1

Hei dere, og GOD HELG 🙂 Jeg har tilbrakt et døgn på Løkken i Trøndelag, der jeg har deltatt på Bergmannskonferansen – som foredragsholder, med foredraget Er thorium den nye oljen? Da syns jeg jo det passer litt ekstra godt å dele den siste delen av thorium-føljetongen (ikke at jeg er ferdig med thorium, men denne delen avslutter det jeg hadde planer om å dele fra doktoravhandlingen i denne omgangen).

Hva er greia med thorium, del VI

Fordeler og utfordringer med thorium-brenselssyklusen

Aller først: Det fins mer thorium i jordskorpen, enn uran (ca fire ganger mer, faktisk). Under de rette forutsetningene kan thorium-basert brensel produsere mye mindre langlivet radioaktivt avfall, og så å si null plutonium – begge deler er (antageligvis) med på å gjøre thorium-basert brensel mer spiselig for publikum. Det er også mulig å breede, eller nesten-breede, i et et termisk nøytronspektrum. Det betyr at at det er mulig å få ut mer energi fra brenselet, til og med med dagens reaktorteknologi.

På den mer «nagative siden» så er thorium-brenselssyklusen avhengig av nøytroner «utenfra», og det er utfordringer med gamma-stråling fra uran-232. Uran-232 produseres i små mengder i alle typer brensel som inneholder thorium – på to forskjellige måter som begge starter med et nøytron med høy energi:

Uran-232-isotopen har en relativt kort halveringstid, på 68.9 år, og den ender til slutt opp i bly-208, som sender fra seg en gammastråle på 2.6 MeV (fra sin første eksiterte tilstand – for de som er interessert i sånt 😉 ). Denne gammastrålingen gjør brukt thorium-brensel svært vanskelig å håndtere, og det kreves kraftig skjerming når man skal reprosessere, og lage nytt brensel. Den mest utfordrende delen av thorium-brenselssyklusen er dermed baksiden (back end). Og reprossesering er viktig, ellers blir påstanden om at man produserer mindre avfall ikke sann. Det at det alltid fins uran-232 i brukt thorium-brensel er dog ikke bare negativt – det er nemlig med på å gjøre dette brenselet mye sikrere med tanke på spreding/smugling og våpenproduksjon: For det første virker gamma-strålingen på 2.6 MeV som en signatur på brenselet, som gjør det veldig lett å detektere – smugling av thorium-brensel vil være lett å oppdage. For det andre gjør uran-232 (og den påfølgende gamma-strålingen på 2.6 MeV) det mye vanskeligere å produsere våpen fra thorium-baserte brensel enn fra uran-baserte brensel – noe som kan være en fordel med tanke på publikums aksept for teknologien.

Sist, men ikke minst, så kan det å blande thorium med våpenmateriale (altså høyanriket uran) være en utmerket måte å «brenne», og dermed nøytralisere/kvitte seg med, alt det våpengraderet uranet som allerede eksisterer rundt omkring i kjernevåpen.


Resten av innleggene i denne føljetongen kan lese her: Del I, del II, del III, del IV, og del V.


Det har vært et nydelig døgn i Trøndelag: Solen har varmet, og det var helt FULLT av hestehov langs store deler av veien mellom Løken og Værnes – sånt gjør meg så glad ♥ Så syns jeg jo det er veldig gøy å være på talerlisten sammen med så mange andre absurd flinke folk, på en konferanse med tema smart fremtid; at jeg er interessant nok til at mine tanker er av interesse.

Det obligatoriske glasset på flyplassen når oppdraget er ferdig levert, og jeg kan sitte og slappe av og jobbe litt - altså ♥

Det er forresten selvsagt ikke noe ja/nei-svar på spørsmålet i tittelen på foredragt, og det handlet jo i stor grad om denne delen fra doktoravhandlingen min 🙂

Påsken er over (og vel så det), men det er ikke føljetongen om thorium riktig ennå - her kommer del fem.

Jeg tror forresten jeg har gjort noen valg med tanke på farge og "rød tråd" for bryllupet som jo kommer til å komme (nei, vi har ikke bestemt dato, men det blir i 2019, helt sikkert), og jeg kommer nok til å dele litt bryllup her inne fremover - i tillegg til oppdateringen om plutoniumeksperiment, og andre kjernefysikk og forskning-ting, selvsagt. Regner med det ikke kommer som noe stort sjokk at det å planlegge bryllup natrulig nok blir en del av tankene mine i større eller mindre grad i mpnedene fremover - litt bridezilla må man ha lov til å bli 😉 Dere kan jo gjerne gjette på hvilke farger dere tror kommer til å gå igjen i bryllupet til Anders og meg...

