Atomi var iegūt vai zaudēt enerģiju, kad elektrons pārvietojas no augstākas orbītas uz zemāku orbītu ap kodolu. Tomēr, sadalot atoma kodolu, atbrīvosies daudz vairāk enerģijas nekā enerģija, kad elektroni atgriezīsies zemākā orbītā no augstākas orbītas. Šo enerģiju var izmantot destruktīviem mērķiem vai drošiem un produktīviem mērķiem. Atoma sadalīšanu sauc par kodola skaldīšanu, process tika atklāts 1938. gadā; Atomu atkārtotu sadalīšanos sadalīšanās laikā sauc par ķēdes reakciju. Lai gan daudziem cilvēkiem nav aprīkojuma, lai to izdarītu, ja jūs interesē sadalīšanas process, šeit ir kopsavilkums.
Solis
1. daļa no 2: Atomu dalīšanās pamatos
Solis 1. Izvēlieties pareizo izotopu
Dažiem elementiem vai to izotopiem notiek radioaktīvā sabrukšana. Tomēr ne visi izotopi ir vienādi šķelšanās viegluma ziņā. Visbiežāk izmantotajam urāna izotopam ir 238 atomu svars, kas sastāv no 92 protoniem un 146 neitroniem, bet tā kodols tiecas absorbēt neitronus, nesadaloties citu elementu mazākos kodolos. Urāna izotops, kurā ir trīs mazāk neitronu, 235U, to var šķelt daudz vieglāk nekā izotopus 238U; Šādus izotopus sauc par skaldāmiem materiāliem.
Dažus izotopus var sadalīt ļoti viegli, tik ātri, ka nevar saglabāt nepārtrauktu dalīšanās reakciju. To sauc par spontānu skaldīšanu; plutonija izotops 240Pu ir šī izotopa piemērs, atšķirībā no izotopa 239Pu ar lēnāku dalīšanās ātrumu.
2. solis. Iegūstiet pietiekami daudz izotopu, lai nodrošinātu dalīšanos pēc pirmā atoma sadalīšanās
Tam ir nepieciešams sadalīt zināmu minimālu izotopu materiāla daudzumu, lai notiktu dalīšanās reakcija; Šo daudzumu sauc par kritisko masu. Lai iegūtu kritisko masu, ir nepieciešams izotopa izejmateriāls, lai palielinātu dalīšanās iespēju.
Dažreiz ir jāpalielina sadalītā izotopu materiāla relatīvais daudzums paraugā, lai nodrošinātu nepārtrauktu dalīšanās reakciju. To sauc par bagātināšanu, un parauga bagātināšanai tiek izmantotas vairākas metodes. (Urāna bagātināšanai izmantotās metodes skatiet vietnē wikiKā bagātināt urānu.)
3. solis. Atkārtoti šaujiet sadalītā izotopa materiāla kodolu ar subatomiskām daļiņām
Atsevišķas subatomiskās daļiņas var trāpīt atomos 235U, sadalot to divos atsevišķos cita elementa atomos un atbrīvojot trīs neitronus. Šos trīs subatomisko daļiņu veidus bieži izmanto.
- Protons. Šīm subatomiskajām daļiņām ir masa un pozitīvs lādiņš. Protonu skaits atomā nosaka atoma elementu.
- Neitroni. Šo subatomisko daļiņu masa ir kā protoni, bet tām nav lādiņa.
- Alfa daļiņas. Šī daļiņa ir hēlija atoma kodols, daļa no elektroniem, kas griežas ap to. Šī daļiņa sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem.
2. daļa no 2: Atomu dalīšanās metode
Solis 1. Izšaujiet viena un tā paša izotopa vienu kodolu (kodolu) citā
Tā kā niecīgas subatomiskās daļiņas ir grūti iziet cauri, daļiņu izspiešanai no atomiem bieži ir vajadzīgs spēks. Viena no metodēm, kā to izdarīt, ir noteiktā izotopa atomu šaušana uz citiem viena un tā paša izotopa atomiem.
Šī metode tika izmantota atombumbas radīšanai 235U nokrita uz Hirosimu. Ieroči, piemēram, ieroči ar urāna serdeņiem, kas šauj uz atomiem 235U uz atoma 235Otrs U nes materiālu tik lielā ātrumā, ka tas liek atbrīvotajiem neitroniem trāpīt atoma kodolā 235citu U un iznīcini to. Neitroni, kas izdalās, atomam sadaloties, var pārmaiņus trāpīt un sadalīt atomu 235cits U.
2. solis. Cieši saspiediet atomu paraugu, tuvinot atommateriālu
Dažreiz atomi sabrūk pārāk ātri, lai tos varētu izšaut viens pret otru. Šajā gadījumā, tuvinot atomus, palielinās izredzes, ka atbrīvotās subatomiskās daļiņas sasitīs un sadalīs citus atomus.
Šī metode tika izmantota, lai izveidotu atombumbu 239Pu nokrita uz Nagasaki. Plutonija masu ieskauj parastie sprādzieni; detonējot, sprādziens dzen plutonija masu, nesot atomus 239Pu tuvojas tā, lai atbrīvotie neitroni turpinātu trāpīt un sadalīt atomus 239cits pu.
Solis 3. Uzbudiniet elektronus ar lāzera staru
Attīstoties petavata lāzeram (1015 vati), tagad ir iespējams sadalīt atomus, izmantojot lāzera staru, lai ierosinātu elektronus metālā, kas aptver radioaktīvo vielu.
- 2000. gada testā Lorensa Livermoras laboratorijā Kalifornijā urāns tika ietīts zeltā un ievietots vara tīģelī. 260 džoulu infrasarkanā lāzera stara impulss skar aploksni un korpusu, aizraujot elektronus. Kad elektroni atgriežas normālā orbītā, tie izdala augstas enerģijas gamma starojumu, kas iekļūst zelta un vara kodolos, atbrīvojot neitronus, kas iekļūst urāna atomos zem zelta slāņa un sadala tos. (Eksperimenta rezultātā gan zelts, gan varš kļuva radioaktīvi.)
- Līdzīgi testi tika veikti Rutherford Appleton laboratorijā Apvienotajā Karalistē, izmantojot 50 teravatus (5 x 1012 vati) lāzers, kas vērsts pret tantala plāksni, aiz kuras atrodas dažādi materiāli: kālijs, sudrabs, cinks un urāns. Daļa visu šo materiālu atomu tika veiksmīgi sadalīta.
Brīdinājums
- Papildus dažu pārāk ātru atsevišķu izotopu šķelšanos mazāki sprādzieni var iznīcināt skaldāmo materiālu, pirms sprādziens sasniedz paredzamo noturīgo reakcijas ātrumu.
- Tāpat kā ar jebkuru citu aprīkojumu, ievērojiet nepieciešamās drošības procedūras un nedariet neko tādu, kas šķiet riskants. Esi uzmanīgs.
