Atomer kan få eller miste energi, når en elektron bevæger sig fra en højere bane til en lavere bane omkring kernen. Opdeling af atomets kerne frigiver imidlertid meget mere energi end energien, når elektroner vender tilbage til en lavere bane fra en højere bane. Den energi kan bruges til destruktive formål eller til sikre og produktive formål. Opdeling af et atom kaldes nuklear fission, en proces opdaget i 1938; Den gentagne opdeling af atomer i fission kaldes en kædereaktion. Selvom mange mennesker ikke har udstyret til at gøre dette, er du her et resumé, hvis du er nysgerrig efter delingsprocessen.
Trin
Del 1 af 2: Grundlæggende atomfission
Trin 1. Vælg den rigtige isotop
Nogle elementer eller deres isotoper undergår radioaktivt henfald. Imidlertid er ikke alle isotoper skabt ens med hensyn til deres lette spaltning. Den oftest anvendte isotop af uran har en atomvægt på 238, der består af 92 protoner og 146 neutroner, men dens kerne har en tendens til at absorbere neutroner uden at dele sig i de mindre kerner af andre grundstoffer. En isotop af uran, der har tre færre neutroner, 235U, kan være meget lettere at spalte end isotoper 238U; Sådanne isotoper kaldes fissile materialer.
Nogle isotoper kan spaltes meget let, så hurtigt, at en kontinuerlig fissionsreaktion ikke kan opretholdes. Dette kaldes spontan fission; plutonium isotop 240Pu er et eksempel på den isotop, i modsætning til isotopen 239Pu med en langsommere fissionsrate.
Trin 2. Indhent nok isotoper til at sikre, at fission fortsætter efter det første atom splittes
Dette kræver, at en vis minimal mængde isotopisk materiale spaltes op, for at fissionsreaktionen kan finde sted; Denne mængde kaldes den kritiske masse. At opnå kritisk masse kræver kildemateriale til isotopen for at øge chancerne for fission.
Nogle gange er det nødvendigt at øge den relative mængde splittet isotopmateriale i prøven for at sikre, at der kan forekomme en kontinuerlig fissionsreaktion. Dette kaldes berigelse, og der er flere metoder, der bruges til at berige en prøve. (For de metoder, der bruges til at berige uran, se wikiHow Sådan beriges uran.)
Trin 3. Skyd kernen i det splittede isotopmateriale gentagne gange med subatomære partikler
Enkelt subatomære partikler kan ramme atomer 235U, opdele det i to separate atomer af et andet element og frigive tre neutroner. Disse tre typer af subatomære partikler bruges ofte.
- Proton. Disse subatomære partikler har masse og en positiv ladning. Antallet af protoner i et atom bestemmer atomets element.
- Neutroner. Disse subatomære partikler har masse som protoner, men har ingen ladning.
- Alfa partikler. Denne partikel er kernen i heliumatomet, en del af elektronerne, der kredser om det. Denne partikel består af to protoner og to neutroner.
Del 2 af 2: Atomic Fission Method
Trin 1. Skyd en atomkerne (kerne) af den samme isotop mod en anden
Fordi svage subatomære partikler er svære at passere igennem, kræves der ofte en kraft for at tvinge partiklerne ud af deres atomer. En metode til at gøre dette er at skyde atomer af en given isotop på andre atomer af den samme isotop.
Denne metode blev brugt til at skabe atombomben 235U faldt på Hiroshima. Våben som kanoner med urankerner, der skyder atomer 235U på atom 235Den anden U, bærer materialet med så høj hastighed, at det får de frigivne neutroner til at ramme atomkernen 235et andet U og ødelæg det. Neutronerne frigives, når et atom deler sig, kan skiftes til at ramme og splitte atomet 235andet U.
Trin 2. Klem atomprøven tæt sammen, og bring atommaterialet tættere på hinanden
Nogle gange forfalder atomerne for hurtigt til at blive affyret mod hinanden. I dette tilfælde øger chancerne for, at de frigjorte subatomære partikler rammer og deler andre atomer, at bringe atomerne tættere sammen.
Denne metode blev brugt til at skabe atombomben 239Pu faldt på Nagasaki. Almindelige eksplosioner omgiver plutoniummassen; når den detonerede, driver eksplosionen plutoniummassen og bærer atomerne 239Pu nærmer sig, så de frigivne neutroner fortsat vil ramme og splitte atomer 239anden pu.
Trin 3. Spænd elektronerne med en laserstråle
Med udviklingen af petawatt -laseren (1015 watt), er det nu muligt at splitte atomer ved hjælp af en laserstråle for at excitere elektronerne i metallet, der omslutter det radioaktive stof.
- I en test fra 2000 på Lawrence Livermore Laboratory i Californien blev uran pakket ind i guld og anbragt i en kobberdigel. En puls af infrarød laserstråle på 260 joule rammer konvolutten og huset og spænder elektronerne. Når elektronerne vender tilbage til deres normale kredsløb, frigiver de høj-energi gammastråling, der trænger ind i guld- og kobberkernerne, og frigiver neutroner, der trænger ind i uranatomerne under guldlaget og deler dem fra hinanden. (Både guld og kobber blev radioaktive som følge af forsøget.)
- Lignende tests blev udført på Rutherford Appleton Laboratory i Det Forenede Kongerige ved hjælp af 50 terawatts (5 x 1012 watt) laser rettet mod en tantalplade med forskellige materialer bagved: kalium, sølv, zink og uran. En del af atomerne i alle disse materialer blev med succes delt.
Advarsel
- Ud over visse fissioner af visse isotoper, der er for hurtige, kan mindre eksplosioner ødelægge det fissionable materiale, før eksplosionen når den forventede vedvarende reaktionshastighed.
- Som med alt andet udstyr skal du følge de nødvendige sikkerhedsprocedurer og ikke gøre noget, der virker risikabelt. Vær forsigtig.
