KESKUSTELU

Luonnonuraanin U-235 -pitoisuus on nykyään niin matala että se ei riitä ylläpitämään ketjureaktiota missään realistisessa geometriassa (kriittinen massa ääretön). Reaktorissa neutroneita pitää hidastaa termiselle energia-alueelle, ja jos polttoaineena käytetään luonnonuraania, niin hidastamiseen tarvitaan aika eksoottisia aineita, kuten raskasta vettä tai erittäin puhdasta grafiittia. Maapallon ytimessä näitä aineita ei varmasti esiinny, vaikka uraania löytyisikin. Hiiltä saattaa timantin muodossa löytyä, mutta aika scifiksi menee.

Luonnossa miljardeja vuosia sitten toimineet fissioreaktorit perustuivat siihen että uraanin U-235 -pitoisuus oli tuolloin korkeampi (U-235 hajoaa nopeammin kuin U-238). Jotain teorioita olen lukenut siitä että maapallon sisällä olisi käynnissä joko uraani-plutonium -tai torium-uraani-hyötöreaktorikiertoon perustuva ketjureaktio, mutta aika mielikuvitukselliselta tuo ajatus vaikuttaa. Mielestäni aiheesta oli jossain vaiheessa lyhyt keskustelu tälläkin foorumilla.

Ei oikeastaan sellaista mitä ei olisi tässä ketjussa jo joku toinen tuonut ilmi. Yleisesti ottaen gammasäteily aiheuttaa ulkoista, ja alfa- ja beta-säteily sisäistä annosta. Alfa- ja beta-hajoamisessa syntyy yleensä myös gammasäteilyä.

Voimakkaaseen gammasäteilyyn ei kovin helposti törmää, sillä se vaatii aika suuren aktiivisuuden (esim. käytetty ydinpolttoaine tai erityiset säteilylähteet). Alfa- ja beta-altistuksessa on kyse enemmän siitä että radioaktiivista ainetta päätyy kehoon sisälle (radonia keuhkoihin, jodia kilpirauhaseen, kesiumia luuytimeen), jossa se aiheuttaa paikallisen annoksen. Erityisesti alfasäteily on siinä mielessä ongelmallista että sen kantama on niin lyhyt että energia absorboituu kokonaisuudessaan pieneen osaan kudosta ja aiheuttaa siellä paljon vauriota.

Radonista sen verran että suurin ongelma lienee yksinkertaisesti se että aine on kaasumaisessa olomuodossa. Uraanin ja toriumin hajoamisketjujen radioaktiivisuus pysyisi paremmin kallioperässä jos kaikki hajoamistuotteet olisivat kiinteitä. Aineita liukenee tietysti myös pohjaveteen.

Joku kommentoi Po-210 -isotoopista että ainetta oli löytynyt ympäri Lontoota sen venäläisagentin myrkytyksen jälkeen. Tässä kannattaa kuitenkin huomata se kuinka radioaktiivisesta aineesta tuossa on kyse. Milligramma Po-210:aa sisältää radioaktiivisuutta yhtä paljon kuin 10 tonnia uraania. En tiedä miten suuresta määrästä myrkytyksessä oli kyse, mutta lukujen pienuus saattaa hämätä. Radioaktiivisuus pystytään havaitsemaan pienissäkin pitoisuuksissa silloin kun sitä ymmärretään etsiä, eikä ihmiskeho ole mikään suljettu systeemi joka pitäisi kaiken sisällään. Luonnossa esiintyvät Po-210 -pitoisuudet ovat tietysti vielä paljon pienempiä.

Korjaus vielä edelliseen... Kriittinen massa ei siis ole ääretön, vaan sitä ei yksinkertaisesti ole, sillä ääretönkään massa luonnonuraania ei pystyisi ylläpitämään ketjureaktiota.

Näin varmaan, kun on kyse ihmisen suunnittelemasta ja kontrolloimasta fissioreaktiosta tai lähellä maan pintaa niukoilla uraanimäärillä toimivissa luonnonreaktoreissa.

U-238 hajoaa, kunhan neutronilla on tarpeeksi suuri nopeus. U-235 kontribuutiota ei silloin tarvita. Meidän tulee nyt lähteä niistä olosuhteista, jotka vallitsevat Maapallon sisäosissa: suuri paine ja suuri kuumuus, joiden tarkka kvantiteetti tuntematon. Niissä olosuhteissa on täysin mahdollista, että neutroneilla on tarvittava nopeus. Rauta ja muut mahdolliset metallit voivat aivan hyvin toimia hidastimina, jos sitä niissä olosuhteissa edes tarvitaan.

Alkumaapallon aikaan on U-235 ollut enemmän, reaktio on silloin ollut kiivaampi, ehkä silloin on hidastimia tarvittu.

U-238:n fission kynnysenergia on n. 1 MeV. Suurin osa fissiossa syntyneistä neutroneista syntyy tämän kynnyksen alle. Vaikka meillä olisi ääretön määrä U-238 ytimiä fissioitavaksi, neutroneita ei yksinkertaisesti syntyisi riittävästi ketjureaktion ylläpitämiseen. Paineella ja kuumuudella ei ole minkäänlaista reaktiota kiihdyttävää vaikutusta.

