Атомы могут набирать или терять энергию, когда электрон движется с более высокой орбиты на более низкую орбиту вокруг ядра. Однако при расщеплении ядра атома выделяется гораздо больше энергии, чем энергия, когда электроны возвращаются на более низкую орбиту с более высокой орбиты. Эту энергию можно использовать в деструктивных целях или в безопасных и продуктивных целях. Расщепление атома называется делением ядра; этот процесс был открыт в 1938 году; Повторное расщепление атомов при делении называется цепной реакцией. Хотя у многих людей нет оборудования для этого, если вам интересно узнать о процессе разделения, вот краткое изложение.
Шаг
Часть 1 из 2: Основы деления атома
Шаг 1. Выберите правильный изотоп
Некоторые элементы или их изотопы подвергаются радиоактивному распаду. Однако не все изотопы созданы равными с точки зрения легкости их расщепления. Наиболее часто используемый изотоп урана имеет атомный вес 238, состоящий из 92 протонов и 146 нейтронов, но его ядро имеет тенденцию поглощать нейтроны, не распадаясь на более мелкие ядра других элементов. Изотоп урана, у которого на три нейтрона меньше, 235U, расщепляется гораздо легче, чем изотопы 238U; Такие изотопы называют делящимися материалами.
Некоторые изотопы могут быть расщеплены очень легко, настолько быстро, что непрерывная реакция деления не может поддерживаться. Это называется спонтанным делением; изотоп плутония 240Pu является примером этого изотопа, в отличие от изотопа 239Pu с более низкой скоростью деления.
Шаг 2. Получите достаточно изотопов, чтобы гарантировать, что деление продолжится после того, как первый атом расщепится
Это требует, чтобы определенное минимальное количество изотопного материала было расщеплено, чтобы произошла реакция деления; Это количество называется критической массой. Для получения критической массы требуется исходный материал для изотопа, чтобы увеличить вероятность возникновения деления.
Иногда необходимо увеличить относительное количество материала расщепленного изотопа в образце, чтобы обеспечить возможность непрерывной реакции деления. Это называется обогащением, и есть несколько методов, используемых для обогащения образца. (О методах, используемых для обогащения урана, см. WikiHow, как обогатить уран.)
Шаг 3. Стреляйте в ядро расщепленного изотопного материала субатомными частицами несколько раз
Одиночные субатомные частицы могут поражать атомы 235U, разделив его на два отдельных атома другого элемента и выпустив три нейтрона. Часто используются эти три типа субатомных частиц.
- Протон. Эти субатомные частицы обладают массой и положительным зарядом. Число протонов в атоме определяет элемент атома.
- Нейтроны. Эти субатомные частицы имеют массу как протоны, но не имеют заряда.
- Альфа-частицы. Эта частица является ядром атома гелия, частью вращающихся вокруг него электронов. Эта частица состоит из двух протонов и двух нейтронов.
Часть 2 из 2: Метод атомного деления
Шаг 1. Стреляйте одним атомным ядром (ядром) одного и того же изотопа в другое
Поскольку тонкие субатомные частицы трудно пройти, часто требуется сила, чтобы вытолкнуть частицы из их атомов. Один из способов сделать это - стрелять атомами данного изотопа в другие атомы того же изотопа.
Этот метод был использован для создания атомной бомбы. 235U упал на Хиросиму. Оружие, такое как пушки с урановым сердечником, стреляющие атомами. 235U на атоме 235Другой U переносит материал с такой высокой скоростью, что вынуждает выпущенные нейтроны поражать ядро атома. 235другой U и уничтожьте его. Нейтроны, высвобождаемые при расщеплении атома, могут по очереди ударять и расщеплять атом. 235другие U.
Шаг 2. Сильно сожмите атомный образец, сближая атомный материал
Иногда атомы распадаются слишком быстро, чтобы стрелять друг в друга. В этом случае сближение атомов увеличивает вероятность того, что освобожденные субатомные частицы столкнутся и расщепят другие атомы.
Этот метод был использован для создания атомной бомбы. 239Пу упал на Нагасаки. Обычные взрывы окружают массу плутония; при детонации взрыв вытесняет массу плутония, унося атомы 239Pu приближается, так что выпущенные нейтроны будут продолжать ударять и расщеплять атомы. 239другой пу.
Шаг 3. Возбудите электроны лазерным лучом
С развитием петаваттного лазера (1015 ватт), теперь можно расщеплять атомы с помощью лазерного луча для возбуждения электронов в металле, окружающем радиоактивное вещество.
- В 2000 году в лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии уран был обернут золотом и помещен в медный тигель. Импульс инфракрасного лазерного луча мощностью 260 джоулей попадает в оболочку и корпус, возбуждая электроны. Когда электроны возвращаются на свои нормальные орбиты, они испускают гамма-излучение высокой энергии, которое проникает в ядра золота и меди, испуская нейтроны, которые проникают в атомы урана под слоем золота и разделяют их. (И золото, и медь стали радиоактивными в результате эксперимента.)
- Подобные тесты были проведены в лаборатории Резерфорда Эпплтона в Соединенном Королевстве с использованием 50 тераватт (5 x 1012 Вт), направленный на пластину тантала, за которой находятся различные материалы: калий, серебро, цинк и уран. Часть атомов всех этих материалов была успешно расщеплена.
Предупреждение
- В дополнение к определенным слишком быстрым делениям определенных изотопов, небольшие взрывы могут разрушить делящийся материал до того, как взрыв достигнет ожидаемой устойчивой скорости реакции.
- Как и в случае с любым другим оборудованием, соблюдайте необходимые процедуры безопасности и не делайте ничего, что кажется рискованным. Будь осторожен.
