هنگامی که الکترون از مدار بالاتر به مدار پایین تر در اطراف هسته حرکت می کند ، اتم ها می توانند انرژی دریافت یا از دست بدهند. با این حال ، شکافتن هسته اتم زمانی که الکترونها از مدار بالاتر به مدار پایین تری باز می گردند ، انرژی بسیار بیشتری نسبت به انرژی آزاد می کند. این انرژی می تواند برای اهداف مخرب یا اهداف ایمن و مولد مورد استفاده قرار گیرد. تقسیم اتم را شکافت هسته ای می نامند ، فرایندی که در سال 1938 کشف شد. تقسیم مکرر اتمها در شکافت را واکنش زنجیره ای می نامند. در حالی که بسیاری از مردم تجهیزات لازم برای این کار را ندارند ، اگر درباره فرآیند تقسیم بندی کنجکاو هستید ، در اینجا خلاصه ای از آن آمده است.
گام
قسمت 1 از 2: شکافت هسته ای اساسی
مرحله 1. ایزوتوپ مناسب را انتخاب کنید
برخی از عناصر یا ایزوتوپهای آنها دچار پوسیدگی رادیواکتیو می شوند. با این حال ، همه ایزوتوپ ها از نظر سهولت در برش یکسان ایجاد نمی شوند. بیشترین ایزوتوپ اورانیوم دارای وزن اتمی 238 است که شامل 92 پروتون و 146 نوترون است ، اما هسته آن تمایل به جذب نوترون ها بدون تجزیه به هسته های کوچکتر سایر عناصر دارد. ایزوتوپ اورانیوم که سه نوترون کمتر دارد ، 235U ، برش بسیار راحت تر از ایزوتوپ ها است 238U ؛ چنین ایزوتوپهایی را مواد شکافتنی می نامند.
برخی از ایزوتوپها را می توان به راحتی شکافت ، آنقدر سریع که نمی توان یک واکنش شکافت مداوم را حفظ کرد. به این می گویند شکستگی خود به خودی. ایزوتوپ پلوتونیوم 240Pu برخلاف ایزوتوپ نمونه ای از آن ایزوتوپ است 239Pu با نرخ شکافت آهسته تر.
مرحله 2. ايزوتوپهاي كافي بدست آوريد تا مطمئن شويد كه شكافت بعد از تقسيم اولين اتم ادامه خواهد يافت
این امر نیازمند حداقل مقدار مشخصی از مواد ایزوتوپی است تا واکنش شکافت اتفاق بیفتد. این مقدار را جرم بحرانی می نامند. بدست آوردن جرم بحرانی به مواد اولیه ایزوتوپ نیاز دارد تا شانس شکافت را افزایش دهد.
گاهی اوقات ، لازم است مقدار نسبی مواد ایزوتوپ تقسیم شده در نمونه افزایش یابد تا اطمینان حاصل شود که یک واکنش شکافت مداوم رخ می دهد. این امر غنی سازی نامیده می شود و چندین روش برای غنی سازی نمونه استفاده می شود. (برای روشهای مورد استفاده برای غنی سازی اورانیوم ، به ویکی نحوه غنی سازی اورانیوم مراجعه کنید.)
مرحله 3. هسته مواد ایزوتوپ شکسته را با ذرات زیر اتمی به طور مکرر شلیک کنید
ذرات منفرد اتمی می توانند به اتم ها برخورد کنند 235U ، آن را به دو اتم جداگانه از یک عنصر دیگر تقسیم کرده و سه نوترون آزاد می کند. این سه نوع ذرات زیر اتمی اغلب مورد استفاده قرار می گیرند.
- پروتون این ذرات زیر اتمی دارای جرم و بار مثبت هستند. تعداد پروتون های یک اتم عنصر اتم را تعیین می کند.
- نوترونها این ذرات زیر اتمی جرم پروتون دارند اما بار ندارند.
- ذرات آلفا این ذره هسته اتم هلیوم است ، بخشی از الکترون هایی که به دور آن می چرخند. این ذره از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است.