Greia med thorium, DEL V

I motsetning til uran så har thorium ingen fissil/spaltbar isotop i seg, sånn som man finner det i naturen (uran har isotopen uran-235, som altså er spaltbar). For å starte prosessen der thorium-232 (som man finner thorium ute i naturen) forvandles til uran-233 trenger man en nøytronkilde (i uranbrensel så er denne kilden fissilt uran-235, som altså allerede er tilstede). Det fins flere mulige valg nøytronkilde: En ekstern kilde - en aksellerator som produserer nøytroner ved spallasjon av feks bly (som ble foreslått av carlo Rubbia), bygge opp en viss mengde uran-233 som videre kan brukes som nøytronkilde (en catch-22 her er at du trenger å ha throium-brenselssyklusen gående for å kunne starte thorium-brenselssyklusen for å produsere uran-233), plutonium fra resirkulert uranbrensel, eller, som denne avhandlingen tar for seg (Artikkel 1), rent eller så å si rent uran-235.

Thorium-brenselssyklusen trenger ett nøytron for å omdanne thorium-232 til uran-233, og ett nøytron for å fisjonere (spalte) uran-233, for hver eneste nøytron-generasjon. Siden Eta og Alpha (som det sto om i del 4 av denne føljetongen, som det er linket til neders i dette innlegget) er det de er, er det i prinsippet mulig å breede i et termisk nøytronspektrum (altås med nøytroner med lav energi). I det som ble kalt the Shippingport Light Water Breeder Reactor program ble det demonstrert at breeding absolutt var mulig i en lettvannsreaktor (som betyr termisk nøytronspektrum). Denne reaktoren hadde dog en meget spesiell geometri, og den ble aldri kommersialisert.

Andre strategier som kan brukes for å oppnå breeding er:

  • å fjerne nøytrongifter som spiser nøytroner (hovedsakelig fisjonsprodukter): saltsmeltereaktor-teknologi (MSR)
  • å bruke en ekstern nøytronkilde (ADS)

Ingen av disse alternativene er "off the shelf", og de er ikke egentlig realistiske valg per i dag.

Uavhengig av dette; selv om breeding er vanskelig å få til, så er det mulig å forbedre breeding-ratioen sammenliknet med standard uran-brensel i en standard trykkvannsreaktor allerede "i dag". Ved å bruke denne siste strategien vil man også få thorium inn i den kjernefysiske brensels-miksen, og på den måten drøye uranressursene i verden.


Resten av denne føljetongen kan leses nedenfor 🙂

Påskekrim á la SunnivaRose

Påskekrim DEL II

Påskekrim, del III

Dr. Rose-jubileum, og thorium-brenselssyklusen (påskekrim del 4)

I dag er det nøyaktig ett år siden jeg forvarte doktogradsavhandlingen min, og på denne tiden den 29. mars 2017 hadde jeg fått beskjed om at komiteen godkjente disputasen min (og jeg var så absurd lettet at jeg tror ikke jeg kan forklare det en gang). Det passer derfor ekstra godt at vi har kommet frem til "hvorfor thorium?" i føljetongen her, og hvis du har lyst til å se hva jeg snakket om på prøveforelesningen for et år siden (temaet her har ikke å gjøre med eget forskningsrabeid, så ikke bli forvirret over at det ikke er noe thorium i denne filmen 😉 ) kan du se filmen her - eller scrolle litt lenger ned, til dagens episode:

Greia med thorium, DEL IV

Thorium-brenselssyklusen - hvorfor thorium?

Thorium, grunnstoff nummer 90, er et svakt radioaktivt materiale vi finner i naturen, som ble oppdaget i Norge i 1828 av den svenske kjemikeren Jöns Jacob Berzelius. Berzelius oppkalte det nye grunnstoffet etter tordenguden Thor. Det er estimert at Norge har mer enn 100 kilotonn thorium - som utgjør en betydeliog andel av den totale mengden av de globale reservene, på ca 3 megatonn. Thorium fins i små mengder overalt i jordskorpen, med gjennomsnittlig konsentrasjon på 10 ppm. Det betyr at thorium er 4 ganger mer vanlig enn uran.

I naturen er thorium et monoisotopisk grunnstoff - det betår kun av den ikke-fissile isotopen thorium-232, som enkelt kan gjøres om til den fissile uran-isotopen uran-233. Thorium er altså et fertilt materiale. Thorium-brenselssyklusen starter med at thorium absorberer et nøytron, som dermed henfaller til protaktinium-233, og deretter viodere til uran-233:

n+Th-232 --> Th-233(beta-minus, 22 minutter) Pa-233(beta-minus, 27 dager) U-233

Uran-233 er den kjernen som faktisk spaltes etter å ha bli truffet av et nøytron, og den er dermed hovedansvarlig for den energien som frigjøres i throium-baserte brensel. Den tilsvarende prosessen i uran-brenselssyklusen er den fertile uran-238, som fanger inn et nøytron, og blir omdannet til fissilt olutonium-239:

n+U-238 --> U-239(beta-minus, 24 minutter) Np-239(beta-minus, 2.4 dager) Pu-239

I figur 4 kan man se at grunnen til at det går an å si at thorium er et "bedre brenselsmateriale" enn uran er på grunn av de kjenrefysiske egenskapene til uran-233 - som er helt fantastiske! Antall nøytroner som blir frigjort per nøytron som absorberes (Eta) er høyere i det termiske området enn for plutonium-239, og antall kjerner som absorberes sammenliknet med de som fisjonerer (når de treffes av et nøytron - Alpha), er lavere i det termiske området enn for plutonium-239.

