De Vlaamsche Gids. Jaargang 30

[p. 46]

De atomische energie

VRAAGSTUKKEN voor dewelke er tot vóór kort slechts in de laboratoria belangstelling bestond, zijn plots, door de atoombom, het voorwerp der algemeene nieuwsgierigheid geworden.

Het is niet zonder eenig gewetensbezwaar dat ik mij er heb toe laten overhalen dit onderwerp hier te behandelen: Vooreerst worden bepaalde bijzonderheden omtrent deze bom om redenen van militairen aard geheimgehouden. Aan den anderen kant, is het niet mogelijk de werking van dit oorlogstuig uit te leggen zonder te spreken over dingen die hemelsbreed verschillen van degene waarmede wij door het gewone leven vertrouwd zijn. Voor dergelijke uiteenzetting past slechts de taal der moderne wiskunde, welke echter, spijtig genoeg, alleen voor een klein groepje ingewijden verstaanbaar is; doordat men er zich niet kan van bedienen, moet men noodzakelijkerwijze zijn toevlucht nemen tot benaderende uitdrukkingen en schematische voorstellingen, die niet al te woordelijk mogen opgevat worden. Ten slotte, zal ik vooraf even moeten herinneren aan enkele eenvoudige begrippen over de inwendige structuur der stof; ik verontschuldig mij hiervoor bij degenen die er van niet onwetend zijn, doch meen zulks niet te kunnen nalaten zonder hetgeen volgen moet volstrekt onbegrijpelijk te maken voor de overigen.

Sinds lang vermoedt men dat de stof niet onafgebroken is, doch integendeel bestaat uit elementen, te klein om zichtbaar te zijn en identisch in den schoot van elk enkelvoudig lichaam. Deze elementen noemt men atomen. Het is niet meer dan zestig jaar geleden dat het bestaan dezer atomen klaar uitgemaakt is geworden en men begonnen is ze te meten. Zij zijn veel kleiner dan al wat onder het bereik valt van onze zelfs door de beste microscopen geholpen zintuituigen. Een korreltje fijn zand bevat er een milliard milliarden van. Ongeveer veertig jaar geleden heeft men er zich rekenschap van gegeven dat de atomen uiterst ingewikkelde gebouwen zijn, die uit nog kleiner deeltjes samengesteld zijn. Een atoom bestaat uit een centrale kern, welke de haast volledige massa van het atoom draagt, doch slechts het tienmilliardste gedeelte van het volume er van beslaat. Rondom deze kern bevinden zich electronen, deeltjes nog duizenden malen kleiner dan de kern, met een negatieve electrische lading gelijk aan de positieve electrische lading van de kern. Zelfs in de dichtste stof overtreft het ledige het gevulde; de verhouding ziet er ongeveer uit alsof er een zestal muggen in een kathedraal zouden rondvliegen.

De electronenkrans die het atoom omgeeft is uiterst broos en het valt niet lastig er een of meer electronen uit te onttrekken; doch hierdoor brengt men geen wijziging aan de natuur van het atoom, dat zich op eigen kracht weder samenstelt ten koste van de rondzwervende electronen, die binnen zijn bereik komen, en welke het tot zich trekt dank zij de omstandigheid dat de lading zijner kern grooter geworden is dan deze van zijn electronenkrans. De kern daarentegen, beschut door haar electronen, is buitengewoon stevig. Twintig jaar lang

[p. 47]

hebben de natuurkundigen getracht ze te ontbinden, doch zonder succes. Het probleem loonde anders wel de moeite, want een kern wijzigen staat gelijk met het omzetten van een enkelvoudig lichaam in een ander, beteekent m.a.w. de verwezenlijking van den eeuwenouden droom der alchimisten. Doch benevens de belangrijkheid van het in 't verschiet liggend doel hadden de physici nog een anderen prikkel: de oplossing van het vraagstuk had er den schijn van zichzelf te willen opdringen, want, als om het te tarten, schijnen de kernen van bepaalde lichamen er een ondeugend behagen in te scheppen zich vanzelf om te zetten. Ik bedoel hier de radioactieve lichamen. Deze lichamen hebben kernen welke, zonder aanleiding van buiten uit, breken en een fragment laten ontsnappen, bestaande hetzij uit een electron, hetzij uit een kern van een heliumatoom (atoom dat viermaal zwaarder is dan dit van het waterstofgas, hetwelk het lichtste is der gekende atomen). Deze atomen verliezen zoodoende aan gewicht en na een zeker aantal heliumatomen te hebben uitgeworpen, eindigen zij met niet zwaarder te wegen dan deze van lood; alsdan houdt het proces op en gaat de ontbinding dezer atomen niet verder.

