Atomer kan få eller förlora energi när en elektron rör sig från en högre bana till en lägre omlopp runt kärnan. Att dela kärnan i en atom kommer dock att släppa ut mycket mer energi än energin när elektroner återvänder till en lägre omlopp från en högre bana. Den energin kan användas för destruktiva ändamål eller för säkra och produktiva ändamål. Att klyva en atom kallas kärnfission, en process som upptäcktes 1938; Den upprepade splittringen av atomer i klyvning kallas en kedjereaktion. Medan många människor inte har utrustning för att göra detta, om du är nyfiken på delningsprocessen, här är en sammanfattning.
Steg
Del 1 av 2: Basic Atomic Fission
Steg 1. Välj rätt isotop
Vissa element eller deras isotoper genomgår radioaktivt sönderfall. Men inte alla isotoper skapas lika när det gäller deras enkla klyvning. Den mest använda isotopen av uran, har en atomvikt på 238, bestående av 92 protoner och 146 neutroner, men dess kärna tenderar att absorbera neutroner utan att dela sig i de mindre kärnorna hos andra element. En isotop av uran som har tre färre neutroner, 235U, kan vara mycket lättare att klyva än isotoper 238U; Sådana isotoper kallas klyvbara material.
Vissa isotoper kan klyvas mycket lätt, så snabbt att en kontinuerlig klyvningsreaktion inte kan upprätthållas. Detta kallas spontan fission; plutoniumisotop 240Pu är ett exempel på den isotopen, till skillnad från isotopen 239Pu med en långsammare klyvning.
Steg 2. Skaffa tillräckligt med isotoper för att säkerställa att klyvningen fortsätter efter att den första atomen delas
Detta kräver att en viss minimal mängd isotopiskt material delas upp för att klyvningsreaktionen ska äga rum; Denna mängd kallas den kritiska massan. Att få kritisk massa kräver källmaterial för isotopen för att öka risken för klyvning.
Ibland är det nödvändigt att öka den relativa mängden split isotopmaterial i provet för att säkerställa att en kontinuerlig klyvningsreaktion kan uppstå. Detta kallas berikning, och det finns flera metoder som används för att berika ett prov. (För metoder som används för att berika uran, se wikiHow How to Enrich Uranium.)
Steg 3. Skjut kärnan i det splittrade isotopmaterialet med subatomära partiklar upprepade gånger
Enstaka subatomära partiklar kan träffa atomer 235U, dela den i två separata atomer i ett annat element och släppa tre neutroner. Dessa tre typer av subatomära partiklar används ofta.
- Proton. Dessa subatomära partiklar har massa och en positiv laddning. Antalet protoner i en atom bestämmer atomens element.
- Neutroner. Dessa subatomära partiklar har massa som protoner men har ingen laddning.
- Alfa partiklar. Denna partikel är kärnan i heliumatomen, en del av elektronerna som kretsar runt den. Denna partikel består av två protoner och två neutroner.
Del 2 av 2: Atomic Fission Method
Steg 1. Skjut en atomkärna (kärna) av samma isotop mot en annan
Eftersom svaga subatomära partiklar är svåra att passera, krävs ofta en kraft för att tvinga ut partiklarna ur sina atomer. En metod för att göra detta är att skjuta atomer från en given isotop mot andra atomer av samma isotop.
Denna metod användes för att skapa atombomben 235U tappade Hiroshima. Vapen som vapen med urankärnor, som skjuter atomer 235U på atom 235Det andra U, bär materialet med så hög hastighet att det får de frigjorda neutronerna att träffa atomkärnan 235ett annat U och förstör det. Neutronerna som släpps när en atom splittras kan turas om att slå och splittra atomen 235andra U.
Steg 2. Krama atomprovet hårt och föra atommaterialet närmare varandra
Ibland förfaller atomerna för snabbt för att avfyras mot varandra. I det här fallet ökar chanserna för att de befriade subatomära partiklarna träffar och klyver andra atomer genom att föra atomerna närmare varandra.
Denna metod användes för att skapa atombomben 239Pu tappade Nagasaki. Vanliga explosioner omger massan av plutonium; när den detonerade driver explosionen plutoniummassan och bär atomerna 239Pu närmar sig så att de frigjorda neutronerna fortsätter att träffa och dela atomer 239andra pu.
Steg 3. Excitera elektronerna med en laserstråle
Med utvecklingen av petawatt -lasern (1015 watt), är det nu möjligt att dela atomer med en laserstråle för att excitera elektronerna i metallen som omger det radioaktiva ämnet.
- I ett test från 2000 vid Lawrence Livermore Laboratory i Kalifornien lindades uran i guld och placerades i en koppardegel. En puls av infraröd laserstråle på 260 joule träffar kuvertet och huset och spänner elektronerna. När elektronerna återvänder till sina normala banor, släpper de ut högenergigammastrålning som tränger in i guld- och kopparkärnorna och frigör neutroner som tränger in i uranatomerna under guldskiktet och delar dem isär. (Både guld och koppar blev radioaktiva som ett resultat av experimentet.)
- Liknande tester utfördes på Rutherford Appleton Laboratory i Storbritannien med 50 terawatts (5 x 1012 watt) laser riktad mot en tantalplatta med olika material bakom: kalium, silver, zink och uran. En del av atomerna i alla dessa material delades framgångsrikt.
Varning
- Förutom vissa klyvningar för vissa isotoper som är för snabba kan mindre explosioner förstöra det klyvbara materialet innan explosionen når den förväntade ihållande reaktionshastigheten.
- Som med all annan utrustning, följ de nödvändiga säkerhetsförfarandena och gör inte något som verkar riskabelt. Var försiktig.