Dette betyr at det produseres mer nytt fissilt materiale når thorium er den fertile isotopen enn når det er uran-238 (i det termiske nøytron-området). I tillegg blir det produsert mindre langlivet avfall med thorium-232 som den fertile isotopen enn uran-238, siden uran-233 oftere fisjonerer når den treffes av et nøytron enn plutonium-239. Det er også nødvendig med mange flere nøytroninnfangninger etter hverandre for å lage et transuran - 5 versus 1.


Denne føljetongen er ikke helt over ennå, men det blir ingen ny episode i løpet av de neste dagene; i morgen tidlig-tidlig setter Anders og jeg oss nemlig på et fly til Roma, og der skal vi slappe av og kose oss de neste dagene ♥

God påske til alle fine lesere! 

Greia med thorium, DEL II

Hei dere, her kommer del 2 av "påskekrimmen" jeg startet i går 🙂 DEL I kan lese her.

Kjernekraft - i går, i dag, og i morgen

Kjernekraft

I går

Den 2. desember 1942 gikk verdens aller første menneskelagde kjernereaktor - Chicago Pile no 1 - kritisk, under Enrico Fermis ledelse. 12 år etter dette, den 27. juni 1954, ble det produsert elektrisistet på Obnisk-kjernekraftverket i Russland - verdens første sivile kjernekraftverk. To tiår senere, i løpet av 1970-årene, ble det produsert 100 GW elektrisitet fra kjernekraft, og selv om det var de som var negativt innstilt til alt som hadde med atom å gjøre, så var majoriteten forholdsvis positiv. Dette holdt seg stort sett inntil Tsjernobyl-ulykken, som skjedde den 26. april 1986. En konsekvens av denne ulykken var at den virkelig fikk bremset ned den teknologiske utviklingen innen kjernekraft. Tsjernobyl satte ikke en stopp på kjernekraft som en del av verdens energimiks, men fikk altså virkelig saknet utviklingen av neste generasjons kjernekraftverk. I stedet for å erstatte gamle kjernekraftverk med ny og bedre teknologi, har heller dekommisjoneringsdatoene blitt kraftig forlenget, og forskning og utvikling utsatt.

Status i dag

Gjennomsnittlig befolkningsvekst er på ca 80 millioner per år. Verdens totale befolkning har gått fra 3.7 milliarder i 1970, til nesten 7.5 milliarder i 2016 (note: teksten ble skrevet i desember 2016 😉 ), og FN antar at vi kommer til på nå 10 milliarder mennesker i verden rundt 2050. Etter dette antar man også vekst, selv om den kommer til å skje saktere.

Med både flere mennesker, og økt energiforbruk per capita, antar man at det total energibehovet vil øke med rundt 50% fra 2012 til 2014. den største økningen skjer i Kina og India, som til sammen står for ca 50% av veksten.

 

Energisikkerhet defineres av IEA (International Energy Agency) som "uavbrutt tilgang til energikilder til en rimelig pris", og anses som helt grunnleggende for en sikker, stabil og fredelig verden. Det å skulle oppnå energisikkerhet for alle har dog vist seg vanskelig. CO2-utslippene våre har ført til en menneskeskapt klimaendring. I dag er den aller største kilden til energi fossil (olje, kull og gass) - hvilket bidrar til klimaendringer med sine store CO2-utslipp.

Ettersom frykten for klimaendringer har økt, og frykten for et nytt Tsjernobyl har minket, har kjernekraft igjen blitt en mulig løsning på den økte energietterspørselen. I FNs klimapanels siste rapport (no. 5, som ble publisert i 2014 - altså 3 år etter Fukushima-ulykken) blir kjernekraft trukket frem som en viktig del av en mulig løsning på menneskeskapte klimaendringer. De grupperer kjernekraft sammen med andre fornybare energikilder, som nøkkelelementer i et lavkarbons energisystem, sammen med CO2-fangst og -lagring (CCS). Spørsmålet "What are the main mitigation options in the energy supply sector?" besvares på følgende måte:

No single mitigation option in the energy supply sector will be sufficient (...) Achieving deep [cuts in greenhouse gas (GHG) emissions] will require more intensive use of low-GHG technologies such as renewable energy, nuclear energy, and carbon dioxide capture and storage (CCS). (Min understreking)

Klimapanelet foreslår at bruken av kjernekraft bør økes, og at denne energiformen kan erstatte den fossile baselasten (elektrisitet produsert med olje, gass, kull) mange steder i verden.

