Atomy mohou získávat nebo ztrácet energii, když se elektron pohybuje z vyšší oběžné dráhy na nižší oběžnou dráhu kolem jádra. Rozdělení jádra atomu však uvolní mnohem více energie než energie, když se elektrony vrátí na nižší oběžnou dráhu z vyšší oběžné dráhy. Tuto energii lze použít pro destruktivní účely nebo pro bezpečné a produktivní účely. Rozdělení atomu se nazývá jaderné štěpení, proces objevený v roce 1938; Opakované štěpení atomů při štěpení se nazývá řetězová reakce. Zatímco mnoho lidí k tomu nemá vybavení, pokud vás zajímá proces rozdělení, zde je shrnutí.
Krok
Část 1 ze 2: Základní atomové štěpení
Krok 1. Vyberte správný izotop
Některé prvky nebo jejich izotopy podléhají radioaktivnímu rozpadu. Avšak ne všechny izotopy jsou vytvořeny stejné, pokud jde o jejich snadné štěpení. Nejčastěji používaný izotop uranu má atomovou hmotnost 238, sestává z 92 protonů a 146 neutronů, ale jeho jádro má tendenci absorbovat neutrony, aniž by se rozdělilo na menší jádra jiných prvků. Izotop uranu, který má o tři neutrony méně, 235U, může být štěpení mnohem jednodušší než izotopy 238U; Takovým izotopům se říká štěpné materiály.
Některé izotopy lze štěpit velmi snadno, tak rychle, že nelze udržet kontinuální štěpnou reakci. Tomu se říká spontánní štěpení; izotop plutonia 240Pu je příkladem tohoto izotopu, na rozdíl od izotopu 239Pu s pomalejším štěpením.
Krok 2. Získejte dostatek izotopů, abyste zajistili, že štěpení bude pokračovat i po rozdělení prvního atomu
To vyžaduje, aby se rozštěpilo určité minimální množství izotopového materiálu, aby mohla proběhnout štěpná reakce; Toto množství se nazývá kritické množství. Získání kritické hmotnosti vyžaduje zdrojový materiál pro izotop, aby se zvýšila šance na štěpení.
Někdy je nutné zvýšit relativní množství štěpeného izotopového materiálu ve vzorku, aby se zajistilo, že může dojít ke kontinuální štěpné reakci. Tomu se říká obohacení a k obohacení vzorku se používá několik metod. (Metody používané k obohacení uranu viz wikiHow Jak obohatit uran.)
Krok 3. Střílejte opakovaně jádro rozštěpeného izotopového materiálu subatomárními částicemi
Jednotlivé subatomární částice mohou zasáhnout atomy 235U, rozdělením na dva samostatné atomy jiného prvku a uvolněním tří neutronů. Tyto tři typy subatomárních částic se často používají.
- Proton. Tyto subatomární částice mají hmotnost a kladný náboj. Počet protonů v atomu určuje prvek atomu.
- Neutrony. Tyto subatomární částice mají hmotnost jako protony, ale nemají žádný náboj.
- Částice alfa. Tato částice je jádrem atomu hélia, částí elektronů, které kolem něj rotují. Tato částice se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů.
Část 2 ze 2: Metoda atomového štěpení
Krok 1. Vystřelte jedno atomové jádro (jádro) stejného izotopu na jiné
Vzhledem k tomu, že tenkými subatomárními částicemi je obtížné projít, je často nutná síla k vytlačení částic z jejich atomů. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je střílet atomy daného izotopu na jiné atomy stejného izotopu.
Tato metoda byla použita k vytvoření atomové bomby 235Upadl jsi na Hirošimu. Zbraně, jako jsou zbraně s uranovými jádry, které střílejí atomy 235U na atomu 235Druhý U nese materiál tak vysokou rychlostí, že způsobí, že uvolněné neutrony zasáhnou jádro atomu 235další U a znič to. Neutrony uvolněné při rozštěpení atomu se mohou střídat v zasažení a rozdělení atomu 235jiný U.
Krok 2. Atomový vzorek pevně stiskněte a přibližte atomový materiál k sobě
Někdy se atomy rozpadají příliš rychle na to, aby na sebe byly vystřeleny. V tomto případě přiblížení atomů k sobě zvyšuje šance uvolněných subatomárních částic zasáhnout a rozdělit jiné atomy.
Tato metoda byla použita k vytvoření atomové bomby 239Pu padl na Nagasaki. Běžné výbuchy obklopují hmotu plutonia; při detonaci výbuch pohání hmotu plutonia a nese atomy 239Pu se blíží tak, že uvolněné neutrony budou i nadále zasahovat a štěpit atomy 239jiné pu.
Krok 3. Vybuďte elektrony laserovým paprskem
S vývojem petawattového laseru (1015 wattů), nyní je možné rozdělit atomy pomocí laserového paprsku, aby se excitovaly elektrony v kovu obalujícím radioaktivní látku.
- V testu z roku 2000 v laboratoři Lawrence Livermore v Kalifornii byl uran zabalen do zlata a umístěn do měděného kelímku. Pulz infračerveného laserového paprsku o 260 joulech dopadne na obálku a pouzdro a vzrušuje elektrony. Když se elektrony vrátí na své normální oběžné dráhy, uvolňují vysokoenergetické záření gama, které proniká do zlatého a měděného jádra, přičemž uvolňuje neutrony, které pronikají do atomů uranu pod vrstvou zlata a rozdělují je na kusy. (Zlato i měď se v důsledku experimentu staly radioaktivními.)
- Podobné testy byly provedeny v laboratoři Rutherford Appleton ve Velké Británii za použití 50 terawattů (5 x 1012 wattů) laser zaměřený na tantalovou desku s různými materiály za ní: draslík, stříbro, zinek a uran. Část atomů všech těchto materiálů byla úspěšně rozdělena.
Varování
- Kromě určitých příliš rychlých štěpení určitých izotopů mohou menší výbuchy zničit štěpný materiál dříve, než výbuch dosáhne očekávané rychlosti trvalé reakce.
- Stejně jako u jiných zařízení dodržujte požadované bezpečnostní postupy a nedělejte nic, co se jeví jako rizikové. Buď opatrný.
