Az atomok energiát nyerhetnek vagy veszíthetnek, ha egy elektron magasabb pályáról alacsonyabb pályára mozog az atommag körül. Az atommag feldarabolása azonban sokkal több energiát szabadít fel, mint az energia, amikor az elektronok magasabb pályáról visszatérnek az alacsonyabb pályára. Ez az energia felhasználható pusztító célokra, vagy biztonságos és termelékeny célokra. Az atom feldarabolását maghasadásnak nevezik, ezt a folyamatot 1938 -ban fedezték fel; Az atomok hasadásban történő ismételt felosztását láncreakciónak nevezzük. Bár sok embernek nincs felszerelése ehhez, ha kíváncsi a hasítási folyamatra, itt egy összefoglaló.
Lépés
Rész 1 /2: Alapvető atomhasadás
1. lépés. Válassza ki a megfelelő izotópot
Néhány elem vagy izotópja radioaktív bomláson megy keresztül. Azonban nem minden izotóp egyenlő a könnyű hasítás szempontjából. Az urán leggyakrabban használt izotópja, atomtömege 238, amely 92 protonból és 146 neutronból áll, de magja hajlamos a neutronok elnyelésére anélkül, hogy más elemek kisebb magjaira hasadna. Az urán izotópja, amely három neutronnal kevesebb, 235U, sokkal könnyebben hasítható, mint az izotópok 238U; Az ilyen izotópokat hasadóanyagoknak nevezik.
Egyes izotópok nagyon könnyen lehasíthatók, olyan gyorsan, hogy a folyamatos hasadási reakció nem tartható fenn. Ezt spontán hasadásnak nevezik; plutónium izotóp 240A Pu példa erre az izotópra, ellentétben az izotóppal 239Pu lassabb hasadási sebességgel.
2. lépés. Szerezzen be elegendő izotópot annak biztosítására, hogy a hasadás az első atomhasadás után is folytatódjon
Ehhez bizonyos minimális mennyiségű izotóp anyagot kell felhasítani, hogy a hasadási reakció megtörténjen; Ezt az összeget nevezzük kritikus tömegnek. A kritikus tömeg megszerzése forrásanyagot igényel az izotóp számára, hogy növelje a hasadás előfordulásának esélyét.
Néha szükség van a hasított izotóp anyag relatív mennyiségének növelésére a mintában annak biztosítása érdekében, hogy folyamatos hasadási reakció léphessen fel. Ezt dúsításnak nevezik, és több módszer is létezik a minta gazdagítására. (Az urán dúsítására használt módszereket lásd a wikiHow How to Urán dúsítása című részben.)
3. lépés: A széteső izotópanyag magját többször lőjük szubatomi részecskékkel
Egyetlen szubatomi részecske megütheti az atomokat 235U, egy másik elem két külön atomjára osztva három neutront szabadít fel. Ezt a háromféle szubatomi részecskét gyakran használják.
- Proton. Ezek a szubatomi részecskék tömege és pozitív töltése van. Az atomban lévő protonok száma határozza meg az atom elemét.
- Neutronok. Ezek a szubatomi részecskék proton tömegűek, de nincs töltésük.
- Alfa részecskék. Ez a részecske a hélium atommagja, a körülötte forgó elektronok része. Ez a részecske két protonból és két neutronból áll.
2/2. Rész: Atomhasadási módszer
1. lépés. Lődd le ugyanazon izotóp egyik atommagját (magját) egy másikra
Mivel a gyenge szubatomi részecskék nehezen haladnak át, gyakran erőre van szükség a részecskék atomjaikból való kiszorításához. Ennek egyik módja az, hogy egy adott izotóp atomjait ugyanazon izotóp más atomjaira lőjük.
Ezzel a módszerrel készítették az atombombát 235U lezuhant Hirosimára. Fegyverek, például uránmagú fegyverek, amelyek atomokat lőnek 235U az atomon 235A másik U olyan nagy sebességgel hordozza az anyagot, hogy a felszabaduló neutronok az atommagba ütköznek 235másik U és megsemmisíti. Az atomok szétválásakor felszabaduló neutronok felváltva üthetik és hasíthatják az atomot 235más U.
2. lépés Szorítsa össze szorosan az atommintát, közelebb hozva egymáshoz az atomi anyagot
Néha az atomok túl gyorsan bomlanak ahhoz, hogy egymásra lőjenek. Ebben az esetben az atomok közelebb hozása megnöveli annak esélyét, hogy a felszabadult szubatomi részecskék más atomokat ütnek és hasítanak.
Ezzel a módszerrel hozták létre az atombombát 239Pu leesett Nagaszakira. A plutónium tömegét közönséges robbanások veszik körül; robbanáskor a robbanás megmozgatja a plutónium tömeget, hordozva az atomokat 239Pu úgy közelít, hogy a felszabaduló neutronok továbbra is ütik és hasítják az atomokat 239más pu.
3. lépés. Lézersugárral gerjesztjük az elektronokat
A petawatt lézer fejlesztésével (1015 watt), ma már lehetséges az atomok felosztása lézersugárral a radioaktív anyagot körülvevő fém elektronjainak gerjesztésére.
- A kaliforniai Lawrence Livermore Laboratóriumban végzett 2000 -es vizsgálat során az uránt aranyba csomagolták, és réz tégelybe helyezték. 260 joule -os infravörös lézersugár impulzus érinti a burkot és a házat, izgalomba hozva az elektronokat. Amint az elektronok visszatérnek normális pályájukra, nagy energiájú gamma-sugárzást bocsátanak ki, amely behatol az arany- és rézmagba, neutronokat szabadítva fel, amelyek áthatolnak az aranyréteg alatti uránatomokon, és szétválasztják őket. (Az arany és a réz is radioaktívvá vált a kísérlet eredményeként.)
- Hasonló vizsgálatokat végeztek az Egyesült Királyság Rutherford Appleton Laboratóriumában 50 terawatt (5 x 10) felhasználásával12 watt) lézer, amely egy tantállemezt céloz meg, mögötte különféle anyagok: kálium, ezüst, cink és urán. Ezen anyagok atomjainak egy részét sikeresen szétválasztották.
Figyelem
- Bizonyos túl gyors izotópok bizonyos hasadása mellett a kisebb robbanások elpusztíthatják a hasadóanyagot, mielőtt a robbanás eléri a várt tartós reakciósebességet.
- Mint minden más berendezésnél, kövesse az előírt biztonsági eljárásokat, és ne tegyen kockázatosnak tűnő dolgokat. Légy óvatos.