Per 2014 er det 440 kjernekraftverk i verden. Disse produserer ca 11% av all elektrisitet på verdensbasis.

I morgen

Hvis vi antar at anbefalingene til IPCC følges så vil det bli en utbygging av kjernekraft. Mer enn 60 reaktorer er under bygging (per januar 2017), og elektrisitetsprosuksjon fra kjernekraft er forvntet å øke proporsjonalt med den total elektrisitetsproduksjonen over de neste 20 årene. Denne utbyggingen vil mest sannsynlig hovedsakelig bestå av velkjent kjerneteknologi - det vil si GenerasjonIII(+) termiske reaktorer, som kjører på uran/plutonium-brenselssyklusen. Uten resirkulering av avfallet/(det brukte) brenselet vil uran, som en lett tilgjengelig og rimelig ressurs, etterhvert forsvinne. I tillegg vil man få bygget opp store mengder radioaktivt avfall. Thorium-brenselssyklusen kan være en del av løsningen på begge disse problemene:

Det fins mer thorium enn uran på Jorden, og selv om både uran- og thoriumbaserte brensel kan "avles" (breeding) - dermed gi opp til 200 ganger mer energi fra brenselet - ser public opinion ut til å være mer positiv når det gjelder thorium, fordi det er noe "nytt". Offentlig aksept, heller enn økonomi, er hovedbarrieren mot utvikling i Vesten. I Kina og India er folket stoltere av sine kjernefysiske prestasjoner, og det er en sterk støtte til kjernekraft. Videre utvikling av kjernekraft vil derfor i hovedsak skje i denne delen av verden. "Avl" eller nesten-"avl" (breeding) er dessuten mulig med termiske nøytroner i thoriumbasert brensel. I tillegg blir det produsert neglisjerbare mengde av plutonium fra thoriumbaserte brensel, sammenliknet med uranbaserte brensel, og det er mye vanskeligere å produsere våpen fra denne brenselssyklusen. Dersom thoriumbaserte brensel multi-resirkuleres kan hele avfallsproblematikken redusere meget kraftig.

 

Det. Er. Så. FANTASTISK. DEILIG. Å kjenne solen varme ansiktet, og  se den faktisk smelte snø og is. Himmel! Selv om Anders dro til LA i dag, som selvsagt gjør meg litt trist (hvor ble det av superselvstendige Sunniva, egentlig? Kanskje hun egenltig aldri fantes – og bare dukket opp midlertiidg, da det var absolutt nødvendig...?) så blir jeg så mye mer glad av solen og «varmen», at totalen i dag helt klart er positiv. I skrivende strund er Anders i en Dreamliner et eller annet sted over Atlanteren, og jeg sitter hjemme ved spisebordet vårt. Som nevnt i går er jeg kjempestolt av han – han er virkelig helt fantastisk dyktig (i tillegg til å være snill, kjærlig, og en super stepappa).

Men apropos solen: Jeg fikk tilsendt et bilde på mail her om dagen, med spørsmålet vil du kalle dette fisjon eller fusjon? Jeg trodde først at dette var fra en elev som ville ha meg til å gjøre leksene for seg (det skjer nemlig, og det er selvsagt helt uaktuelt), så jeg svarte rett og slett du ser vel hva som står skrevet?

Så fikk jeg svar tilbake

Jo men akkurat i dette trinnet, omdannes jo helium til helium, og to lettere grunnstoffer. Dette er jo definisjonen på fisjon?

Tenkte at dette er jo et kjempebra spørsmål, og svaret er at nei, dette er ikke fisjon – det er bare et trinn i fusjonsprosessen. Det som skjer her er at du helt riktig har to helium-kjerner, som blir til en ny heliumkjerne, men denne er tyngre - to lette kjerner har gått over til å bli en tyngre, altså. Samtidig blir det to protoner (hydrogen-1, som er det som vises her, er kun ett proton) til overs. Dette er en del av fusjonsprosessen, og ikke en egen prosess der du feks har helium som deler seg i to og blir hydrogen - da ville jeg vært enig i at det var fisjon 🙂

Totalen her er at to lettere kjerner smelter sammen (fusjonerer) til å bli én tyngre kjerne, pluss to overskuddsprotoner.

Energien som kommer her i denne reaksjonen er fra nettopp fusjonen av lett helium til tyngre helium, og ikke fra helium som splitter seg til protoner - for den reaksjonen gir på ingen måte energi. Den koster energi. Hvis man har en kjerne som er så tung som uran (eller egentlig noe som er tyngre enn jern) så kan man  energi på å fisjonere (spalte i to).