Er zijn niet meer dan een twintigtal jaren verloopen sedert men er in geslaagd is kernen van atomen op kunstmatige wijze te verbreken. Daartoe had men electriciteitsgeneratoren van verschillende honderdduizenden volt noodig. Maar slechts het dichtst bij de oppervlakte gelegen gedeelte van de kern werd zoodoende aangetast, en dan nog alleen bij de kleinste atomen en met een bespottelijk gering rendement: enkele tientallen atomen werden er in den loop van één proefneming gewijzigd. Om de diepere lagen van de kern te bestudeeren nam men alsdan zijn toevlucht tot de cosmische stralen, projectielen die veel krachtiger zijn dan al hetgeen men in de laboratoria kan bewerken: er zou een spanning van nagenoeg een milliard volt noodig zijn om ze te produceeren. Deze stralen, welke ons bereiken van ver buiten het zonnestelsel, zijn buitengewoon bevorderlijk geweest voor de verdieping onzer kennis van het binnenste der kernen.

Een tiental jaren geleden gelukte men er in een nieuw bestanddeel van de atoomkern af te zonderen, namelijk het neutron. Dit deeltje is zonder electrische lading en zijn massa staat gelijk met deze van een kern van waterstof. Doordat het niet electrisch geladen is, vermag het neutron den electronenkrans der atomen zonder moeite door te dringen. Zooals reeds aangetoond werd, is het immers niet door de plaats die zij innemen doch door hun electrische lading dat de electronen de kern beschermen: een stofdeeltje zonder electrische lading zal derhalve door den zwerm electronen trekken zonder van den rechten weg te worden afgebracht. Deze neutronen zijn zeer doelmatige projectielen om de kernen te breken, op voorwaarde dat hun snelheid niet te groot zij, want in dit geval kunnen zij door de kern trekken zonder den tijd te hebben deze te doen uiteenvallen. Op deze manier slaagde men er in, een tiental jaren geleden, de kernen der zwaarste atomen te breken, en ditmaal niet slechts enkele oppervlakkige scherven er aan te ontrukken, doch ze in twee gelijkwaardige deelen te splitsen. Men kwam alsdan tot de ontdekking dat deze twee helften niet langer als kernen

[p. 48]

