Атомите могат да печелят или губят енергия, когато електрон се движи от по -висока орбита към по -ниска орбита около ядрото. Разделянето на ядрото на атома обаче ще освободи много повече енергия от енергията, когато електроните се върнат на по -ниска орбита от по -висока орбита. Тази енергия може да се използва за разрушителни цели или за безопасни и производствени цели. Разделянето на атом се нарича ядрено делене, процес, открит през 1938 г.; Многократното разделяне на атомите при делене се нарича верижна реакция. Въпреки че много хора нямат оборудване за това, ако сте любопитни за процеса на разделяне, ето резюме.
Стъпка
Част 1 от 2: Основно атомно делене
Стъпка 1. Изберете правилния изотоп
Някои елементи или техните изотопи претърпяват радиоактивен разпад. Не всички изотопи обаче са създадени равни по отношение на тяхната лекота на разцепване. Най -често използваният изотоп на уран има атомно тегло 238, състоящо се от 92 протона и 146 неутрона, но ядрото му има тенденция да абсорбира неутрони, без да се разделя на по -малките ядра на други елементи. Изотоп на уран, който има три по -малко неутрона, 235U, може да бъде много по -лесно да се разцепи от изотопите 238U; Такива изотопи се наричат делящи се материали.
Някои изотопи могат да се отцепят много лесно, толкова бързо, че не може да се поддържа непрекъсната реакция на делене. Това се нарича спонтанно делене; плутониев изотоп 240Pu е пример за този изотоп, за разлика от изотопа 239Pu с по -бавна скорост на делене.
Стъпка 2. Получете достатъчно изотопи, за да сте сигурни, че деленето ще продължи и след първото разделяне на атома
Това изисква определено минимално количество изотопно вещество да бъде разцепено, за да протече реакцията на делене; Това количество се нарича критична маса. Набирането на критична маса изисква изходен материал за изотопа, за да се увеличат шансовете за възникване на делене.
Понякога е необходимо да се увеличи относителното количество разделен изотопен материал в пробата, за да се гарантира, че може да възникне продължителна реакция на делене. Това се нарича обогатяване и има няколко метода, използвани за обогатяване на проба. (За методите, използвани за обогатяване на уран, вижте уики Как да обогатите уран.)
Стъпка 3. Снимайте многократно ядрото на разделения изотопен материал със субатомни частици
Единични субатомни частици могат да ударят атоми 235U, разделяйки го на два отделни атома на друг елемент и освобождавайки три неутрона. Често се използват тези три вида субатомни частици.
- Протон. Тези субатомни частици имат маса и положителен заряд. Броят на протоните в атома определя елемента на атома.
- Неутрони. Тези субатомни частици имат маса като протони, но нямат заряд.
- Алфа частици. Тази частица е ядрото на атома на хелия, част от електроните, които се въртят около нея. Тази частица се състои от два протона и два неутрона.
Част 2 от 2: Метод на атомно делене
Стъпка 1. Изстреляйте едно атомно ядро (ядро) от същия изотоп в друго
Тъй като слабите субатомни частици са трудни за преминаване, често е необходима сила за изтласкване на частиците от техните атоми. Един от методите за това е изстрелването на атоми от даден изотоп върху други атоми от същия изотоп.
Този метод е използван за създаването на атомна бомба 235Паднахте на Хирошима. Оръжия като оръжия с уранови ядра, които изстрелват атоми 235U на атом 235Другият U, носи материала с такава висока скорост, че причинява освободените неутрони да ударят ядрото на атома 235друг U и го унищожи. Неутроните, освободени при разделяне на атома, могат да се редуват и да удрят и разделят атома 235друг U.
Стъпка 2. Стиснете плътно атомната проба, сближавайки атомния материал
Понякога атомите се разпадат твърде бързо, за да бъдат изстреляни един срещу друг. В този случай сближаването на атомите увеличава шансовете освободените субатомни частици да ударят и разделят други атоми.
Този метод е използван за създаването на атомна бомба 239Пу падна на Нагасаки. Обикновените експлозии обграждат масата на плутоний; при взрив експлозията задвижва плутониевата маса, пренасяща атомите 239Pu се приближава, така че освободените неутрони ще продължат да удрят и разделят атомите 239друго pu.
Стъпка 3. Възбудете електроните с лазерен лъч
С развитието на лазера с петават (1015 ватове), сега е възможно да се разделят атомите с помощта на лазерен лъч за възбуждане на електроните в метала, обхващащ радиоактивното вещество.
- В тест от 2000 г. в лабораторията Lawrence Livermore в Калифорния, уранът е увит в злато и поставен в меден тигел. Импулс от инфрачервен лазерен лъч от 260 джаула удря плика и корпуса, възбуждайки електроните. Когато електроните се връщат към нормалните си орбити, те освобождават гама-лъчение с висока енергия, което прониква в златните и медни ядра, освобождавайки неутрони, които проникват в атомите на уран под слоя злато и ги разделят. (И златото, и медта станаха радиоактивни в резултат на експеримента.)
- Подобни тестове бяха проведени в лабораторията на Ръдърфорд Епълтън в Обединеното кралство, използвайки 50 теравата (5 x 1012 ватове) лазер, насочен към танталова плоча с различни материали зад нея: калий, сребро, цинк и уран. Част от атомите на всички тези материали бяха успешно разделени.
Внимание
- В допълнение към някои деления на някои изотопи, които са твърде бързи, по -малките експлозии могат да унищожат делящия се материал преди експлозията да достигне очакваната продължителност на реакцията.
- Както при всяко друго оборудване, следвайте необходимите процедури за безопасност и не правете нищо, което изглежда рисковано. Бъди внимателен.
