Atómy môžu získavať alebo strácať energiu, keď sa elektrón pohybuje z vyššej obežnej dráhy na nižšiu obežnú dráhu okolo jadra. Rozdelením jadra atómu sa však uvoľní oveľa viac energie ako energie, keď sa elektróny vrátia na nižšiu obežnú dráhu z vyššej. Túto energiu je možné použiť na deštruktívne účely alebo na bezpečné a produktívne účely. Štiepenie atómu sa nazýva jadrové štiepenie, proces objavený v roku 1938; Opakované štiepenie atómov pri štiepení sa nazýva reťazová reakcia. Aj keď veľa ľudí na to nemá vybavenie, ak vás zaujíma proces delenia, tu je zhrnutie.
Krok
Časť 1 z 2: Základné atómové štiepenie
Krok 1. Vyberte správny izotop
Niektoré prvky alebo ich izotopy podliehajú rádioaktívnemu rozpadu. Nie všetky izotopy sú však z hľadiska ľahkého štiepenia vytvorené rovnaké. Najčastejšie používaný izotop uránu má atómovú hmotnosť 238, pozostáva z 92 protónov a 146 neutrónov, ale jeho jadro má tendenciu absorbovať neutróny bez toho, aby sa rozdelilo na menšie jadrá iných prvkov. Izotop uránu, ktorý má o tri neutróny menej, 235Odštiepiť sa môže oveľa jednoduchšie ako izotopy 238U; Takéto izotopy sa nazývajú štiepne materiály.
Niektoré izotopy je možné štiepiť veľmi ľahko, a to tak rýchlo, že nie je možné udržať kontinuálnu štiepnu reakciu. Toto sa nazýva spontánne štiepenie; izotop plutónia 240Pu je príkladom tohto izotopu, na rozdiel od izotopu 239Pu s pomalším štiepením.
Krok 2. Získajte dostatok izotopov, aby ste zaistili, že štiepenie bude pokračovať aj po rozdelení prvého atómu
To si vyžaduje rozštiepenie určitého minimálneho množstva izotopového materiálu, aby mohla prebiehať štiepna reakcia; Toto množstvo sa nazýva kritické množstvo. Získanie kritického množstva vyžaduje zdrojový materiál pre izotop, aby sa zvýšila pravdepodobnosť vzniku štiepenia.
Niekedy je potrebné zvýšiť relatívne množstvo rozdeleného izotopového materiálu vo vzorke, aby sa zabezpečilo, že môže dôjsť k kontinuálnej štiepnej reakcii. Toto sa nazýva obohatenie a na obohatenie vzorky sa používa niekoľko spôsobov. (Metódy používané na obohatenie uránu nájdete na wikiHow ako obohatiť urán.)
Krok 3. Opakovane vystreľte jadro materiálu rozdeleného izotopu subatomárnymi časticami
Jednotlivé subatomárne častice môžu zasiahnuť atómy 235U, rozdelením na dva samostatné atómy iného prvku a uvoľnením troch neutrónov. Tieto tri typy subatomárnych častíc sa často používajú.
- Protón. Tieto subatomárne častice majú hmotnosť a kladný náboj. Počet protónov v atóme určuje prvok atómu.
- Neutróny. Tieto subatomárne častice majú hmotnosť ako protóny, ale nemajú žiadny náboj.
- Alfa častice. Táto častica je jadrom atómu hélia, súčasťou elektrónov, ktoré sa okolo neho otáčajú. Táto častica sa skladá z dvoch protónov a dvoch neutrónov.
Časť 2 z 2: Metóda atómového štiepenia
Krok 1. Vystreľte jedno atómové jadro (jadro) rovnakého izotopu na druhé
Pretože tenkými subatomárnymi časticami je ťažké prejsť, často je potrebná sila na vytlačenie častíc z ich atómov. Jedným zo spôsobov, ako to urobiť, je vystreliť atómy daného izotopu na iné atómy rovnakého izotopu.
Táto metóda bola použitá na výrobu atómovej bomby 235Padol si na Hirošimu. Zbrane, ako sú zbrane s uránovými jadrami, ktoré strieľajú atómy 235U na atóme 235Druhý U nesie materiál tak vysokou rýchlosťou, že spôsobí, že uvoľnené neutróny zasiahnu jadro atómu 235ďalšie U a znič to. Neutróny uvoľnené pri štiepení atómu sa môžu striedavo zasiahnuť a rozdeliť atóm 235iný U.
Krok 2. Pevne stlačte atómovú vzorku a priblížte atómový materiál k sebe
Atómy sa niekedy rozpadnú príliš rýchlo na to, aby na seba mohli vystreliť. V tomto prípade priblíženie atómov k sebe zvyšuje pravdepodobnosť, že uvoľnené subatomárne častice zasiahnu a rozdelia ostatné atómy.
Táto metóda bola použitá na výrobu atómovej bomby 239Pu padol na Nagasaki. Obyčajné výbuchy obklopujú hmotnosť plutónia; pri výbuchu poháňa hmota plutónia nesúca atómy 239Pu sa blíži tak, že uvoľnené neutróny budú aj naďalej zasahovať a štiepiť atómy 239ostatné pu.
Krok 3. Vybudte elektróny laserovým lúčom
S vývojom petawattového lasera (1015 wattov), je teraz možné rozdeliť atómy pomocou laserového lúča na excitáciu elektrónov v kovu obalujúcom rádioaktívnu látku.
- V teste z roku 2000 v Lawrence Livermore Laboratory v Kalifornii bol urán zabalený do zlata a umiestnený do medeného téglika. Pulz infračerveného laserového lúča s hmotnosťou 260 joulov dopadá na obálku a puzdro a vzrušuje elektróny. Keď sa elektróny vrátia na svoje normálne dráhy, uvoľňujú vysokoenergetické gama žiarenie, ktoré preniká do zlatého a medeného jadra, pričom uvoľňuje neutróny, ktoré prenikajú do atómov uránu pod vrstvou zlata a rozdeľujú ich. (Zlato aj meď sa v dôsledku experimentu stali rádioaktívnymi.)
- Podobné testy boli vykonané v Rutherford Appleton Laboratory vo Veľkej Británii s použitím 50 terawattov (5 x 1012 wattov) laser zameraný na tantalovú dosku s rôznymi materiálmi za sebou: draslík, striebro, zinok a urán. Časť atómov všetkých týchto materiálov bola úspešne rozdelená.
Pozor
- Okrem určitých príliš rýchlych štiepení určitých izotopov môžu menšie výbuchy zničiť štiepny materiál skôr, ako výbuch dosiahne očakávanú rýchlosť trvalej reakcie.
- Ako pri každom inom zariadení, dodržiavajte požadované bezpečnostné postupy a nerobte nič, čo sa vám zdá riskantné. Buď opatrný.