leefbaar waren en enkele overtollige deeltjes bezaten. Om een ietwat simplistische vergelijking te maken, zullen wij de kern van het atoom door een pyramide knikkers laten afbeelden. Zoo wij deze pyramide in tweeën verdeelen, zal iedere halve pyramide in wankelbaar evenwicht verheeren en zullen er een aantal knikkers te gronde vallen; zoodoende verkrijgen wij twee nieuwe stabiele doch kleinere pyramiden, alsmede enkele vrije knikkers die een zekere snelheid bezitten. Zoo ook zal, indien wij een neutron afschieten op de kern van een uraniumatoom (zwaar metaal dat nogal op lood gelijkt), deze kern zich in twee kleinere kernen verdeelen en het overtollige, hetzij vier neutronen, wegslingeren. Wanneer deze neutronen op hun beurt ieder een uraniumatoom treffen, zullen er viermaal vier, hetzij zestien neutronen voortgebracht worden, en zoo voorts, wat beteekent dat het verschijnsel als een lawine in versneld tempo zal voortgaan en dat, per slot van rekening, al het uranium de transmutatie zal hebben ondergaan. Wij hebben gezien dat, om dit resultaat te bereiken, ten minste één der vier vrijgemaakte neutronen opnieuw moet gebruikt worden, maar de ondervinding leert dat een neutron ongeveer een meter afstand kan afleggen in massief uranium alvorens een kern te raken, zoo ongemeen klein zijn de kernen in verhouding tot de afstanden die hen van elkander scheiden. Derhalve zou men behoeven te beschikken over een massa uranium van ten minste twintig ton, opdat de reactie niet zou teloorgaan. Dergelijke proefneming is mogelijk, doch uiterst gevaarlijk, vermits de aldus voortgebrachte energie gelijkstaat met deze vervat in vijfhonderd millicen ton dynamiet. Zij werd nochtans voorgesteld door Frederic Joliot, enkele jaren vóór den oorlog. Zoo er geen gevolg aan gegeven werd, dan ligt de oorzaak hiervan niet, zooals men in sommige dagbladen heeft kunnen lezen, in een veto van wege de Fransche regeering, doch in de ontdekking door Joliot en zijn medewerkers van een secundair verschijnsel, dat de reactie kwam verstoren en het onmogelijk maakte deze te bewerken door middel van het oorspronkelijk bedachte eenvoudige apparaat. Men was er derhalve toe genoopt te trachten de kansen op botsing tusschen de neutronen en de kernen te vermeerderen. Dit kan verkregen worden, hetzij door de snelheid van de neutronen te verminderen, b.v. door hen te jagen door uit lichte atomen bestaande lichamen, hetzij door een ander lichaam uit te zoeken dan het normaal uranium (U 238), waarvan de kern beter door neutronen kan bewerkt worden. Bij het uitbreken van den oorlog, waren de opzoekingen deze beide richtingen uitgegaan.

De gedachte het uranium te transmuteeren was bijna gelijktijdig te Parijs, te Rome en te Berlijn ontstaan. Pas vóór den aanvang der vijandelijkheden liepen de voornaamste Italiaansche en drie op vier der voornaamste Duitsche physici met pak en zak naar het kamp van het anti-fascisme over. Ten tijde van de capitulatie van Frankrijk, keerde Joliot naar Parijs terug, na de door hem verkregen resultaten alsmede zijn medewerkers in veiligheid te hebben gebracht in Engeland; hij stelde zich oogenschijnlijk ten dienste van de Duitschers.... doch joeg hen in werkelijkheid het verkeerde spoor op.

De Engelsche en Amerikaansche laboratoria pakten alsdan de studie in

[p. 49]

vollen ernst aan, kregen de ettelijke noodige milliarden en wisten het probleem in minder dan vier jaar tijds op te lossen. Hoe kwamen zij er toe? Het geheim is goed bewaard gebleven. Al wat wij weten is dat de gebruikte lichamen het Actino-Uranium (U 235) en het Plutonium zijn, waarschijnlijk vermengd met een bepaalde hoeveelheid gewoon uranium (U 238) en met een lichaam dat remmend werkte, vermoedelijk een uit waterstof of uit deuterium (zware waterstof) samengesteld lichaam. Het Actino-Uranium is uit het uranium gehaald geweest door afwijking der geïoniseerde dampen dezes in een magnetisch veld. Sinds heeft men op groote schaal inrichtingen kunnen volmaken, die berusten op het diffusieverschil der isotopen. Wij mogen ons derhalve de atomische bom voorstellen als zijnde samengesteld als volgt: een bepaalde hoeveelheid Actino - Uranium of Plutonium - ongeveer een kilogram - is derwijze ingericht dat zij, onmiddellijk vóór het gebruik, met het tot een rem dienend lichaam automatisch kan vermengd worden; vóór het gebruik was de massa verdeeld in groepjes, door waarschijnlijk uit cadmium bestaande protektieschermen gescheiden. De detonator bestaat uit een bron van trage neutronen (radium E + berillium + zilver, b.v.) bijeengebracht en gedompeld in de massa actino-uranium op het oogenblik dat de ontploffing moet verwekt worden. Dergelijke bom maakt ongeveer twee gram vrije energie onder vorm van neutronen vrij; het zijn deze twee gram die een stad verwoesten en met nagenoeg twintigduizend ton gewone brisant-explosiefstof gelijkstaan. Zoo geweldig is deze kracht, dat er een vertragingstoestel noodig is om aan het vliegtuig toe te laten zich een vijftiental kilometer te verwijderen vooraleer de bom ontploft.