Ga dette svaret noen mening? Eller, altså, svaret er at dette er fusjon, og det er jo greit nok, men ga forklaringen noen mening...?

Uansett så håper alle har nytt denne dagen like mye som meg ♥

Hei hopp og kveld fra den okergule stolen i Roseslottet 🙂 Jeg følte liksom at jeg ikke var helt ferdig med energi og fisjon og sånn i forrige innlegg, jeg... For hva slags energi er det egentlig snakk om når en tung kjerne deler seg i to?

Her får dere en oversikt over nettopp energien som blir frigjort i fisjon ♥


Når uran-235 fisjonerer (spaltes) så kan den dele seg på mange forskjellige måter, men en typisk måte den gjør det på er at den blir truffet av et nøytron, og så blir den til rubidium-93 og cesium-141 og 2 nøytroner. Som jeg sa på søndag så er det sånn at masse kan bli til energi, og så sa jeg at når en kjerne fisjonerer så er det nettopp slik at noe av massen ("vekten") faktisk blir gjort om til energi. For å se at det stemmer så må vi vite hva alle disse tingene veier før og etter at fisjonen skjer.

Før fisjon så har vi massen til uran-235 og ett nøytron, og etter fisjon så blir det massen til rubidium-93 og cesium-141 og to nøytroner. Ett nøytron veier \(1.675 \cdot 10^{-27}\) kg og uran-235 veier \(390.173 \cdot 10^{-27}\) kg, til sammen veier de \(391.848 \cdot 10^{-27}\) kg. Rubidium-93 veier \(154.248 \cdot 10^{-27}\) kg, cesium-141 veier \(233.927 \cdot 10^{-27}\) kg, og med to nøytroner blir massen \(391.525 \cdot 10^{-27}\) kg til sammen. Vi ser det allerede nå: Det er ikke samme vekt før og etter at uranet har delt seg, og selv om forskjellen ikke er stor så er den superviktig. Forskjellen på massen før og etter \(391.848 \cdot 10^{-27}-391.525 \cdot 10^{-27}=0.323 \cdot 10^{-27}\)kg.

Nå som vi vet hvor stor masse som har blitt "borte" når uranet fisjonerte kan vi bruke Einsteins formel og regne ut hvor mye energi man får når dette skjer:

E =\(0.323 \cdot 10^{-27} \cdot 3\cdot10^8\cdot3\cdot10^8\) = \(2.907 \cdot 10^{-11} \)Joule.

Det er ikke mye energi på bare ett atom, men så er det ganske mange fler enn bare ett atom som fisjonerer hvert eneste sekund også, da 😉 Hvis man sammenlikner den energien man får fra én sånn fisjonsreaksjon så er den ca 10-50 MILLIONER ganger større enn den energien man får når man feks brenner kull!

(Dette bildet har selvsagt ingenting med saken å gjøre, men jeg syns det er et skikkelig "vakkert" bilde av Anders og meg, som minner meg om favorittårstiden og et av mine favorittsteder i hele verden ♥ Dessuten så er det bilde av noe som brenner, som altså gir VELDIG mye mindre energi enn fisjon :))


Energien som kommer fra fisjon blir brukt på at fisjonproduktene  (i dette tilfellet er det rubidium og cesium) og nøytronene fyker fra hverandre, gammastråling i fisjonsøyeblikket (som jeg jobbet med i doktograden 😀 ), antinøytrinoer, betastråling fra fisjonsproduktene (disse er som regel veldig radioaktive), og gammastråling fra fisjonsproduktene. Størstedelen av energien går til å få fisjonproduktene til å fyke fra hverandre (70-80% av den total energien).

Og sånn er det. Håper dere ble enda litt klokere på både Einsteins berømte likning, og fisjon ♥

Denne ukens formelfredag MÅ jo bli en liten oppsummering av forelesningen jeg holdt i nukleær teknologi tidligere i dag: Firefaktorformelen (som ved en feil først ble skrevet Fire4faktorformelen nå - og det er vel nesten sånn jeg burde fortsette å skrive den 😛 ). Vi bretter opp ermene, selv om det er fredag, og går rett på sak!

