®   4
2 He +   1
0 n

Deuterium kan udvindes fra havvand. Tritium kan fremstilles ved at lade neutroner kollidere med lithium-7

7
3 Li +   1
0 n ®   3
1 H +   5
2 He

Denne proces kræver en neutronkilde.

[ Top ]

Fission

Fission er en kernereaktion, hvor en tung atomkerne spaltes til lettere atomkerner under frigivelse af energi.

Før musen hen over billedet for at se en neutroninduceret kernespaltning.
De orange nukleoner er neutroner og de røde er protoner.

Fission udnyttes i atomkraftværker og atombomber.
Ofte spaltes uran-235. Da denne atomkerne kun i ringe grad er i stand til at fissionere spontant er det nødvendigt at starte processen med en neutronkilde. Man taler om neutroninduceret fission. Atomkernen uran-236^* , der dannes som en mellemtilstand, er i en eksiteret tilstand. Denne eksisterer kun i en meget kort tidsrum, hvorefter den fissionerer. Spaltningen resulterer ikke hver gang i de samme fissionsprodukter. Herunder er oplistet fem forskellige muligheder. Normalt dannes to kerner med massetal omkring 90 og 140 samt to eller tre neutroner. Samtidig frigøres en energi på omkring 200 MeV.

1 0	n	+	235 92	U	®	236 92	U	^*	®	æ ê ê ê ê ê ê ê ê ê è	90 38	Sr	+	144 54	Xe	+	2	1 0	n

											89 36	Kr	+	144 56	Ba	+	3	1 0	n

											89 34	Se	+	144 58	Co	+	3	1 0	n

											97 37	Rb	+	137 55	Cs	+	2	1 0	n

											96 39	Y	+	137 53	I	+	3	1 0	n

[ Top ]

Kædereaktioner

Ved neutroninduceret fission af uran-235 dannes der 2 - 3 neutroner - i gennemsnit 2,5 neutroner - ved hver kernespaltning. Hvis der er tilstrækkeligt mange uran-235 kerner til stede er det muligt, at disse frigjorte neutroner kan spalte flere urankerner. Disse frigør så endnu flere neutroner, der kan spalte endnu flere urankerner. Denne proces kaldes en kædereaktion. For at en kædereaktion kan forløbe skal to betingelser være opfyldt. Der skal produceres mere end én fissionsinducerende neutron pr. kernespaltning. Desuden skal der være en vis mindste mængde fissionsmateriale til stede. Denne mindste mængde kaldes den kritiske masse.

[ Toppen af siden ] [ Ordliste ] [ Tilbage til hovedsiden ]