Vitenskapen bak uran og thorium
Grunnstoffene uran og thorium har så mye energi fordi de ble dannet under ekstreme forhold i supernovaer. Når en stjerne eksploderer som en supernova skapes tunge grunnstoffer som uran og thorium gjennom en prosess kalt nukleosyntese. Disse grunnstoffene har ustabile kjerner som kan spaltes (fisjon), og denne prosessen frigjør store mengder energi. Det er denne energien som gjør uran og thorium så verdifulle i kjernekraftverk.
Se hvordan universets utvikling bestemmer hvordan de ulike grunnstoffene ble dannet.
Sammenligning1
| Parameter | Uran (U) | Thorium (Th) | Plutonium (Pu) |
|---|---|---|---|
| Atomnummer | 92 | 90 | 94 |
| Atommasse | 238.02891 u | 232.03806 u | 244 u |
| Elektronkonfigurasjon | [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² | [Rn] 6d² 7s² | [Rn] 5f⁶ 7s² |
| Oksidasjonstall | 3, 4, 5, 6 | 4 | 3, 4, 5, 6, 7 |
| Tetthet | 19,05 g/cm³ | 11,724 g/cm³ | 19,86 g/cm³ |
| Smeltepunkt | 1132 °C | 1750 °C | 640 °C |
| Kokepunkt | 4131 °C | 4790 °C | 3228 °C |
| Hardhet (Mohs skala) | 6 | 3 | 6,5 |
| Termisk konduktivitet | 27 W/mK | 54 W/mK | 6,74 W/mK |
| Spesifikk varmekapasitet | 0,12 J/g K | 0,12 J/g K | 0,13 J/g K |
Plutonium-239 er en av de mest kjente isotopene av plutonium og brukes både i kjernekraftverk og i atomvåpen på grunn av sin evne til å gjennomgå fisjon og frigjøre store mengder energi.
Plutonium dannes hovedsakelig gjennom en prosess som kalles nøytroninnfanging, som skjer i kjernekraftreaktorer. Her er en forenklet forklaring på hvordan det skjer:
- Start med Uran-238: I en kjernekraftreaktor brukes ofte uran-238 som brensel.
- Nøytroninnfanging: Uran-238-kjerner fanger opp frie nøytroner som frigjøres under fisjonsprosessen.
- Dannelsen av Uran-239: Når uran-238 fanger et nøytron, blir det til uran-239.
- Beta-henfall: Uran-239 gjennomgår beta-henfall og blir til neptunium-239.
- Ytterligere beta-henfall: Neptunium-239 gjennomgår enda et beta-henfall og blir til plutonium-239.
Uran
Kjemiske egenskaper:
- Atomsymbol: U
- Atomnummer: 92
- Atommasse: 238.02891 u
- Elektronkonfigurasjon: [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²
- Oksidasjonstilstander: 3, 4, 5, 6
- Reaktivitet: Reagerer med hydrogen, karbon, silisium, nitrogen, oksygen, svovel, vann og halogener. Korroderer i luft ved romtemperatur og danner svarte og gule oksider.
Fysiske egenskaper:
- Utseende: Sølvhvitt, formbart metall
- Tetthet: 19,05 g/cm³
- Smeltepunkt: 1132 °C
- Kokepunkt: 4131 °C
- Hardhet: 6 (Mohs skala)
- Termisk konduktivitet: 27 W/mK
- Spesifikk varmekapasitet: 0,12 J/g K.
Thorium
Kjemiske egenskaper:
- Atomsymbol: Th
- Atomnummer: 90
- Atommasse: 232.03806 u
- Elektronkonfigurasjon: [Rn] 6d² 7s²
- Oksidasjonstilstander: 4
- Reaktivitet: Reagerer langsomt med vann og løses opp av fortynnede syrer. Danner thoriumdioksid ved kontakt med oksygen.
Fysiske egenskaper:
- Utseende: Sølvhvitt, formbart metall
- Tetthet: 11,724 g/cm³
- Smeltepunkt: 1750 °C
- Kokepunkt: 4790 °C
- Hardhet: 3 (Mohs skala)
- Termisk konduktivitet: 54 W/mK
- Spesifikk varmekapasitet: 0,12 J/g K.
Plutonium
Kjemiske egenskaper:
- Atomsymbol: Pu
- Atomnummer: 94
- Atommasse: 244 u
- Elektronkonfigurasjon: [Rn] 5f⁶ 7s²
- Oksidasjonstilstander: 3, 4, 5, 6, 7
- Reaktivitet: Reagerer med oksygen, damp og syrer, men ikke med baser. Danner et beskyttende oksidlag ved kontakt med luft.
Fysiske egenskaper:
- Utseende: Sølvhvitt metall som blir mørkere ved oksidasjon
- Tetthet: 19,86 g/cm³
- Smeltepunkt: 640 °C
- Kokepunkt: 3228 °C
- Hardhet: 6,5 (Mohs skala)
- Termisk konduktivitet: 6,74 W/mK
- Spesifikk varmekapasitet: 0,13 J/g K.