 

- oppskrift -

Firefaktorformelen er, som det vel nesten sier seg selv, en formel som består av fire faktorer - altså fire forskjellige tall/verdier som ganges sammen (faktorer er ting som ganges sammen). Den er enkel og grei på formen, og ikke vanskelig å bruke i det hele tatt, og den ser sånn ut:

og med ord så blir det k uendelig \((k_\infty)\) er lik epsilon \((\epsilon)\) ganget med p ganget med f ganget med eta T \((\eta_T)\), for det står et usynlig gangetegn mellom faktorene, som man vanligvis ikke skriver. Jeg har faktisk ikke vært konsekvent på om jeg skriver gangetegn eller ikke her på bloggen innser jeg, for forrige ukes strekning og fart og tid skrev jeg med gangetegn, mens formelfredag for to uker siden, som handlet om Newtons andre lov, skrev jeg uten gangetegn... Vel vel, da er det i alle fall forklart, og det er lov å skrive uten å ta med gangetegnet 🙂

 

- hva det betyr -

På venstre siden av likhetstegnet står k uendelig, og dette kalles for nøytron-multiplikasjonsfaktoren (for en uendelig stor reaktor). For å holde tunga rett i munnen: nøytron-multiplikasjonsfaktoren forteller om det blir flere eller færre nøytroner i en reaktor, så det er altså forholdet mellom hvor mange nøytroner som fins etter den nåværende generasjonen med fisjon sammenliknet med hvor mange det var i forrige generasjon.

Hvis k er større enn 1 så betyr det at det skjer mer og mer fisjoner i brenselet, og reaktoren løper løpsk. Hvis k er akkurat 1 (som den skal) så er reaktoren kritisk, og det betyr at den er balansert og alt er fint og flott, og det er like mye fisjon som skjer hele tiden. Hvis k er mindre enn 1 så betyr det at det skjer mindre og mindre fisjon i brenselet, og hele kjedereaksjonen slutter og reaktoren skrur seg av.

På høyre side av likhetstegnet står det først \(\epsilon\), som er hvor mange nøytroner som vil gå rett og gi rask fisjon (fast fission factor), og dermed flere nøytroner totalt sett. Neste  faktor er p, som er hvor mange nøytroner som blir spist opp av brenselet mens de egentlig skal bremses ned (resonance escape probability), så her blir det færre nøytroner. Faktor nummer tre er f, som forteller hvor mange termiske nøytroner som faktisk blir spist opp - så selv om nøytronene har overlevd til den energien som gir høyest sannsynlighet for fisjon så vil allikevel en god del bli spist opp i ikke-brensel (thermal utilization). Til slutt er det \(\eta_T\), som forteller hvor mange nøytroner man får for hvert nøytron som treffer en spaltbar kjerne, altså som treffer en kjerne i det som faktisk er brensel.

- fremgangsmåte -

Hvis vi starter med 1000 nøytroner, så skal det fortsette å være 1000 nøytroner totalt etter hver eneste generasjon med fisjoner i brenselet.

Eta kan feks være 1.04. Det betyr at det blir 1000 nøytroner ganget med 1.04 = 1040 nøytroner. Videre kan p være 0.8, som gjør at av de 1040 nøytronene er det bare 1040*0.8 = 832 som overlever det å bli bremset ned til lav energi. De andre blir "spist opp" av uran-238 (hovedsakelig) på veien. Deretter kan f være 0.799, som betyr at 832*0.799 = 655 - altså at det er 655 nøytroner som faktisk gir fisjon i brenselet. De andre nøytronene (832-655 = 167) blir "spist opp" av kjølevæske og kontrollstaver og uran-238 (forskjellen fra den forrige faktoren er at nå er det snakk om de nøytronene som har fått riktig energi, mens den forrige faktoren handler om hva som skjer på veien fra høy energi til riktig, lav energi), som altså ikke fisjonerer. Den siste faktoren er \(\eta_T\), som forteller hvor mange nøytroner som kommer ut for hvert nøytron som går inn i en fissil kjerne (altså uran-235). \(\eta_T\) er faktisk ikke det det samme som hvor mange nøytroner man får fra hver eneste fisjon, for \(\eta_T\) tar også med i beregningen at en liten del av de nøytronene som treffer uran-235-kjernen vil bli spist opp, og noen vil gjøre andre ting. Hvis \(\eta_T\) = 2.02 blir det 655*2.02 = 1323 nøytroner.

1323 er åpenbart mer enn de 1000 som var til å begynne med, så det kan virke som om de tallene jeg har satt opp gir en kjedereaksjon som løper løpsk. MEN! Firefaktorformelen tar ikke med en siste, viktig faktor - nemlig hvor mange nøytroner som forsvinner ut av reaktoren (det er ikke så lett å passe på alle nøytronene hele tiden). Det er det som ligger i \(k_\infty\), altså en uendelig stor reaktor - for hvis reaktoren er uendelig stor vil jo heller ingenting noensinne kunne forsvinne ut av den. I vikeligheten er selvsagt ingen reaktor uendelig stor, og man må derfor også ta med at en viss del av nøytronene som produseres vil forsvinne.

