När en atom delas i två delar, antingen genom naturligt sönderfall eller när det sker i ett laboratorium, frigörs energi. Denna process är känd som klyvning. Den har stor potential som energikälla, men har också ett antal säkerhets-, miljö- och politiska problem knutna till sig som kan hindra dess användning.
Fission definition
En atom innehåller protoner och neutroner i sin centrala kärna. Vid fission delas kärnan, antingen genom radioaktivt sönderfall eller på grund av att den har bombarderats av andra subatomära partiklar som kallas neutrinos. De resulterande bitarna har mindre sammanlagd massa än den ursprungliga kärnan, och den saknade massan omvandlas till kärnenergi.
Kontrollerad klyvning inträffar när en mycket lätt neutrino bombarderar kärnan i en atom och bryter den i två mindre kärnor av samma storlek. Vid förstörelsen frigörs en betydande mängd energi – så mycket som 200 gånger mer än den neutron som startade proceduren – samt minst två ytterligare neutrinos.
Kontrollerade reaktioner av det här slaget används för att frigöra energi i kärnkraftverk. Okontrollerade reaktioner kan ge bränsle till kärnvapen.
Radioaktiv klyvning, där kärnan i ett tungt grundämne spontant avger en laddad partikel när den bryts ner till en mindre kärna, förekommer inte ofta och sker endast med de tyngre grundämnena.
Fission skiljer sig från fusionsprocessen, när två atomkärnor förenas istället för att splittras.
Upptäckten av atomenergi
In 1938 bombarderade de tyska fysikerna Otto Hahn och Fritz Strassman en uranatom med neutroner i ett försök att framställa tunga grundämnen. I en överraskande vändning slutade det med att de splittrade atomen till grundämnena barium och krypton, som båda var betydligt mindre än det uran som paret började med. Tidigare försök av fysiker hade resulterat i att endast mycket små bitar hade skurits av en atom, så paret förbryllades av de oväntade resultaten.
Den österrikiskfödda fysikern Lise Meitner, som hade flytt till Sverige efter Hitlers invasion av hennes land, insåg att splittringen också hade frigjort energi. När hon arbetade med problemet konstaterade hon att klyvning gav minst två neutroner för varje neutron som utlöste en kollision. Så småningom insåg andra fysiker att varje nyss frigjord neutron kunde fortsätta att orsaka två separata reaktioner, som var och en kunde orsaka minst två till. En enda kollision kunde sätta igång en kedjereaktion och driva på frisättningen av ännu mer energi.
Energi och förstörelse
I en intellektuell kedjereaktion började vetenskapsmännen inse de möjligheter som låg i den nya upptäckten. I ett brev till USA:s president Franklin Roosevelt i början av andra världskriget, som skrevs av den ungerske fysikern Leo Szilard och undertecknades av Albert Einstein, angavs att sådan forskning skulle kunna användas för att skapa en bomb av episka proportioner, och man tog upp idén att tyskarna skulle kunna leverera ett sådant vapen till USA:s tröskel. Roosevelt anslog pengar till amerikansk forskning, och 1941 bildades Office of Scientific Research and Development i syfte att tillämpa forskningen på det nationella försvaret. 1943 tog Army Corp of Engineers över forskningen för att tillverka ett kärnvapen. Det topphemliga arbetet, känt som ”Manhattanprojektet”, resulterade i att den första atombomben bildades i juli 1945. Två efterföljande atomvapen användes som en del av en militär attack mot städerna Hiroshima och Nagasaki i Japan.
Sedan dess har kärnvapenforskningen betraktats som extremt känslig. Kunskapen i sig är inte överdrivet komplicerad, men de material som finansierar processen är betydligt svårare att få tag på.
Mer vanligt är att fission används för att generera energi i ett kärnkraftverk. Processen skapar dock en betydande mängd kärnavfall som kan vara farligt för både människor och miljö. Samtidigt är människor ofta rädda för de faror som kan komma med kärnkraftverk och vill inte ha dem i sitt område. Sådana frågor gör att kärnkraft inte är lika populärt som mer konventionella metoder för att få energi, till exempel användning av fossila bränslen.
På 1960-talet undersökte den amerikanska regeringen möjligheten att använda klyvning som en metod för raketdrift. Undertecknandet av fördraget om begränsat förbud mot kärnvapenprov 1963 satte dock stopp för alla kärnvapenexplosioner ovan jord, vilket åtminstone tillfälligt stängde dörren för testning av fissionsdrivna raketer.
– Nola Taylor Redd, LiveScience Contributor
Relaterat:
- VIDEO: Atoms for Peace: Nuclear Fission
- Power the Future: 10 Ways to Run the 21st Century
- Top Ten Disruptive Technologies
Recent news