De bom wordt dus uitgeworpen, voorzien van een dubbel valscherm en van een barometrisch apparaat, dat haar op enkele honderden meters van den grond doet ontploffen. De actie der bom is drievoudig: 1^o de warmteuitstraling van de door de neutronen verhitte lucht (in de nabijheid der bom bedraagt de temperatuur milliarden graden) is voldoende om de lichamen te verbranden en alle brandbare stof in lichtelaaie te zetten; 2^o de schokgolf verwekt door de plotse uitzetting der lucht onder den invloed van deze verhitting volstaat om gebouwen kilometers ver letterlijk weg te blazen; 3^o de vrijmaking van cathodische en X-stralen veroorzaakt gevaarlijke brandwonden en kwetst of doodt de hernieuwingscentra der roode bloedbolletjes, hetgeen op enkele dagen tijds den dood door bloedarmoede kan tot gevolg hebben. Bovendien worden de door deze uitstralingen getroffen voorwerpen zelf radio-actief, zoodat de geteisterde gebieden gedurende eenigen tijd onbewoonbaar worden, doch zeer waarschijnlijk verzwakt deze radio-activiteit spoedig en wordt zij na enkele weken onbeduidend.

Kan er, benevens hun macht tot vernieling, eenige weldoende invloed van deze machines uitgaan? Op deze vraag dient, volgens mij, zonder aarzeling bevestigend geantwoord. Stippen wij eerst een onrechtstreeksche weldaad aan: de met het oog op het vrijmaken der atomische energie ondernomen opzoekingen hebben tot een nauwkeuriger kennis van de kern der atomen en van de techniek der transmutaties geleid. Het is ons voortaan mogelijk nieuwe radio-actieve

[p. 50]

lichamen tot stand te brengen die dezelfde eigenschappen bezitten als de in de therapie gebruikte produkten en die kunnen aangewend worden om ziekten zooals kanker te bestrijden; er zijn reeds zeer bemoedigende uitslagen in deze richting verkregen geweest in de Vereenigde Staten, onder meer door een jongen Belgischen geneesheer, Charles Pécher, die spijtig genoeg tijdens den oorlog is gestorven.

Aan den anderen kant is het thans, voor de eerste maal, mogelijk de atomische energie vrij te maken. Het is de taak van morgen deze energie aan banden te leggen, haar om te zetten in warmte of in electriciteit op een minder brutale wijze dan bij de ontploffing van de atoombommen. Mijns inziens, is de grootste stap gedaan; maar het zou voorbarig zijn van nu af te zeggen dat er eenige maanden of enkele tientallen jaren zullen verloopen vooraleer dit vraagstuk practisch opgelost zal zijn. Men is er reeds in gelukt van af het Uranium het element Plutonium door een kettingreaktie voort te brengen, die analoog verloopt als de ontploffing van Actino-uranium, maar ingewikkelder is. De ontbinding van ten minste één der elementen van deze reaktie geschiedt met zekere vertraging, wat toelaat het omzet-proces te remmen. Ook brengt deze reaktie niet alleen Plutonium, maar ook enorme hoeveelheden warmte voort. Wat mogen wij na afwachting van dien tijd verwachten?

