Τα άτομα μπορούν να κερδίσουν ή να χάσουν ενέργεια όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από υψηλότερη τροχιά σε χαμηλότερη τροχιά γύρω από τον πυρήνα. Ωστόσο, η διάσπαση του πυρήνα ενός ατόμου θα απελευθερώσει πολύ περισσότερη ενέργεια από την ενέργεια όταν τα ηλεκτρόνια επιστρέψουν σε χαμηλότερη τροχιά από υψηλότερη τροχιά. Αυτή η ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για καταστροφικούς σκοπούς ή για ασφαλείς και παραγωγικούς σκοπούς. Η διάσπαση ενός ατόμου ονομάζεται πυρηνική σχάση, μια διαδικασία που ανακαλύφθηκε το 1938. Η επαναλαμβανόμενη διάσπαση των ατόμων σε σχάση ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση. Ενώ πολλοί άνθρωποι δεν έχουν τον εξοπλισμό για να το κάνουν αυτό, αν είστε περίεργοι για τη διαδικασία διαχωρισμού, εδώ είναι μια περίληψη.
Βήμα
Μέρος 1 από 2: Βασική ατομική σχάση
Βήμα 1. Επιλέξτε το σωστό ισότοπο
Ορισμένα στοιχεία ή τα ισότοπά τους υφίστανται ραδιενεργό διάσπαση. Ωστόσο, δεν δημιουργούνται όλα τα ισότοπα ίσα ως προς την ευκολία διάσπασής τους. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ισότοπο ουρανίου, έχει ατομικό βάρος 238, αποτελούμενο από 92 πρωτόνια και 146 νετρόνια, αλλά ο πυρήνας του τείνει να απορροφά νετρόνια χωρίς να διασπάται στους μικρότερους πυρήνες άλλων στοιχείων. Ένα ισότοπο ουρανίου που έχει τρία λιγότερα νετρόνια, 235U, μπορεί να είναι πολύ πιο εύκολο να διασπαστεί από τα ισότοπα 238U; Τέτοια ισότοπα ονομάζονται σχάσιμα υλικά.
Ορισμένα ισότοπα μπορούν να διασπαστούν πολύ εύκολα, τόσο γρήγορα ώστε να μην μπορεί να διατηρηθεί μια συνεχής αντίδραση σχάσης. Αυτό ονομάζεται αυθόρμητη σχάση. ισότοπο πλουτωνίου 240Το Pu είναι ένα παράδειγμα αυτού του ισότοπου, σε αντίθεση με το ισότοπο 239Pu με πιο αργό ρυθμό σχάσης.
Βήμα 2. Λάβετε αρκετά ισότοπα για να διασφαλίσετε ότι η διάσπαση θα συνεχιστεί μετά την πρώτη διάσπαση ατόμων
Αυτό απαιτεί μια ορισμένη ελάχιστη ποσότητα ισοτοπικού υλικού για να ανοίξει για να λάβει χώρα η αντίδραση σχάσης. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται κρίσιμη μάζα. Η απόκτηση κρίσιμης μάζας απαιτεί πηγή υλικού για το ισότοπο, για να αυξήσει τις πιθανότητες να συμβεί σχάση.
Μερικές φορές, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η σχετική ποσότητα διαχωρισμένου ισοτόπου υλικού στο δείγμα για να διασφαλιστεί ότι μπορεί να συμβεί μια συνεχής αντίδραση σχάσης. Αυτό ονομάζεται εμπλουτισμός και υπάρχουν αρκετές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τον εμπλουτισμό ενός δείγματος. (Για τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τον εμπλουτισμό ουρανίου, ανατρέξτε στο wikiHow Πώς να εμπλουτίσετε το ουράνιο.)
Βήμα 3. Πυροβολήστε τον πυρήνα του διαχωρισμένου ισοτόπου υλικού με υποατομικά σωματίδια επανειλημμένα
Μεμονωμένα υποατομικά σωματίδια μπορούν να χτυπήσουν άτομα 235U, χωρίζοντάς το σε δύο ξεχωριστά άτομα ενός άλλου στοιχείου και απελευθερώνοντας τρία νετρόνια. Αυτοί οι τρεις τύποι υποατομικών σωματιδίων χρησιμοποιούνται συχνά.
- Πρωτόνιο. Αυτά τα υποατομικά σωματίδια έχουν μάζα και θετικό φορτίο. Ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα άτομο καθορίζει το στοιχείο του ατόμου.
- Νετρόνια. Αυτά τα υποατομικά σωματίδια έχουν μάζα ως πρωτόνια αλλά δεν έχουν φορτίο.
