Hver er munurinn á vetnissprengju og kjarnorkusprengju?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver er munurinn á vetnissprengju og kjarnorkusprengju?
Orðið kjarnorka (e. nuclear energy) er haft um alla orku sem rekja má til atómkjarnanna (e. atomic nuclei). Orka losnar frá kjörnunum eftir tvenns konar leiðum sem eru ólíkar en byggjast þó báðar á tveim staðreyndum. í fyrsta lagi er orka jafngild massa samkvæmt jöfnu Einsteins $E = m c^2$ og í öðru lagi er massi miðlungs þungra atómkjarna hlutfallslega minnstur, miðað við heildarmassann. Því getur orka losnað úr læðingi annars vegar þegar þungir kjarnar klofna og mynda aðra léttari og hins vegar þegar léttir kjarnar renna saman og mynda þyngri kjarna. Fyrrnefnda ferlið kallast kjarnaklofnun (e. nuclear fission) en hið síðara kjarnasamruni (nuclear fusion).

Orkugjafinn eða „eldsneytið“ í kjarnaklofnun er tiltekið frumefni með þungum kjörnum, til dæmis frumefnið plúton (e. plutonium) eða auðgað úran (e. enriched uranium), það er að segja samsætan (e. isotope) úran-235. Hún finnst í litlu magni í náttúrlegu úrani og þarf að „auðga“ það með því að skilja sem mest af úrani-238 frá og fá þannig efni sem er nothæft til orkuframleiðslu, hvort heldur er í úransprengju eða í kjarnorku­veri.

Þegar úranið klofnar myndast ekki aðeins tveir léttari kjarnar, heldur losna líka nifteindir (e. neutrons) sem geta rekist á aðra úrankjarna og ýtt undir klofnun þeirra. Þannig fer af stað keðjuverkun (e. chain reaction) sem er forsenda þess að klofnunarferlið getur haldið áfram þar til allt úran-235 er úr sögunni. Í úransprengju er keðjuverkunin óheft og því verður gríðarleg sprenging ef nógu mikið úran er fyrir hendi. Í kjarnorkuverum er keðjuverkuninni hins vegar stýrt þannig að hæfileg orka er framleidd án sprengingar.

„Eldsneytið“ í kjarnasamruna er yfirleitt frumefnið vetni (e. hydrogen) en kjarninn í algengustu samsætu þess er léttastur allra atómkjarna. Það er þó ekki endilega hann sem kemur við sögu í samruna heldur geta þar líka verið þyngri samsætur eins og tvívetni (e. deuterium) og þrívetni (tritium), eða önnur ívið þyngri frumefni. Til þess að tveir kjarnar geti runnið saman þurfa þeir að nálgast hvor annan nægilega og þar er vandinn mestur, því að atómkjarnar bera jákvæða rafhleðslu sem veldur því að þeir hrinda hver öðrum frá sér því meir sem fjarlægðin er minni, uns komið er að ákveðnum þröskuldi. Til að yfirvinna þröskuldinn þurfa þeir að hafa hreyfiorku og hraða í upphafi, svipað og þegar við gefum steini hraða upp á við til að koma honum yfir vegg. Í tilviki kjarnasamrunans fæst þessi orka með því að eldsneytið er gríðarlega heitt eins og við getum séð í sólinni okkar, enda myndast geislunarorka sólstjarna einmitt í kjarnasamruna.

Í vetnissprengjum (e. hydrogen bombs) – sem einnig mætti kalla samrunasprengjur (e. fusion bombs) – eru úransprengjur yfirleitt notaðar til að hita samrunaeldsneytið þangað til það springur líka, en þá myndast margfalt meiri orka, til dæmis miðað við efnismagnið sem notað er. Það er meginástæðan til þess að vetnissprengjur eru svo miklu öflugri en úransprengjur eins og sjá má á myndunum hér fyrir neðan.

Enn er þess að geta að vísindamenn hafa um langa hríð lagt sig fram til að virkja samrunaorkuna til friðsamlegra nota eins og gert er með klofnunarorku í kjarnorkuverum nú á dögum, þó að það hafi vissulega ekki reynst vandalaust. Þetta hefur hins vegar reynst þrautin þyngri þó að talsvert hafi miðað í áttina. En ef þrautin leysist kynni orkuvandi mannkynsins að hverfa því að orkugjafinn yrði nær óþrjótandi, sem sé allt vatn jarðar, og geislavirkur úrgangur yætti heldur ekki að verða verulegt vandamál.

---

Spyrjanda hefur, eins og eðlilegt er, ekki verið fulljós merking orðanna vetnissprengja og kjarnorkusprengja. Úr því er vonandi bætt með svarinu.

Höfundur svarsins hefur sett enska þýðingu í sviga við lykilorð í textanum til að auðvelda lesendum að lesa sér meira til á Veraldarvefnum, og eru þeir hér með hvattir til þess!

Mörg önnur svör á Vísindavefnum fjalla um svipuð efni og má skoða þau hér til hliðar eða með því að nota leitarvél Vísindavefsins.

Myndir:

• Nuclear Industry Association. (Sótt 6.03.2006).
• What’s the Difference Between a Hydrogen Bomb and a Regular Atomic Bomb? - The New York Times. (Sótt 6.09.2017).

...