אטומים יכולים לצבור או לאבד אנרגיה כאשר אלקטרון נע ממסלול גבוה יותר למסלול נמוך יותר סביב הגרעין. עם זאת, פיצול גרעין האטום ישחרר הרבה יותר אנרגיה מהאנרגיה כאשר האלקטרונים יחזרו למסלול נמוך ממסלול גבוה יותר. ניתן להשתמש באנרגיה זו למטרות הרסניות או למטרות בטוחות ופרודוקטיביות. פיצול אטום נקרא ביקוע גרעיני, תהליך שהתגלה בשנת 1938; הפיצול החוזר של האטומים בביקוע נקרא תגובת שרשרת. אמנם לאנשים רבים אין את הציוד לכך, אך אם אתה סקרן לגבי תהליך הפיצול, הנה סיכום.
שלב
חלק 1 מתוך 2: ביקוע אטומי בסיסי
שלב 1. בחר את האיזוטופ הנכון
חלק מהיסודות או האיזוטופים שלהם עוברים ריקבון רדיואקטיבי. עם זאת, לא כל האיזוטופים נוצרים שווים מבחינת קלות המחשוף שלהם. האיזוטופ הנפוץ ביותר של אורניום, בעל משקל אטומי של 238, המורכב מ -92 פרוטונים ו -146 נויטרונים, אך הגרעין שלו נוטה לספוג נויטרונים מבלי להתפצל לגרעינים הקטנים יותר של יסודות אחרים. איזוטופ של אורניום בעל שלושה פחות נויטרונים, 235U, יכול להיות הרבה יותר קל לבקוע מאשר איזוטופים 238U; איזוטופים כאלה נקראים חומרים בקיעים.
חלק מהאיזוטופים ניתנים לביקוע בקלות רבה, כל כך מהר עד שלא ניתן לקיים תגובה רציפה של ביקוע. זה נקרא ביקוע ספונטני; איזוטופ פלוטוניום 240פו היא דוגמה לאיזוטופ ההוא, בניגוד לאיזוטופ 239פו עם שיעור ביקוע איטי יותר.
שלב 2. השג מספיק איזוטופים בכדי להבטיח כי ביקוע יימשך לאחר פיצול האטום הראשון
לשם כך יש לפצל כמות מינימלית מסוימת של חומר איזוטופי כדי שתתקיים תגובת הביקוע; כמות זו נקראת המסה הקריטית. השגת מסת קריטית דורשת חומר מקור לאיזוטופ, כדי להגדיל את הסיכוי להתרחשות ביקוע.
לפעמים, יש צורך להגדיל את הכמות היחסית של חומר איזוטופי מפוצל במדגם כדי להבטיח שתגובת ביקוע רציפה יכולה להתרחש. זה נקרא העשרה, וישנן מספר שיטות המשמשות להעשרת מדגם. (לשיטות המשמשות להעשרת אורניום, עיין ב- wikiHow כיצד להעשיר אורניום.)
שלב 3. לירות בגרעין החומר האיזוטופי המפוצל עם חלקיקים תת -אטומיים שוב ושוב
חלקיקים תת -אטומיים בודדים יכולים לפגוע באטומים 235U, מפצל אותו לשני אטומים נפרדים של יסוד אחר ומשחרר שלושה נויטרונים. לעתים קרובות משתמשים בשלושה סוגים אלה של חלקיקים תת -אטומיים.
- פּרוֹטוֹן. לחלקיקים תת -אטומיים אלה יש מסה ומטען חיובי. מספר הפרוטונים באטום קובע את יסוד האטום.
- נייטרונים. לחלקיקים תת -אטומיים אלה יש מסה כפרוטונים אך אין להם מטען.
- חלקיקי אלפא. חלקיק זה הוא הגרעין של אטום הליום, חלק מהאלקטרונים המסתובבים סביבו. חלקיק זה מורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים.
חלק 2 מתוך 2: שיטת ביקוע אטומי
שלב 1. לירות גרעין אטומי אחד (גרעין) של אותו איזוטופ לעבר אחר
מכיוון שקשה לעבור חלקיקים תת -אטומיים קלושים, לעיתים קרובות נדרש כוח כדי להוציא את החלקיקים מהאטומים שלהם. אחת השיטות לעשות זאת היא לירות אטומים של איזוטופ נתון על אטומים אחרים של אותו איזוטופ.
שיטה זו שימשה ליצירת פצצת האטום 235U נפלת על הירושימה. כלי נשק כגון רובים עם ליבות אורניום, היורים באטומים 235אתה על אטום 235ה- U השני, נושא את החומר במהירות כה גבוהה עד שהוא גורם לנייטרונים המשוחררים לפגוע בגרעין האטום 235עוד U ולהרוס אותו. הנויטרונים המשתחררים כאשר האטום מתפצל יכולים להיתקל בתורו בפגיעה ובפיצול האטום 235U אחרת
שלב 2. סוחטים היטב את הדגימה האטומית, מקרבים את החומר האטומי
לפעמים האטומים מתפרקים מהר מדי מכדי שיורים זה על זה. במקרה זה, קירוב האטומים יחד מגביר את הסיכוי שחלקיקים תת -אטומיים משוחררים יפגעו ויתפצלו אטומים אחרים.
שיטה זו שימשה ליצירת פצצת האטום 239פו נפל על נגסאקי. פיצוצים רגילים מקיפים את מסת הפלוטוניום; כשהוא מתפוצץ, הפיצוץ מניע את מסת הפלוטוניום, נושאת את האטומים 239פו מתקרב כך שהנויטרונים המשוחררים ימשיכו לפגוע ולפצל אטומים 239pu אחר.
שלב 3. לרגש את האלקטרונים בעזרת קרן לייזר
עם פיתוח לייזר הפטאוואט (1015 ואט), כעת ניתן לפצל אטומים באמצעות קרן לייזר כדי לעורר את האלקטרונים במתכת העוטפת את החומר הרדיואקטיבי.
- בבדיקה שנערכה בשנת 2000 במעבדת לורנס ליברמור בקליפורניה, אורניום היה עטוף בזהב והונח בתוך כור היתוך. דופק של קרן לייזר אינפרא אדומה של 260 ג'אול פוגע במעטפה ובדיור, מרגש את האלקטרונים. כאשר האלקטרונים חוזרים למסלולם הרגיל, הם משחררים קרינת גמא באנרגיה גבוהה החודרת לגרעיני הזהב והנחושת, ומשחררים נויטרונים החודרים לאטומי האורניום מתחת לשכבת הזהב ומפצלים אותם. (זהב ונחושת הפכו לרדיואקטיביים כתוצאה מהניסוי).
- בדיקות דומות בוצעו במעבדת רתרפורד אפלטון בבריטניה באמצעות 50 טרה -וואט (5 x 1012 וואטס) לייזר המכוון לצלחת טנטלום שמאחוריה חומרים שונים: אשלגן, כסף, אבץ ואורניום. חלק מהאטומים של כל החומרים הללו חולקו בהצלחה.
אַזהָרָה
- בנוסף לביקועים מסוימים של איזוטופים מסוימים המהירים מדי, פיצוצים קטנים יותר יכולים להרוס את החומר הניתן לביקע לפני שהפיצוץ יגיע לקצב התגובה המתמשך הצפוי.
- כמו כל ציוד אחר, פעל על פי נהלי הבטיחות הנדרשים, ואל תעשה דבר שנראה מסוכן. הזהר.
