Atomii pot câștiga sau pierde energie atunci când un electron se deplasează de pe o orbită superioară pe o orbită inferioară în jurul nucleului. Cu toate acestea, divizarea nucleului unui atom va elibera mult mai multă energie decât energia atunci când electronii se întorc pe o orbită inferioară de pe o orbită superioară. Această energie poate fi utilizată în scopuri distructive sau în scopuri sigure și productive. Împărțirea unui atom se numește fisiune nucleară, un proces descoperit în 1938; Divizarea repetată a atomilor în fisiune se numește reacție în lanț. În timp ce mulți oameni nu au echipamentul pentru a face acest lucru, dacă sunteți curioși cu privire la procesul de divizare, iată un rezumat.
Etapa
Partea 1 din 2: Fisiunea atomică de bază
Pasul 1. Alegeți izotopul potrivit
Unele elemente sau izotopii lor suferă o dezintegrare radioactivă. Cu toate acestea, nu toți izotopii sunt creați egali în ceea ce privește ușurința lor de decolteu. Izotopul de uraniu cel mai frecvent utilizat, are o greutate atomică de 238, format din 92 de protoni și 146 de neutroni, dar nucleul său tinde să absoarbă neutronii fără a se împărți în nucleele mai mici ale altor elemente. Un izotop de uraniu care are trei neutroni mai puțini, 235U, poate fi mult mai ușor de despicat decât izotopii 238U; Astfel de izotopi se numesc materiale fisibile.
Unii izotopi pot fi scindați foarte ușor, atât de rapid încât o reacție de fisiune continuă nu poate fi menținută. Aceasta se numește fisiune spontană; izotopul plutoniului 240Pu este un exemplu al acelui izotop, spre deosebire de izotop 239Pu cu o rată de fisiune mai lentă.
Pasul 2. Obțineți izotopi suficienți pentru a vă asigura că fisiunea va continua după despărțirea primului atom
Acest lucru necesită o anumită cantitate minimă de material izotopic care să fie despărțit pentru ca reacția de fisiune să aibă loc; Această cantitate se numește masă critică. Câștigarea masei critice necesită material sursă pentru izotop, pentru a crește șansele de apariție a fisiunii.
Uneori, este necesar să se mărească cantitatea relativă de material izotop divizat în probă pentru a se asigura că poate avea loc o reacție de fisiune continuă. Aceasta se numește îmbogățire și există mai multe metode utilizate pentru a îmbogăți o probă. (Pentru metodele utilizate pentru îmbogățirea uraniului, consultați wikiHow How to Enrich Uranium.)
Pasul 3. Trageți nucleul materialului izotopului divizat cu particule subatomice în mod repetat
Particulele subatomice singure pot lovi atomii 235U, împărțindu-l în doi atomi separați ai unui alt element și eliberând trei neutroni. Aceste trei tipuri de particule subatomice sunt adesea folosite.
- Proton. Aceste particule subatomice au masă și o sarcină pozitivă. Numărul de protoni dintr-un atom determină elementul atomului.
- Neutroni. Aceste particule subatomice au masa ca protoni, dar nu au nicio sarcină.
- Particule alfa. Această particulă este nucleul atomului de heliu, parte a electronilor care se învârt în jurul său. Această particulă este formată din doi protoni și doi neutroni.
Partea 2 din 2: Metoda fisiunii atomice
Pasul 1. Trageți un nucleu atomic (nucleu) al aceluiași izotop în altul
Deoarece particulele subatomice sunt greu de trecut, este adesea necesară o forță pentru a forța particulele să iasă din atomii lor. O metodă de a face acest lucru este de a trage atomi ai unui izotop dat la alți atomi ai aceluiași izotop.
Această metodă a fost utilizată pentru a crea bomba atomică 235Ai căzut pe Hiroshima. Arme precum arme cu miez de uraniu, care trag atomi 235U pe atom 235Celălalt U, transportă materialul la o viteză atât de mare încât determină neutronii eliberați să lovească nucleul atomului 235un alt U și distrugeți-l. Neutronii eliberați atunci când un atom se desparte pot lua la rândul său lovirea și divizarea atomului 235alte U.
Pasul 2. Strângeți bine proba eșantionului atomic, apropiind materialul atomic
Uneori, atomii se descompun prea repede pentru a fi aruncați unul către celălalt. În acest caz, apropierea atomilor crește șansele ca particulele subatomice eliberate să lovească și să despartă alți atomi.
Această metodă a fost utilizată pentru a crea bomba atomică 239Pu a căzut pe Nagasaki. Exploziile obișnuite înconjoară masa plutoniului; când este detonată, explozia propulsează masa plutoniului, purtând atomii 239Pu se apropie astfel încât neutronii eliberați să continue să lovească și să divizeze atomii 239alte pu.
Pasul 3. Excitați electronii cu un fascicul laser
Odată cu dezvoltarea laserului petawatt (1015 wați), acum este posibil să împărțiți atomii folosind un fascicul laser pentru a excita electronii din metal care acoperă substanța radioactivă.
- Într-un test din 2000 efectuat la laboratorul Lawrence Livermore din California, uraniul a fost înfășurat în aur și plasat într-un creuzet de cupru. Un impuls de rază laser în infraroșu de 260 de jouli lovește plicul și carcasa, excitând electronii. Pe măsură ce electronii revin pe orbitele lor normale, eliberează radiații gamma de mare energie care pătrund în nucleele de aur și cupru, eliberând neutroni care pătrund în atomii de uraniu de sub stratul de aur și îi despart. (Atât aurul, cât și cuprul au devenit radioactive ca urmare a experimentului.)
- Testele similare au fost efectuate la laboratorul Rutherford Appleton din Marea Britanie folosind 50 terawați (5 x 1012 wați) laser care vizează o placă de tantal cu diverse materiale în spate: potasiu, argint, zinc și uraniu. O parte din atomii tuturor acestor materiale a fost împărțită cu succes.
Avertizare
- În plus față de anumite fisiuni ale anumitor izotopi care sunt prea rapide, explozii mai mici pot distruge materialul fisionabil înainte ca explozia să atingă rata de reacție susținută.
- Ca și în cazul oricărui alt echipament, urmați procedurile de siguranță necesare și nu faceți nimic care pare riscant. Atenție.
