Els àtoms poden guanyar o perdre energia quan un electró es mou d’una òrbita superior a una òrbita inferior al voltant del nucli. No obstant això, dividir el nucli d'un àtom alliberarà molta més energia que l'energia quan els electrons tornen a una òrbita inferior des d'una òrbita superior. Aquesta energia es pot utilitzar amb finalitats destructives o amb finalitats productives i segures. La divisió d’un àtom s’anomena fissió nuclear, un procés descobert el 1938; La divisió repetida d’àtoms en fissió s’anomena reacció en cadena. Tot i que molta gent no disposa d’equips per fer-ho, si teniu curiositat pel procés de divisió, aquí teniu un resum.
Pas
Part 1 de 2: fissió atòmica bàsica
Pas 1. Trieu l’isòtop adequat
Alguns elements o els seus isòtops pateixen una desintegració radioactiva. No obstant això, no tots els isòtops es creen iguals pel que fa a la seva facilitat de divisió. L'isòtop d'urani més utilitzat té un pes atòmic de 238, format per 92 protons i 146 neutrons, però el seu nucli tendeix a absorbir neutrons sense dividir-se en els nuclis més petits d'altres elements. Un isòtop d’urani que té tres neutrons menys, 235U, pot ser molt més fàcil de trencar que els isòtops 238U; Aquests isòtops s’anomenen materials fissibles.
Alguns isòtops es poden escindir molt fàcilment, de manera tan ràpida que no es pot mantenir una reacció de fissió contínua. Això s’anomena fissió espontània; isòtop del plutoni 240Pu és un exemple d’aquest isòtop, a diferència de l’isòtop 239Pu amb una taxa de fissió més lenta.
Pas 2. Obteniu prou isòtops per assegurar-vos que la fissió continuarà després que el primer àtom es divideixi
Això requereix una certa quantitat mínima de material isotòpic per obrir-se per a la reacció de fissió; Aquesta quantitat s’anomena massa crítica. Per obtenir massa crítica es requereix material font per a l’isòtop, per augmentar les possibilitats que es produeixi fissió.
De vegades, és necessari augmentar la quantitat relativa de material isòtop dividit a la mostra per assegurar-se que es pugui produir una reacció de fissió contínua. Això s’anomena enriquiment i hi ha diversos mètodes que s’utilitzen per enriquir una mostra. (Per als mètodes utilitzats per enriquir l’urani, consulteu el wikiHow How to Enriquir l’urani.)
Pas 3. Dispara repetidament el nucli del material isòtop dividit amb partícules subatòmiques
Les partícules subatòmiques individuals poden afectar els àtoms 235U, dividint-lo en dos àtoms separats d’un altre element i alliberant tres neutrons. Sovint s’utilitzen aquests tres tipus de partícules subatòmiques.
- Protó. Aquestes partícules subatòmiques tenen massa i càrrega positiva. El nombre de protons en un àtom determina l'element de l'àtom.
- Neutrons. Aquestes partícules subatòmiques tenen la massa com a protons però no tenen cap càrrega.
- Partícules alfa. Aquesta partícula és el nucli de l'àtom d'heli, part dels electrons que giren al seu voltant. Aquesta partícula està formada per dos protons i dos neutrons.
Part 2 de 2: Mètode de fissió atòmica
Pas 1. Dispara un nucli atòmic (nucli) del mateix isòtop en un altre
Com que són difícils de travessar tènues partícules subatòmiques, sovint es requereix una força per forçar les partícules dels seus àtoms. Un mètode per fer-ho és disparar àtoms d’un determinat isòtop en altres àtoms del mateix isòtop.
Aquest mètode es va utilitzar per crear la bomba atòmica 235U va caure a Hiroshima. Armes com ara armes amb nuclis d’urani, que disparen àtoms 235U en àtom 235L’altra U transporta el material a una velocitat tan alta que provoca que els neutrons alliberats colpegin el nucli de l’àtom 235una altra U i destruir-la. Els neutrons alliberats quan es divideix un àtom poden colpejar i dividir per àtoms 235altres U.
Pas 2. Premeu bé la mostra atòmica, apropant el material atòmic
De vegades, els àtoms decauen massa ràpidament per disparar-se els uns contra els altres. En aquest cas, aproximar els àtoms augmenta les possibilitats que les partícules subatòmiques alliberades colpegin i divideixin altres àtoms.
Aquest mètode es va utilitzar per crear la bomba atòmica 239Pu va caure sobre Nagasaki. Les explosions ordinàries envolten la massa de plutoni; quan és detonada, l'explosió impulsa la massa de plutoni, transportant els àtoms 239Pu s’acosta perquè els neutrons alliberats continuïn colpejant i dividint els àtoms 239altres pu.
Pas 3. Exciteu els electrons amb un feix làser
Amb el desenvolupament del làser petawatt (1015 watts), ara és possible dividir àtoms mitjançant un feix làser per excitar els electrons del metall que contenen la substància radioactiva.
- En una prova del 2000 al laboratori Lawrence Livermore de Califòrnia, l’urani es va embolicar en or i es va col·locar en un gresol de coure. Un pols de feix làser d’infrarojos de 260 joules colpeja l’embolcall i la carcassa, excitant els electrons. A mesura que els electrons tornen a les seves òrbites normals, alliberen radiacions gamma d’alta energia que penetren els nuclis d’or i coure, alliberant neutrons que penetren als àtoms d’urani sota la capa d’or i els separen. (Tant l'or com el coure es van tornar radioactius com a resultat de l'experiment).
- Proves similars es van realitzar al Rutherford Appleton Laboratory al Regne Unit amb 50 terawatts (5 x 10)12 watts) làser dirigit a una placa de tàntal amb diversos materials al darrere: potassi, plata, zinc i urani. Una part dels àtoms de tots aquests materials es va dividir amb èxit.
Advertiment
- A més de certes fissions de certs isòtops que són massa ràpides, explosions més petites poden destruir el material fissible abans que l'explosió assoleixi la velocitat de reacció sostinguda esperada.
- Com amb qualsevol altre equip, seguiu els procediments de seguretat requerits i no feu res que sembli arriscat. Ves amb compte.