Neutronien hidastaminen pienentää U-238:n fissioiden määrää ja kasvattaa U-235:n fission todennäköisyyttä, mutta isotoopin pitoisuus ei ole riittävä ketjureaktion ylläpitämiseksi jos neutroneita hukkuu prosessissa. Raskaan veden ja grafiitin erityisominaisuus on se että ne eivät juurikaan absorboi neutroneita. Raudalla ja muilla metalleilla ei tätä ominaisuutta ole.

Niin, ja hidastimet siis liittyvät neutronien, ei ketjureaktion hidastamiseen. Jos uraanin U-235 -pitoisuus on alle 5%, ketjureaktiota on mahdoton saada käyntiin ilman neutronien hidastamista termiselle energia-alueelle. Tällaisessa systeemissä hidastin ylläpitää, ei hillitse ketjureaktiota.

Fissioreaktiossa muodostuu myös sähkömagneettista säteilyä ja tarpeeksi suuri kuumuus tuo asiaan oman energiapanoksensa. Olosuhteet Maapallon sisäosissa voivat olla sellaiset, että ne kaikesta huolimatta edistävät U-238 fissioreaktiota. Asioiden syy-seuraussuhteita niissä olosuhteissa ei vielä fysiikassa välttämättä edes ymmärretä.

En nyt ihan tarkkaan ymmärrä mitä tarkoitat, mutta kuumuus, paine tai fissiossa tai hajoamisreaktioissa syntyvä säteily ei millään tavalla pysty kiihdyttämään ketjureaktion kulkua tai vaikuttamaan sen ylläpitoon.

Voi olla että sekoitat nyt fissioon ja fuusioon liittyviä asioita keskenään, mutta kyse on kahdesta hyvin erilaisesta prosessista. Fissiossa on kyse neutronien fysiikasta ja vuorovaikutuksista, ja fuusiossa puolestaan kahden kevyen ytimen välisestä suorasta reaktioista. Fuusioreaktio käynnistyy auringossa korkean paineen ja reaktorissa korkean lämpötilan ylläpitämänä. Fissiossa ei vastaavaa syy-seuraussuhdetta yksinkertaisesti ole. Kun puhutaan uraanin 238-isotoopista, niin ketjureaktion käynnistymisen estää se että neutroneita ei synny tarpeeksi fission kynnysenergian yläpuolelle, eikä niitä myöskään mikään prosessi sinne kiihdytä.

OK. Kiitoksia tarkennuksista.

Toisaalta, jos uraani-238 on tarpeeksi, niin mitään ketjureaktiota ei välttämättä tarvita. Silloin riittää, että kukin uraani-238 molekyyli hajoaa luonnollisella frekvenssillään. Muodostuva kokonaislämpö kasvaa kuitenkin suureksi.

Uraanin hajoamislämpö kai onkin se perinteinen selitys. Kyse on kuitenkin alfahajoamisesta, ei fissiosta. Spontaanin fission osuus U-238:n hajoamisreaktioista on jotain prosentin kymmenestuhannesosan luokkaa.

.

Toinen asia; Radonin vaikutustavan suhteen mutuilette vain. Uskokaa nyt, että sen vaarallisuus perustuu sen hajoamistuotteisiin, jotka ovat kiinteitä. Toki kaasut liukenevat nesteisiin ja tässä on yksi tapa saada Radonia elimistöön, nimittäin porakaivovesi. Silti paljon todellisempi riski vedessäkin on liuennut Radium, jonka hajoamistuote Radon taas on.

Elikäs miten saa seliville on omassa porakaivossa tuota Radonia???
Niin ja asian sivusta sisältääkö porakaivovesi klooria?

Argonin osuus ilmakehässä on jo valmiiksi aika suuri. Jos se kasvaisi kymmeneen prosenttiin, eipä kai sillä mitään kovin mullistavia vaikutuksia olisi, paitsi ilmakehän tiheys jonkin verran kasvaisi myös. Sehän voisi helpottaa lintujen lentämistä ja vaikuttaa ilmaston toimintaan jotenkin.

On olemassa radon-mittareita ja porakaivo ei sisällä vapaata klooria. Mitäs väliä sillä muutenkaan on kloorin osalta.

Mutta voisiko olla edes periaatteessa massiivisia ilmataskuja yms. joissa elo olisi aivan toista kun jalokaasuisenilmakehänhallitsemassa tilassa?

En oikein tajua koko jalokaasuhässästä mitää kylläkään, mutta kiinnostaa kyllä esim. että voisiko olla ns. luonnostaan syntyneitä maamassoja jotka leijuisivat ilmakehässä, tätä kun on scifissäkin hieman aina silloin tällöin käsitelty. Siellä maamassojen sisällä jos olis ehkä vaikkapa jotain ilmajokia/kaasujärviä tai mitä ikinä se vaatisikaan...?

Kyllä argonia (jota ilmakehässä on jalokaasuista eniten) syntyy vieläkin kalium-40:stä. Myös Neonia muodostuu, käsittääkseni ainakin fluori-19:sta alfasäteilyn tuloksena. Ksenoniakin on tullut aikoinaan nyttemmin jo loppuun kuluneista jodin ja plutoniumin isotoopeista.