Hur man delar en atom

Atomer kan förlora eller få energi när en elektron flyttar från en mer yttre orbital till en mer inre kring kärnan. Att dela atomkärnan släpper emellertid en mycket större mängd energi än den som genereras av elektronen som rör sig på en lägre omlopp. Atomfördelningen kallas kärnfission och en serie på varandra följande fixioner kallas en kedjereaktion. Självklart är det inte ett experiment som kan göras hemma - kärnklyvning är endast möjligt i laboratoriet eller i ett kärnkraftverk, som båda är utrustade på ett lämpligt sätt.

Metod 1

Bombard Radioactive Isotopes

Välj rätt isotop. Vissa element eller isotoper av elementen är föremål för radioaktivt sönderfall - men inte alla isotoper är desamma när klyvningsprocessen börjar. Den vanligaste uranisotopen har en atomvikt på 238, består av 92 protoner och 146 neutroner, men dess kärna tenderar att absorbera neutroner utan att dela upp i mindre kärnor av andra element. Uranisotopen med tre neutroner mindre, ²³⁵U, är mycket mer mottaglig för klyvning än ²³⁸U-den här typen av isotop kallas fissil.

När uran delar upp (utsätts för klyvning) släpper det ut tre neutroner som kolliderar med andra uranatomer och skapar en kedjereaktion.
Vissa isotoper reagerar för snabbt, med en hastighet som förhindrar underhåll av en kontinuerlig kedjeplyvning. I det här fallet talar vi om spontan klyvning - isotop av plutonium ²⁴⁰Pu tillhör denna kategori, till skillnad från ²³⁹Pu som har en lägre fissionshastighet.

Få tillräckligt med isotop för att försäkra dig om att kedjereaktionen fortsätter även efter att den första atomen har splittrats. Detta innebär att ha en minsta mängd klyvbar isotop för att göra reaktionen hållbar, det är en kritisk massa. Att nå den kritiska massan kräver en tillräcklig mängd basmaterial av isotopen för att öka chansen att få en fission.

Samla två kärnor av samma isotop. Eftersom det inte är lätt att erhålla gratis subatomiska partiklar är det ofta nödvändigt att tvinga dem ut ur den atom som de tillhör. En metod består i att atomer av en given isotop kolliderar med varandra.

Detta är tekniken som används för att skapa atombomben med ²³⁵U som lanserades på Hiroshima. Ett pistolliknande vapen orsakade atomerna kolliderar ²³⁵U med dem av en annan bit av ²³⁵U i en hastighet som är tillräcklig för att tillåta att de frigjorda neutronerna spontant träffar andra kärnor av atomer av samma isotop och delar dem. Som ett resultat har de neutroner som släppts av atomavdelningen slagit och delat andra atomer av ²³⁵U och så vidare.

Bombarda kärnorna i en fissil isotop med subatomära partiklar. En enda partikel kan slå en atom av ²³⁵U, dela den i två atomer av olika element och släppa tre neutroner. Dessa partiklar kan komma från en kontrollerad källa (såsom en neutronpistol) eller genereras av kollision mellan kärnorna. De i allmänhet använda subatomära partiklarna är tre:

Protoner: de är partiklar med en massa och en positiv laddning - antalet protoner av en atom bestämmer vilket element det är.

Neutroner: de har en massa, men ingen elektrisk laddning.

Alfa partiklar: Dessa är kärnorna av heliumatomer som är berövade av elektroner som kretsar runt dem - de är sammansatta av två neutroner och två protoner.

Metod 2

Komprimera radioaktiva material

Skaffa en kritisk massa av en radioaktiv isotop. Du behöver tillräckligt med råmaterial för att försäkra dig om att kedjereaktionen fortsätter. Kom ihåg att i ett givet prov av ett element (plutonium till exempel) finns det mer än en isotop. Se till att du har korrekt beräknat den användbara mängden klyvbar isotop som finns i provet.

Förbättra isotopen. Ibland är det nödvändigt att öka den relativa mängden fissil isotop som finns i provet för att säkerställa att en hållbar fissionsreaktion utlöses. Denna process kallas anrikning och det finns olika metoder för gör det. Här är några:

Gasdiffusion;

centrifug;

Elektromagnetisk isotopisk separation;

Termisk diffusion (flytande eller gasformig).

Kram provet tätt för att föra samman de klyvbara atomerna. Ibland rinner atomer snabbt för att bombas med varandra - i detta fall ökar komprimeringen kraftigt sannolikheten för att de frisatta subatomära partiklarna kolliderar med andra atomer. Detta resultat kan uppnås genom att använda sprängämnen för att kraftigt närma sig atomerna ²³⁹Pu.

Detta är metoden som används för att skapa bomben med ²³⁹Kan släppas på Nagasaki. Konventionella sprängämnen encased massen av plutonium och, när de detonerade, komprimerade de det genom att bringa atomerna av ²³⁹De är så nära varandra att de frigjorda neutronerna har fortsatt att bomba och dela dem.

Metod 3

Dela atomen med lasern

Sätt i det radioaktiva materialet i metallen. Sätt provet i en guldbeläggning och använd ett kopparstöd för att fixa allt på plats. Kom ihåg att både klyvbart material och metaller blir radioaktiva när fission sker.

Det exciterar elektroner med laserljus. Tack vare utvecklingen av lasrar med kraft i storleksordningen petawatt (10¹⁵ watt) är det nu möjligt att dela atomer med hjälp av laserljus för att excitera elektronerna i metallen som omsluter den radioaktiva substansen. Alternativt kan du använda ett 50 terawatt laserljus (5 x 10¹² watt) för att uppnå samma resultat.

Stoppa lasern. När elektronerna återvänder till sina orbitaler släpper de ut en hög-energi gammastrålning som tränger in i atomkärnorna av guld och koppar. På detta sätt frigör kärnorna neutronerna som i sin tur kolliderar med atomerna av uran närvarande i metallbeläggningen och på detta sätt utlöser kedjereaktionen.

tips

Denna teknik kan endast utföras i fysiklaboratorier eller kärnkraftverk.

varningar

Detta förfarande kan utlösa en storskalig explosion.
Som alltid när du använder någon typ av utrustning, respektera nödvändiga säkerhetsförfaranden och gör ingenting som ser farligt ut.
Radiationer är dödliga, bära personlig skyddsutrustning och hålla ett säkert avstånd från det radioaktiva materialet.
Att försöka utföra en kärnklyvning ut ur de utsedda platserna är olaglig.

Dela på sociala nätverk:

Relaterade