Atomi lahko pridobijo ali izgubijo energijo, ko se elektron premakne z višje orbite na nižjo orbito okoli jedra. Vendar pa razcep jedra atoma sprosti veliko več energije kot energija, ko se elektroni vrnejo na nižjo orbito iz višje orbite. To energijo je mogoče uporabiti za uničevalne namene ali za varne in produktivne namene. Razdelitev atoma se imenuje jedrska cepitev, proces, odkrit leta 1938; Ponavljajoče se cepanje atomov v cepitvi imenujemo verižna reakcija. Čeprav mnogi ljudje nimajo opreme za to, je tukaj povzetek, če vas zanima postopek razdelitve.
Korak
1. del 2: Osnovna atomska cepitev
Korak 1. Izberite pravi izotop
Nekateri elementi ali njihovi izotopi se podvržejo radioaktivnemu razpadu. Vendar pa niso vsi izotopi ustvarjeni enaki zaradi njihove enostavnosti cepitve. Najpogosteje uporabljen izotop urana ima atomsko težo 238, sestavljeno iz 92 protonov in 146 nevtronov, vendar njegovo jedro ponavadi absorbira nevtrone, ne da bi se razcepilo na manjša jedra drugih elementov. Izotop urana, ki ima tri nevtrone manj, 235U, se lahko veliko lažje cepi kot izotopi 238U; Takšni izotopi se imenujejo cepljivi materiali.
Nekatere izotope je mogoče zelo enostavno razcepiti, tako hitro, da neprekinjene fisijske reakcije ni mogoče vzdrževati. To se imenuje spontana cepitev; plutonijev izotop 240Pu je primer tega izotopa, za razliko od izotopa 239Pu z počasnejšo stopnjo cepitve.
Korak 2. Pridobite dovolj izotopov, da zagotovite, da se bo cepitev nadaljevala tudi po razcepu prvega atoma
To zahteva, da se določena minimalna količina izotopskega materiala odcepi, da se izvede fisijska reakcija; Ta količina se imenuje kritična masa. Pridobivanje kritične mase zahteva izvorni material za izotop, da se poveča možnost cepitve.
Včasih je treba povečati relativno količino razcepljenega izotopskega materiala v vzorcu, da zagotovimo neprekinjeno reakcijo cepitve. To imenujemo obogatitev in za obogatitev vzorca se uporablja več metod. (Za metode obogatitve urana glejte wiki Kako obogatiti uran.)
Korak 3. Večkrat streljajte jedro razcepljenega izotopskega materiala s subatomskimi delci
Posamezni subatomski delci lahko zadenejo atome 235U, ga razdeli na dva ločena atoma drugega elementa in sprosti tri nevtrone. Te tri vrste subatomskih delcev se pogosto uporabljajo.
- Proton. Ti subatomski delci imajo maso in pozitiven naboj. Število protonov v atomu določa element atoma.
- Nevtroni. Ti subatomski delci imajo maso kot protoni, vendar nimajo naboja.
- Alfa delci. Ta delec je jedro atoma helija, del elektronov, ki se vrtijo okoli njega. Ta delček je sestavljen iz dveh protonov in dveh nevtronov.
2. del 2: Metoda atomske cepitve
Korak 1. Eno atomsko jedro (jedro) istega izotopa ustrelite na drugega
Ker je težko prehoditi tanke subatomske delce, je pogosto potrebna sila, da se delci iztisnejo iz njihovih atomov. Eden od načinov za to je streljanje atomov danega izotopa na druge atome istega izotopa.
Ta metoda je bila uporabljena za izdelavo atomske bombe 235Padel si na Hirošimo. Orožje, kot so pištole z jedri urana, ki streljajo atome 235U na atomu 235Drugi U nosi material s tako veliko hitrostjo, da povzroči, da sproščeni nevtroni zadenejo jedro atoma 235drugega U in ga uničite. Nevtroni, ki se sproščajo pri razcepu atoma, lahko izmenično udarijo in razcepijo atom 235drugi U.
Korak 2. Tesno stisnite atomski vzorec in zbližajte atomski material
Včasih atomi razpadejo prehitro, da bi lahko streljali drug na drugega. V tem primeru približevanje atomov poveča možnosti, da sproščeni subatomski delci zadenejo in razcepijo druge atome.
Ta metoda je bila uporabljena za izdelavo atomske bombe 239Pu je padel na Nagasaki. Navadne eksplozije obkrožajo maso plutonija; ko eksplodira, eksplozija poganja maso plutonija, ki nosi atome 239Pu se približuje, tako da bodo sproščeni nevtroni še naprej udarjali in razcepili atome 239drugi pu.
Korak 3. Vzbudite elektrone z laserskim žarkom
Z razvojem petawatt laserja (1015 vatov), je zdaj mogoče razdeliti atome z laserskim žarkom za vzbujanje elektronov v kovini, ki obdaja radioaktivno snov.
- V testu leta 2000 v laboratoriju Lawrence Livermore v Kaliforniji je bil uran zavit v zlato in položen v bakreni lonček. Impulz infrardečega laserskega žarka 260 joulov zadene ovojnico in ohišje ter vznemirja elektrone. Ko se elektroni vrnejo na svoje normalne orbite, sproščajo visokoenergetsko gama sevanje, ki prodira v zlato in bakreno jedro, pri čemer se sproščajo nevtroni, ki prodrejo v atome urana pod zlatno plastjo in jih razcepijo. (Tako zlato kot baker sta zaradi poskusa postala radioaktivna.)
- Podobni testi so bili izvedeni v laboratoriju Rutherford Appleton v Združenem kraljestvu z uporabo 50 teravatov (5 x 1012 vati) laser, usmerjen v tantalovo ploščo z različnimi materiali za seboj: kalijem, srebrom, cinkom in uranom. Del atomov vseh teh materialov je bil uspešno razcepljen.
Opozorilo
- Poleg nekaterih prehitrih delitev nekaterih izotopov lahko manjše eksplozije uničijo cepljivi material, preden eksplozija doseže pričakovano trajno hitrost reakcije.
- Kot pri vsaki drugi opremi upoštevajte zahtevane varnostne postopke in ne delajte ničesar, kar se vam zdi tvegano. Bodi previden.