Dat de atomische energie eerlang de benzine in de motoren der auto's of der gewone vliegtuigen zou kunnen vervangen lijkt mij weinig waarschijnlijk; daarentegen zullen de groote electrische centrales, de groote schepen, misschien zelfs de locomotieven en de vliegtuigen met groot vliegbereik de eerste zijn om er voordeel uit te trekken. Ongetwijfeld zal men het middel vinden om de energie van andere lichamen dan het actino-uranium op te vangen, of om er een aanzienlijker gedeelte van te gebruiken dan de twee per duizend die het huidige maximum vertegenwoordigen. Alle lichamen zijn onder dit oogpunt gelijkwaardig: de vernietiging van een gram van om het even welke stof, maakt altijd ongeveer vijf en twintig millioen kilowatt-uren vrij; de relativiteitstheorie heeft aangetoond en de ondervinding heeft bevestigd, dat de door de totale vernietiging van een bepaalde hoeveelheid stof vrijgemaakte energie gelijk is aan de energie welke noodig is om aan dezelfde massa een snelheid te geven gelijk aan deze van het licht, hetzij 300.000 km per seconde, te rekenen volgens de klassieke mechanica.

Ik ben niet van meening dat dit een gevoelige verlaging van den kostprijs der electriciteit zal teweegbrengen; het voornaamste bestanddeel van den prijs der electriciteit is immers het voor het bouwen der centrales en vooral het aanleggen van het distributienet vastgelegde kapitaal. Het groote voordeel door de atomische energie geboden is dat zij om het even waar beschikbaar is en niet langer alleen in de nabijheid van watervallen en kolenmijnen. Wellicht zal de levensstandaard in de van nu af reeds sterk geïndustrialiseerde streken hierdoor niet verhoogd worden, maar overal elders zal zulks wel het geval zijn en alle vrees voor een mogelijke uitputting der natuurlijke reserves aan brandstof wordt hierdoor weggenomen.

[p. 51]

Slaagt men er in het totaal gewicht der generatoren van atomische energie op minder dan een tiental ton te brengen, dan mag men zich verwachten aan transportvliegtuigen waarvan de snelheid en de hoogtegrens nog slechts beperkt zullen zijn door de versnelling welke de passagiers kunnen verdragen. Op een twintigtal minuten zou men zoodoende den Atlantischen Oceaan kunnen oversteken; de reis van Engeland naar Nieuw-Zeeland zou niet langer dan één goed uur duren.

In deze voorwaarden zou het ondernemen van interplanetaire reizen binnen de perken van ons zonnestelsel volstrekt geen bijkomende moeilijkheid opleveren; het zou zelfs betrekkelijk niet veel moeilijker zijn buiten die perken aanzienlijke afstanden af te leggen, aanzienlijk zelfs volgens den maatstaf der sterrekundigen. Van zoodra zij heelemaal buiten de atmosfeer geraakt zijn, namelijk op meer dan 600 kilometer hoogte, is er niets meer dat de snelheid der raket-vliegtuigen verder beperkt, tenzij de relativiteit, welke belet de snelheid van het licht te overschrijden. Daar de versnelling haar invloed op de passagiers doet gelden, zullen dergelijke groote snelheden slechts trapsgewijze kunnen bereikt worden; zoo zullen er meer dan twee weken noodig zijn om zonder gevaar voor organisch letsel de snelheid van het licht te benaderen. Doch alsdan zal er zich een nieuw verschijnsel, dat wellicht paradoxaal schijnt, voordoen: voor de passagiers zal de tijd een steeds langzamer verloop kennen, gezien van het standpunt uit van hen die op de aarde gebleven zijn: hoe lang ook de reis zal schijnen te hebben geduurd voor deze laatsten, zullen de reizigers, bij hun terugkeer, den indruk hebben slechts een weinig meer dan een maand te zijn verouderd. Zooals men ziet, is het een echte ‘machine om het gebied van den tijd te onderzoeken’, die evenwel alleen in de richting der toekomst werkt. Zulks zou het ons mogelijk maken, na een wandeling door de ruimten tusschen de sterren, terug te komen leven te midden van onze achterkleinneven. Rein utopisch, zal men zeggen. En toch staan wij er op dit oogenblik dichter bij dan wij twintig jaar geleden bij de atoombom stonden. In den loop der laatste jaren zijn er in de laboratoria voorbeelden te vinden geweest van dergelijke verwezenlijkingen. Men mag gerust van de physici verwachten dat de werkelijk door hen verkregen resultaten steeds de stoutste scheppingen der verbeelding van de schrijvers van toekomstromans in de schaduw zullen stellen.

Max G.E. COSYNS