Hvis sannsynligheten for at nøytronene skal bli i reaktoren er 0.7559 (det vil si 75.59%), eller, sagt på en annen måte 24.41% av alle nøytronene forsvinner ut av reaktoren, og da er de bare tapt :/ Når vi trekker fra de 24.41% som forsvinner, så sitter vi igjen med like mange nøytroner som vi startet med, og kjedereakjsonen er balansert og kritisk og veldig fin ♥


 

Bildet under viser nettopp forskjellen på en kritisk kjedereaksjon til høyre - altså at én fisjon i gjennomsnitt gir én ny fisjon, mens det er en overkritisk kjedereaksjon til venstre - altså at én fisjon gir feks tre nye fisjoner og hver av dem gir tre nye igjen...

PS: Et kjernekraftverk kan aldri eksplodere som en atombombe! Altså, den kjedereaksjonen som skjer i et kjernevåpen kan ikke skje i et kjernebrensel 🙂

PPS: Goood helg nydelige mennesker ♥♥♥

1

As we were approaching the Tenerife airport yesterday, I suddenly remembered something... 
The thing is, I have this weird fascination for accidents and catastrophes (Titanic, bombings of Hiroshima and Nagasaki, the Chernobyl accident, and more or less all accidents from "air crash investigation ") - which is probably one of the main reasons I was interested in nuclear physics in the first place. If you're like me, you might know which thing, or accident, I came to think about as we were approaching the airport? It was of course the Tenerife accident of March 1977, involving two Boeing-747, that crashed at the runway, killing close to 600 people. If you're weird like me, you probably don't think I'm completely crazy for googling the accident. (If you're not like me, you might think I'm insane for reading all I could find about the deadliest air crash ever, just before I'm about to go on a six hours flight :v )
First I found a very interesting and well written article, but after I had read this, and still wanted more, I kept scrolling, and suddenly I saw the two words depleted uranium. I don't think it was from the most serious web page ever, but I was inspired by it to make ten facts about this mysterious material - check fact number 10 for why the Tenerife air crash and depleted uranium have anything to do with each other:

  1. depleted uranium is what you get when you take natural uranium, and you enrich it to get enriched uranium for nuclear fuel - the "waste" from this process is the depleted uranium (natural uranium minus enriched uranium equals depleted uranium, to sort of make into an equation <3) reason why it's called "depleted" is that it's depleted in the fissile uranium-235 
  2. natural uranium is made by uranium-238, uranium-235, and uranium-234. The uranium-238 isotope makes up 99.275%, uranium-235 is 0.72%, and uranium-234 is just 0.0054%. Depleted uranium is made up by typically 99.799% uranium-238, 0.2% uranium-235, and 0.001% uranium-234
  3. depleted uranium is often called just DU
  4. it's the least radioactive kind of uranium: depleted uranium is less radioactive than natural uranium - meaning it's close to not radioactive at all. Uranium-238 has an activity of 12 445 Bequerels per gram, uranium-235: 80 011 Bequerels per gram, and uranium-234: 231 million Bequerels per gram. The total activity of natural uranium is therefore: 25 280 Bequerel from 1 gram (meaning that 25 280 atoms of the uranium - either 234, 235, or 238 is changed into another atom every second :D), and the activity of depleted uranium is about half the activity: typically 14 600 Bequerels per second. (Don't be fooled by long halflifes - the longer the halflife, the less radioactivity... Activity/radioactivity sort of tells us how fast a material is turning into something stable: if the radioactivity is very high, the halflife is short. If it's very very low, the halflife is long. Uranium-238 has a halflife of 4.5 billion years, and is not at all very radioactive.)  
  5. the gamma dose rate from a 30 mm DU-bullet (of 271 grams) at a distance of 1 m is 7 nano sieverts per hours, which is almost not distinguishable from the normal background radiation of typically 100 nano sieverts per hour. If you take 10 kg of DU and disperse it over 1000 m2 the result is a gamma dose rate of 4 micro sieverts per year (the average background radiation from gamma in Norway is 0.5 milli sieverts)
  6. DU is extremely dense, and therefore very heavy. Natural uranium is already a metal of high density, with 18.9 g/cm3, and DU is even more dense: 19.1 g/cm3 - making it almost 70% denser than lead 
  7. because of the extreme density, it's used as ammunition; since a projectile made from DU has a bigger kinetic energy than if it were made by lead, and therefore it will penetrate or destroy almost anything. Also, if a DU bullet hits a tank, all the energy that it's carrying will turn it into dust, and the heat generated will make it burn. If you're in a tank that's hit by a DU projectile - it's not exactly the radioactivity you should fear...
  8. DU is actually the best kind of shielding you can make to protect yourself against gamma- or X-rays. It's even better than lead, since uranium has 92 protons in the nucleus, compared to only 82 in lead. (You could also shield with natural uranium, but since natural uranium has more of the uranium-235 isotope than depleted uranium, and 235 is more radioactive than 238 and DU, you would rather use DU than natural uranium)
  9. uranium (thus also depleted uranium) is a heavy metal, like lead, and this fact is the main reason it's not very healthy - not the radioactivity. You take natural uranium, and make into something that's about half as radioactive as it already was. It's not like you make a new radioactive material. 
  10. depleted uranium is also used as counterweight in airplanes like the Boeing-747; that carries around 250 kg of DU. I didn't know this until I started reading all I could find about the 1977 Tenerifie aircrash. I definitely learned something new, and now I want to learn more about counterweights 🙂
Luckily we got home safely after a great week of vacation, and I think I'm ready for a couple of very busy months. I've made a nice plan for this week, that includes talking about cold fusion on the radio tomorrow. Sorry I haven't been "here" last week, but I needed the vacation, and Alexandra needed her mother to be there, on vacation with her, and not on the cell or the computer all the time...:)

