Электрон ядро айналасындағы жоғары орбитадан төменгі орбитаға ауысқанда, атомдар энергия ала алады немесе жоғалтады. Алайда, атом ядросының бөлінуі электрондар жоғары орбитадан төменгі орбитаға оралған кезде энергияға қарағанда әлдеқайда көп энергия бөледі. Бұл энергия жойқын мақсаттарда немесе қауіпсіз және өнімді мақсаттарда қолданылуы мүмкін. Атомның бөлінуі ядролық бөліну деп аталады, бұл процесс 1938 жылы ашылған; Бөліну кезіндегі атомдардың бірнеше рет бөлінуі тізбекті реакция деп аталады. Көптеген адамдарда бұл үшін жабдық жоқ болса да, егер сіз бөлу процесін білгіңіз келсе, қысқаша ақпарат.
Қадам
2 бөліктің 1 бөлігі: Атомның негізгі бөлінуі
Қадам 1. Дұрыс изотопты таңдаңыз
Кейбір элементтер немесе олардың изотоптары радиоактивті ыдырауға ұшырайды. Алайда, барлық изотоптар бөлінудің қарапайымдылығы жағынан бірдей жаратылмайды. Уранның жиі қолданылатын изотопы, атомдық салмағы 238, 92 протон мен 146 нейтроннан тұрады, бірақ оның ядросы басқа элементтердің кіші ядроларына бөлінбестен нейтрондарды сіңіруге бейім. Уранның изотопы үш нейтроннан аз, 235U, изотоптарға қарағанда, іліну оңайырақ болуы мүмкін 238U; Мұндай изотоптар бөлінетін материалдар деп аталады.
Кейбір изотоптарды өте оңай ажыратуға болады, сондықтан олардың бөліну реакциясы сақталмайды. Бұл өздігінен бөліну деп аталады; плутоний изотопы 240Пу - бұл изотоптың мысалы, изотоптан айырмашылығы 239Баяу бөліну жылдамдығымен Pu.
Қадам 2. Атомның бірінші бөлінуінен кейін бөлінудің жалғасуын қамтамасыз ету үшін жеткілікті изотоптар алыңыз
Бұл бөліну реакциясы үшін изотопты материалдың белгілі бір минималды мөлшерін бөлуді талап етеді; Бұл мөлшер критикалық масса деп аталады. Маңызды массаны алу үшін бөліну ықтималдығын арттыру үшін изотопқа бастапқы материал қажет.
Кейде үзіліссіз бөліну реакциясының болуын қамтамасыз ету үшін сынамадағы бөлінген изотоп материалының салыстырмалы мөлшерін көбейту қажет. Бұл байыту деп аталады және үлгіні байытудың бірнеше әдістері бар. (Уранды байытудың әдістері үшін Уранды қалай байыту туралы викиге қараңыз.)
Қадам 3. Субатомдық бөлшектері бар бөлінген изотоптық материалдың ядросын қайталап түсіріңіз
Бір субатомды бөлшектер атомдарға тие алады 235U, оны басқа элементтің екі бөлек атомына бөліп, үш нейтрон шығарады. Субатомдық бөлшектердің бұл үш түрі жиі қолданылады.
- Протон. Бұл субатомдық бөлшектердің массасы мен оң заряды бар. Атомдағы протондардың саны атом элементін анықтайды.
- Нейтрондар. Бұл субатомдық бөлшектердің массасы протон тәрізді, бірақ заряды жоқ.
- Альфа бөлшектері. Бұл бөлшек - гелий атомының ядросы, оның айналасында айналатын электрондардың бөлігі. Бұл бөлшек екі протон мен екі нейтроннан тұрады.
2 бөліктің 2 бөлігі: Атомдық бөліну әдісі
Қадам 1. Бір изотоптың бір атомдық ядросын (ядросын) екіншісіне түсіріңіз
Оншақты субатомдық бөлшектердің өтуі қиын болғандықтан, бөлшектерді атомдарынан шығаруға күш қажет. Мұны істеудің бір әдісі - берілген изотоптың атомдарын сол изотоптың басқа атомдарына түсіру.
Бұл әдіс атом бомбасын жасау үшін қолданылды 235Сіз Хиросимаға құлап түстіңіз. Атомдарды ататын уран ядролары бар қару 235U атомда 235Басқа U, материалды жоғары жылдамдықта тасымалдайды, бұл босатылған нейтрондардың атом ядросына соғуына әкеледі. 235басқа U және оны жойыңыз. Атом бөлінген кезде бөлінетін нейтрондар кезекпен соқтығысып, бөлінуі мүмкін 235басқа У.
Қадам 2. Атомдық үлгіні тығыз қысып, атомдық материалды жақындастырыңыз
Кейде атомдар бір -біріне ату үшін тым тез ыдырайды. Бұл жағдайда атомдарды жақындастыру босатылған субатомдық бөлшектердің басқа атомдарға соғылу және бөліну мүмкіндігін арттырады.
Бұл әдіс атом бомбасын жасау үшін қолданылды 239Пу Нагасакиге құлап түсті. Кәдімгі жарылыстар плутоний массасын қоршайды; жарылған кезде атомдарды тасымалдайтын плутоний массасы қозғалады 239Пу шығады, сондықтан шығарылған нейтрондар атомдарды ұрып -соғуды жалғастырады 239басқа пу
Қадам 3. Электрондарды лазер сәулесімен қоздырыңыз
Петаватт лазерінің дамуымен (1015 ватт), енді радиоактивті затты қоршайтын металлдағы электрондарды қоздыру үшін лазер сәулесінің көмегімен атомдарды бөлуге болады.
- 2000 жылы Калифорниядағы Лоуренс Ливермор зертханасында жүргізілген сынақ кезінде уран алтынға оралып, мыс тигельге қойылды. 260 джоуль инфрақызыл лазер сәулесінің импульсі конверт пен корпусты қағып, электрондарды қызықтырады. Электрондар қалыпты орбитаға оралғанда, олар алтын мен мыс ядроларына енетін жоғары энергиялы гамма-сәулеленуді шығарады, алтын қабаты астындағы уран атомдарына еніп, оларды бөлетін нейтрондар шығарады. (Тәжірибе нәтижесінде алтын да, мыс та радиоактивті болды.)
- Ұқсас сынақтар Ұлыбританиядағы Резерфорд Эпплтон зертханасында 50 тераватт (5 x 10) көмегімен жүргізілді.12 ватт) тантал пластинаға бағытталған лазер, оның артында әр түрлі материалдар бар: калий, күміс, мырыш және уран. Барлық осы материалдардың атомдарының бір бөлігі сәтті бөлінді.
Ескерту
- Кейбір изотоптардың тез бөлінетін бөлінуінен басқа, кішігірім жарылыстар бөлінетін материалды жарылыс күтілетін тұрақты реакция жылдамдығына жеткенше жойып жіберуі мүмкін.
- Кез келген басқа жабдық сияқты, қауіпсіздік ережелерін сақтаңыз және қауіпті болып көрінетін нәрсені жасамаңыз. Сақ болыңыз.