- Σωματίδια άλφα. Αυτό το σωματίδιο είναι ο πυρήνας του ατόμου ηλίου, μέρος των ηλεκτρονίων που περιστρέφονται γύρω του. Αυτό το σωματίδιο αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια.
Μέρος 2 από 2: Μέθοδος ατομικής σχάσης
Βήμα 1. Πυροβολήστε έναν ατομικό πυρήνα (πυρήνα) του ίδιου ισοτόπου σε έναν άλλο
Επειδή τα αδύνατα υποατομικά σωματίδια είναι δύσκολο να περάσουν, συχνά απαιτείται μια δύναμη για να εξαναγκάσει τα σωματίδια από τα άτομα τους. Μια μέθοδος για να γίνει αυτό είναι η εκτόξευση ατόμων ενός δεδομένου ισοτόπου σε άλλα άτομα του ίδιου ισοτόπου.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία της ατομικής βόμβας 235Έπεσες στη Χιροσίμα. Όπλα όπως όπλα με πυρήνες ουρανίου, που πυροβολούν άτομα 235U στο άτομο 235Το άλλο U, μεταφέρει το υλικό με τόσο μεγάλη ταχύτητα που προκαλεί τα νετρόνια που απελευθερώνονται να χτυπήσουν τον πυρήνα του ατόμου 235άλλο U και καταστρέψτε το. Τα νετρόνια που απελευθερώνονται όταν ένα άτομο διασπάται μπορούν να χτυπήσουν και να διασπάσουν το άτομο με τη σειρά τους 235άλλα U.
Βήμα 2. Πιέστε το ατομικό δείγμα σφιχτά, φέρνοντας το ατομικό υλικό πιο κοντά
Μερικές φορές, τα άτομα διασπώνται πολύ γρήγορα για να πυροβοληθούν το ένα στο άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, η προσέγγιση των ατόμων αυξάνει τις πιθανότητες τα απελευθερωμένα υποατομικά σωματίδια να χτυπήσουν και να διασπάσουν άλλα άτομα.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία της ατομικής βόμβας 239Ο Pu έπεσε στο Ναγκασάκι. Συνήθεις εκρήξεις περιβάλλουν τη μάζα του πλουτωνίου. όταν εκραγεί, η έκρηξη ωθεί τη μάζα πλουτωνίου, μεταφέροντας τα άτομα 239Το Pu πλησιάζει έτσι ώστε τα νετρόνια που απελευθερώνονται να συνεχίσουν να χτυπούν και να διασπούν άτομα 239άλλο pu.
Βήμα 3. Διεγείρετε τα ηλεκτρόνια με μια δέσμη λέιζερ
Με την ανάπτυξη του λέιζερ petawatt (1015 watt), είναι πλέον δυνατό να διαχωριστούν τα άτομα χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο που περικλείουν τη ραδιενεργή ουσία.
- Σε μια δοκιμή του 2000 στο εργαστήριο Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια, το ουράνιο τυλίχθηκε σε χρυσό και τοποθετήθηκε σε χωνευτήριο χαλκού. Ένας παλμός υπέρυθρης ακτίνας λέιζερ 260 joules χτυπά το φάκελο και το περίβλημα, συναρπάζοντας τα ηλεκτρόνια. Καθώς τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στις κανονικές τους τροχιές, απελευθερώνουν ακτινοβολία γάμμα υψηλής ενέργειας που διαπερνά τους πυρήνες του χρυσού και του χαλκού, απελευθερώνοντας νετρόνια που διαπερνούν τα άτομα του ουρανίου κάτω από το στρώμα του χρυσού και τα χωρίζουν. (Τόσο ο χρυσός όσο και ο χαλκός έγιναν ραδιενεργοί ως αποτέλεσμα του πειράματος.)
- Παρόμοιες δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Rutherford Appleton στο Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποιώντας 50 terawatt (5 x 1012 watt) λέιζερ που στοχεύει σε μια πλάκα τανταλίου με διάφορα υλικά πίσω της: κάλιο, ασήμι, ψευδάργυρος και ουράνιο. Μέρος των ατόμων όλων αυτών των υλικών διασπάστηκε με επιτυχία.
Προειδοποίηση
- Εκτός από ορισμένες σχάσεις ορισμένων ισότοπων που είναι πολύ γρήγορες, μικρότερες εκρήξεις μπορούν να καταστρέψουν το σπάσιμο υλικό πριν η έκρηξη φτάσει στον αναμενόμενο ρυθμό σταθερής αντίδρασης.
- Όπως και με κάθε άλλο εξοπλισμό, ακολουθήστε τις απαιτούμενες διαδικασίες ασφαλείας και μην κάνετε τίποτα που φαίνεται επικίνδυνο. Πρόσεχε.
