Atomen kunnen energie winnen of verliezen wanneer een elektron van een hogere baan naar een lagere baan rond de kern beweegt. Het splitsen van de kern van een atoom zal echter veel meer energie vrijgeven dan de energie wanneer elektronen terugkeren naar een lagere baan vanuit een hogere baan. Die energie kan worden gebruikt voor destructieve doeleinden of voor veilige en productieve doeleinden. Het splitsen van een atoom wordt kernsplijting genoemd, een proces dat in 1938 werd ontdekt; De herhaalde splitsing van atomen bij splijting wordt een kettingreactie genoemd. Hoewel veel mensen niet over de apparatuur beschikken om dit te doen, is hier een samenvatting als je nieuwsgierig bent naar het splitsingsproces.
Stap
Deel 1 van 2: Basis atoomsplitsing
Stap 1. Kies de juiste isotoop
Sommige elementen of hun isotopen ondergaan radioactief verval. Niet alle isotopen zijn echter gelijk gemaakt in termen van hun gemak van splitsing. De meest gebruikte isotoop van uranium heeft een atoomgewicht van 238, bestaande uit 92 protonen en 146 neutronen, maar de kern ervan heeft de neiging neutronen te absorberen zonder te splitsen in de kleinere kernen van andere elementen. Een isotoop van uranium met drie neutronen minder, 235U, kan veel gemakkelijker te splitsen zijn dan isotopen 238jij; Dergelijke isotopen worden splijtstoffen genoemd.
Sommige isotopen kunnen heel gemakkelijk worden gesplitst, zo snel dat een continue splijtingsreactie niet kan worden gehandhaafd. Dit wordt spontane splijting genoemd; plutonium isotoop 240Pu is een voorbeeld van die isotoop, in tegenstelling tot de isotoop 239Pu met een lagere splijtingssnelheid.
Stap 2. Zorg voor voldoende isotopen om ervoor te zorgen dat de splijting doorgaat na de eerste atoomsplitsing
Dit vereist dat een bepaalde minimale hoeveelheid isotoop materiaal wordt opengespleten om de splijtingsreactie te laten plaatsvinden; Deze hoeveelheid wordt de kritische massa genoemd. Het verkrijgen van kritische massa vereist bronmateriaal voor de isotoop, om de kans op splijting te vergroten.
Soms is het nodig om de relatieve hoeveelheid gesplitst isotoopmateriaal in het monster te vergroten om ervoor te zorgen dat er een continue splijtingsreactie kan optreden. Dit wordt verrijking genoemd en er zijn verschillende methoden die worden gebruikt om een monster te verrijken. (Zie de wikiHow Uranium verrijken voor de methoden die worden gebruikt om uranium te verrijken.)
Stap 3. Schiet herhaaldelijk op de kern van het gespleten isotoopmateriaal met subatomaire deeltjes
Enkele subatomaire deeltjes kunnen atomen raken 235U, splitst het in twee afzonderlijke atomen van een ander element en laat drie neutronen vrij. Deze drie soorten subatomaire deeltjes worden vaak gebruikt.
- Proton. Deze subatomaire deeltjes hebben massa en een positieve lading. Het aantal protonen in een atoom bepaalt het element van het atoom.
- Neutronen. Deze subatomaire deeltjes hebben massa als protonen maar hebben geen lading.
- Alfa deeltjes. Dit deeltje is de kern van het heliumatoom, onderdeel van de elektronen die eromheen draaien. Dit deeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen.
Deel 2 van 2: Atoomsplijtingsmethode
Stap 1. Schiet een atoomkern (kern) van dezelfde isotoop op een andere
Omdat ijle subatomaire deeltjes moeilijk te passeren zijn, is er vaak een kracht nodig om de deeltjes uit hun atomen te dwingen. Een methode om dit te doen is om atomen van een bepaalde isotoop op andere atomen van dezelfde isotoop te schieten.
Deze methode werd gebruikt om de atoombom te maken 235Je viel op Hiroshima. Wapens zoals geweren met uraniumkernen, die atomen afschieten 235U op atoom 235De andere U, draagt het materiaal met zo'n hoge snelheid dat het ervoor zorgt dat de vrijgekomen neutronen de kern van het atoom raken 235een andere U en vernietig het. De neutronen die vrijkomen wanneer een atoom splijt, kunnen beurtelings het atoom raken en splijten 235andere U.
Stap 2. Knijp het atoommonster stevig samen, waardoor het atoommateriaal dichter bij elkaar komt
Soms vervallen de atomen te snel om op elkaar te worden afgevuurd. In dit geval vergroot het dichter bij elkaar brengen van de atomen de kans dat de vrijgekomen subatomaire deeltjes andere atomen raken en splijten.
Deze methode werd gebruikt om de atoombom te maken 239Pu viel op Nagasaki. Gewone explosies omringen de massa plutonium; wanneer ontploft, stuwt de explosie de plutoniummassa voort, die de atomen draagt 239Pu nadert zodat de vrijgekomen neutronen atomen blijven raken en splitsen 239andere pu.
Stap 3. Prikkel de elektronen met een laserstraal
Met de ontwikkeling van de petawatt laser (1015 watt), is het nu mogelijk om atomen te splitsen met behulp van een laserstraal om de elektronen te exciteren in het metaal dat de radioactieve stof omhult.
- In een test in 2000 in het Lawrence Livermore Laboratory in Californië werd uranium in goud gewikkeld en in een koperen smeltkroes geplaatst. Een puls van een infrarode laserstraal van 260 joule raakt het omhulsel en de behuizing en prikkelt de elektronen. Terwijl de elektronen terugkeren naar hun normale banen, geven ze hoogenergetische gammastraling af die de goud- en koperkernen binnendringt, waarbij neutronen vrijkomen die de uraniumatomen onder de goudlaag binnendringen en ze uit elkaar splitsen. (Zowel goud als koper werden radioactief als gevolg van het experiment.)
- Soortgelijke tests werden uitgevoerd in het Rutherford Appleton Laboratory in het Verenigd Koninkrijk met 50 terawatt (5 x 1012 watt) laser gericht op een tantaalplaat met daarachter verschillende materialen: kalium, zilver, zink en uranium. Een deel van de atomen van al deze materialen werd met succes gesplitst.
Waarschuwing
- Naast bepaalde splijtingen van bepaalde isotopen die te snel zijn, kunnen kleinere explosies het splijtbare materiaal vernietigen voordat de explosie de verwachte aanhoudende reactiesnelheid bereikt.
- Volg, net als bij elke andere uitrusting, de vereiste veiligheidsprocedures en doe niets dat riskant lijkt. Doe voorzichtig.