...and figures.

And tables!

FML.
No, I'm joking, obviously, but my arms and my back hurt, and my head feels like it weighs a ton. And my eyes are dry and sore. And I'm going back and forth with respect to how to best represent my data and my results - and what to put in this article, and what to put in the next article (and I do remember, very well, that I was accused of self plagiarism one and a half year ago, and I'm of course very scared that someone will accuse me of something like this again, unless I'm extremely careful...:/)
I guess this is #phdlife <3

4

Since I wrote about my feelings about programming on Thursday, I got some comments and questions about how and why; which can be totally ok, but also a little annoying if it's more like "why on earth are you so stupid you're trying to do anything in C++" (no one said exactly that, it's just an example of a not very constructive comment). Like my friend, Anders (not my boyfriend, but my friend who is a boy - haha), said: "With programming you can do everything! (Except for saying out load which language you are using without someone telling you it's wrong.)"
Telling me stuff like "you have to hate yourself for choosing C++" is not exactly helping me (or anyone really), right? I didn't wake up one day and say to my self "hey, I think I want to program C++ for no reason what so ever - just because I enjoy feeling stupid". I need C++. So it's a little bit like telling your kid who is doing his/her algebra homework "you must really enjoy feeling stupid since you're doing this algebra stuff - you should work on statistics instead".
I love getting constructive comments or critique, but some comments are just making me feel more stupid than before (like: not only am I not managing the programming stuff, I'm also an idiot for trying to learn what I am learning...).
So I thought, today I want to give you ten FACTS about experiments and data analysis here at the nuclear physics group in Oslo - which is the main reason why I need any knowledge of programming these days. This is probably the geekiest (and perhaps most "technical") facts post I've had so far...but sometimes you have to be a little geeky, right? 😉
  1. The material we want to study can be almost anything - for example uranium, gold, nickel, molybdenum, iron, dysprosium, thorium or plutonium (these are just some examples of what we have experimented with the last couple of years)
  2. We make a tiny foil - a target - from the material (almost the size of a small coin), and put this inside all of our detectors
  3. There are always at leas two types of detectors for the experiments: Sodium Iodide detectors (they measure gamma rays), and Silicon detectors (they measure particles)
  4. The Sodium Iodide detectors are called CACTUS (cause it really looks like a cactus) <3 
  5. Sometimes we use more detectors than the gamma detectors (CACTUS) and the particle detectors - for example fission detectors (we used that for my uranium experiment, since uranium-233 fissions like crazy 😛 )
  6. To study the nuclei in the material we bombard the target with tiny particles; protons, deuterons (a proton and a neutron), helium-3 (two protons and one neutron), or helium-4 (two protons and two neutrons - same as an alpha particle 😀 )
  7. When a particle hits a nucleus in our target material, the nucleus gets some extra energy (sort of like it gets heated); then a particle goes out (it can be the same that went in, or it can be another one), and the target nucleus cools again, by sending out gamma radiation
  8. The different detectors will detect the different kind of stuff that comes out from the reaction in the target: the gamma detectors detect the gammas, the particle detectors detect the particles (protons, deuterons, helium-3, or alphas), and the fission detectors detect fission - the detection of all these thing are what we talk about as our data
  9. Data from the experiments we are performing in Oslo (like my uranium experiment) is typically 10-100 Giga Bytes - so it's kind of a lot 
  10. To sort all of these data we need codes/programs that go through everything and checks if there for example was a particle and a gamma that came out of the target at the same time, or maybe it was a particle and a gamma and a fission product, and what were the energie
    s of all this; the particles and the gammas - on the lucky side I don't have write theses sorting codes from scratch, on the other side I have to try to understand someone else's code and logic, which is not always very easy (when I don't understand I'm always sure it's because I'm stupid :/ )
- CACTUS <3 -
The sorting codes, and everything else I'm working on is written in C++, and that's the reason why that's the language I'm working on.
Happy Monday to everyone!