Aatomid võivad energiat saada või kaotada, kui elektron liigub kõrgemalt orbiidilt madalamale orbiidile ümber tuuma. Siiski eraldab aatomi tuuma lõhestamine palju rohkem energiat kui energia, kui elektronid naasevad kõrgemalt orbiidilt madalamale orbiidile. Seda energiat saab kasutada hävitavatel eesmärkidel või ohutul ja tootlikul eesmärgil. Aatomi lõhestamist nimetatakse tuuma lõhustumiseks, see protsess avastati 1938. aastal; Aatomite korduvat lõhustumist lõhustumisel nimetatakse ahelreaktsiooniks. Kuigi paljudel inimestel pole selleks seadmeid, siis kui olete huvitatud jagamisprotsessist, on siin kokkuvõte.
Samm
Osa 1 /2: Põhiline tuumalõhustumine
Samm 1. Valige õige isotoop
Mõned elemendid või nende isotoobid lagunevad radioaktiivselt. Kuid mitte kõik isotoobid ei ole nende lõhustamise lihtsuse poolest võrdsed. Kõige sagedamini kasutatav uraani isotoop, mille aatommass on 238, koosneb 92 prootonist ja 146 neutronist, kuid selle tuum kipub neutroneid absorbeerima, ilma et see jaguneks teiste elementide väiksemateks tuumadeks. Uraani isotoop, milles on kolm neutronit vähem, 235U, võib olla palju lihtsam lõhustada kui isotoope 238U; Selliseid isotoope nimetatakse lõhustuvateks materjalideks.
Mõnda isotoopi saab väga lihtsalt lõhustada, nii kiiresti, et pidevat lõhustumisreaktsiooni ei saa säilitada. Seda nimetatakse spontaanseks lõhustumiseks; plutooniumi isotoop 240Pu on selle isotoobi näide, erinevalt isotoobist 239Pu aeglasema lõhustumiskiirusega.
Samm 2. Hankige piisavalt isotoope, et tagada lõhustumise jätkumine pärast esimest aatomi lõhenemist
See nõuab lõhustumisreaktsiooni toimumiseks teatud minimaalse koguse isotoopmaterjali lahtilõikamist; Seda kogust nimetatakse kriitiliseks massiks. Kriitilise massi saavutamiseks on vaja isotoobi jaoks lähtematerjali, et suurendada lõhustumise tõenäosust.
Mõnikord on vaja suurendada lõhestatud isotoopmaterjali suhtelist kogust proovis, et tagada pidev lõhustumisreaktsioon. Seda nimetatakse rikastamiseks ja proovi rikastamiseks kasutatakse mitmeid meetodeid. (Uraani rikastamiseks kasutatavate meetodite kohta vt wikiKuidas uraani rikastada.)
Etapp 3. Laske lõhestatud isotoopmaterjali tuuma subatomaarsete osakestega korduvalt
Üksikud subatomilised osakesed võivad aatomeid tabada 235U, jagades selle teise elemendi kaheks eraldi aatomiks ja vabastades kolm neutronit. Neid kolme tüüpi aatomi osakesi kasutatakse sageli.
- Prooton. Nendel subatomilistel osakestel on mass ja positiivne laeng. Prootonite arv aatomis määrab aatomi elemendi.
- Neutronid. Nende aatomaalsete osakeste mass on prootonid, kuid neil pole laengut.
- Alfaosakesed. See osake on heeliumi aatomi tuum, osa selle ümber tiirlevatest elektronidest. See osake koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist.
Osa 2: Aatomilõhustamismeetod
Samm 1. Tulista sama isotoobi ühte aatomituuma (tuuma) teise
Kuna nõrku subatomilisi osakesi on raske läbida, on osakeste aatomitest välja sundimiseks sageli vaja jõudu. Üks meetod seda teha on tulistada antud isotoobi aatomeid sama isotoobi teiste aatomite pihta.
Seda meetodit kasutati aatomipommi loomiseks 235U kukkusite Hiroshimale. Relvad nagu uraanisüdamikuga relvad, mis tulistavad aatomeid 235U aatomil 235Teine U kannab materjali nii suure kiirusega, et põhjustab vabanenud neutronite löögi aatomi tuuma 235teise U ja hävita see. Aatomi jagunemisel vabanevad neutronid võivad kordamööda aatomit lüüa ja lõhestada 235teine U.
Samm 2. Suruge aatomiproov tihedalt kokku, tuues aatommaterjali lähemale
Mõnikord lagunevad aatomid liiga kiiresti, et neid üksteise vastu tulistada. Sellisel juhul suurendab aatomite lähendamine võimalusi vabanenud subatomiliste osakeste löömiseks ja lõhestamiseks teiste aatomite tekkeks.
Seda meetodit kasutati aatomipommi loomiseks 239Pu kukkus Nagasakile. Tavalised plahvatused ümbritsevad plutooniumi massi; plahvatuse korral ajab aatomit kandev plutooniumi mass edasi 239Pu läheneb nii, et vabanenud neutronid jätkavad aatomite löömist ja lõhestamist 239muu pu.
Samm 3. Ergastage elektronid laserkiirega
Petawattlaseri arendamisega (1015 vatti), on nüüd võimalik aatomeid lõhestada laserkiire abil, et ergutada radioaktiivset ainet ümbritseva metalli elektronid.
- 2000. aastal Californias Lawrence Livermore'i laboris tehtud katses pakiti uraan kulla sisse ja asetati vasktiglisse. 260 džauli suurune infrapuna laserkiire impulss tabab ümbrikku ja korpust, tekitades elektronides erutuse. Kui elektronid naasevad oma normaalsetele orbiitidele, eraldavad nad suure energiaga gammakiirgust, mis tungib kulla ja vase tuumadesse, vabastades neutroneid, mis tungivad kullakihi all olevatesse uraani aatomitesse ja lõhestavad need. (Nii kuld kui vask muutusid katse tulemusena radioaktiivseks.)
- Sarnased testid viidi läbi Ühendkuningriigis Rutherford Appletoni laboris, kasutades 50 teravatti (5 x 1012 vatti) laser, mis on suunatud tantaalplaadile, mille taga on mitmesugused materjalid: kaalium, hõbe, tsink ja uraan. Osa kõigi nende materjalide aatomitest jagati edukalt.
Hoiatus
- Lisaks teatud liiga kiirete isotoopide teatud lõhustumisele võivad väiksemad plahvatused lõhustuva materjali hävitada enne, kui plahvatus saavutab eeldatava püsiva reaktsioonikiiruse.
- Nagu kõigi muude seadmete puhul, järgige nõutavaid ohutusprotseduure ja ärge tehke midagi, mis tundub riskantne. Ole ettevaatlik.