قسمت 2 از 2: روش شکافت اتمی
مرحله 1. یک هسته اتمی (هسته) همان ایزوتوپ را در دیگری شلیک کنید
از آنجا که عبور ذرات ضعیف زیر اتمی دشوار است ، اغلب نیرویی لازم است تا ذرات را از اتم های خود خارج کند. یکی از روش های انجام این کار ، شلیک اتم های یک ایزوتوپ معین به سایر اتم های همان ایزوتوپ است.
این روش برای ایجاد بمب اتمی استفاده شد 235U در هیروشیما سقوط کرد. سلاح هایی مانند تفنگ با هسته اورانیوم که اتم ها را شلیک می کند 235U بر روی اتم 235U دیگر ، مواد را با چنان سرعتی حمل می کند که باعث برخورد نوترونهای آزاد شده به هسته اتم می شود. 235U دیگری و نابود کردن آن نوترونهای آزاد شده هنگام تجزیه اتم می توانند به نوبت به اتم برخورد کرده و آن را تقسیم کنند 235دیگر U.
مرحله 2. نمونه اتمی را محکم فشار دهید و مواد اتمی را به هم نزدیک کنید
بعضی اوقات اتم ها خیلی سریع خراب می شوند و به سمت یکدیگر شلیک نمی شوند. در این حالت ، نزدیک کردن اتم ها به یکدیگر شانس برخورد ذرات زیر اتمی آزاد شده و تقسیم اتم های دیگر را افزایش می دهد.
این روش برای ایجاد بمب اتمی استفاده شد 239Pu روی ناگازاکی افتاد. انفجارهای معمولی جرم پلوتونیوم را احاطه کرده اند. هنگام انفجار ، انفجار جرم پلوتونیوم را به حرکت در می آورد و اتم ها را حمل می کند 239Pu به گونه ای نزدیک می شود که نوترونهای آزاد شده همچنان به اتم ها ضربه زده و آنها را تقسیم می کنند 239pu دیگر
مرحله 3. الکترونها را با پرتو لیزر برانگیزید
با توسعه لیزر پتاوات (1015 وات) ، در حال حاضر امکان تقسیم اتم ها با استفاده از پرتو لیزر برای تحریک الکترونهای فلز محصور کننده ماده رادیواکتیو وجود دارد.
- در آزمایش سال 2000 در آزمایشگاه لارنس لیورمور در کالیفرنیا ، اورانیوم با طلا پیچیده شد و در یک بوته مسی قرار گرفت. پالس پرتو مادون قرمز لیزر 260 ژول به پاکت و محفظه برخورد کرده و الکترون ها را هیجان زده می کند. هنگامی که الکترونها به مدارهای عادی خود برمی گردند ، پرتوهای گامای پرانرژی را آزاد می کنند که در هسته طلا و مس نفوذ می کند و نوترون هایی را آزاد می کند که در اتم های اورانیوم زیر لایه طلا نفوذ کرده و آنها را از هم جدا می کند. (طلا و مس در نتیجه آزمایش رادیواکتیو شدند.)
- آزمایشات مشابهی در آزمایشگاه رادرفورد اپلتون در انگلستان با استفاده از 50 تراوات (5 10 10) انجام شد.12 وات) لیزر یک صفحه تانتالوم را با مواد مختلف پشت آن: پتاسیم ، نقره ، روی و اورانیوم هدف قرار داد. بخشی از اتمهای تمام این مواد با موفقیت تقسیم شد.
هشدار
- علاوه بر شکافتهای خاصی از ایزوتوپهای بسیار سریع ، انفجارهای کوچکتر می توانند مواد شکافت پذیر را قبل از رسیدن انفجار به سرعت واکنش پایدار مورد انتظار از بین ببرند.
- مانند سایر تجهیزات ، روشهای ایمنی مورد نیاز را دنبال کنید و کاری را انجام ندهید که خطرناک به نظر می رسد. مراقب باش.
