Gli atomi possono guadagnare o perdere energia quando un elettrone si sposta da un'orbita più alta a un'orbita più bassa attorno al nucleo. Tuttavia, la scissione del nucleo di un atomo rilascerà molta più energia dell'energia quando gli elettroni ritornano in un'orbita inferiore da un'orbita più alta. Quell'energia può essere utilizzata per scopi distruttivi o per scopi sicuri e produttivi. La scissione di un atomo si chiama fissione nucleare, un processo scoperto nel 1938; La scissione ripetuta degli atomi nella fissione è chiamata reazione a catena. Sebbene molte persone non abbiano l'attrezzatura per farlo, se sei curioso del processo di divisione, ecco un riepilogo.
Fare un passo
Parte 1 di 2: fissione atomica di base
Passaggio 1. Scegli l'isotopo giusto
Alcuni elementi o i loro isotopi subiscono un decadimento radioattivo. Tuttavia, non tutti gli isotopi sono uguali in termini di facilità di scissione. L'isotopo dell'uranio più utilizzato, ha un peso atomico di 238, composto da 92 protoni e 146 neutroni, ma il suo nucleo tende ad assorbire neutroni senza scindersi nei nuclei più piccoli degli altri elementi. Un isotopo dell'uranio che ha tre neutroni in meno, 235U, può essere molto più facile da scindere rispetto agli isotopi 238tu; Tali isotopi sono chiamati materiali fissili.
Alcuni isotopi possono essere scissi molto facilmente, così rapidamente da non poter mantenere una reazione di fissione continua. Questo è chiamato fissione spontanea; isotopo di plutonio 240Pu è un esempio di quell'isotopo, a differenza dell'isotopo 239Pu con un tasso di fissione più lento.
Passaggio 2. Ottieni abbastanza isotopi per garantire che la fissione continui dopo la divisione del primo atomo
Ciò richiede che una certa quantità minima di materiale isotopico venga scissa perché avvenga la reazione di fissione; Questa quantità è chiamata massa critica. Guadagnare massa critica richiede materiale sorgente per l'isotopo, per aumentare le possibilità che si verifichi la fissione.
A volte, è necessario aumentare la quantità relativa di materiale isotopico diviso nel campione per garantire che possa verificarsi una reazione di fissione continua. Questo è chiamato arricchimento e ci sono diversi metodi usati per arricchire un campione. (Per i metodi utilizzati per arricchire l'uranio, consulta il wikiHow Come arricchire l'uranio.)
Passaggio 3. Sparare ripetutamente il nucleo del materiale dell'isotopo diviso con particelle subatomiche
Le singole particelle subatomiche possono colpire gli atomi 235U, dividendolo in due atomi separati di un altro elemento e rilasciando tre neutroni. Questi tre tipi di particelle subatomiche sono spesso usati.
- Protone. Queste particelle subatomiche hanno massa e carica positiva. Il numero di protoni in un atomo determina l'elemento dell'atomo.
- neutroni. Queste particelle subatomiche hanno massa come protoni ma non hanno carica.
- Particelle alfa. Questa particella è il nucleo dell'atomo di elio, parte degli elettroni che gli ruotano attorno. Questa particella è composta da due protoni e due neutroni.
Parte 2 di 2: Metodo di fissione atomica
Passaggio 1. Spara un nucleo atomico (nucleo) dello stesso isotopo su un altro
Poiché le particelle subatomiche tenui sono difficili da attraversare, spesso è necessaria una forza per forzare le particelle fuori dai loro atomi. Un metodo per farlo è sparare atomi di un dato isotopo ad altri atomi dello stesso isotopo.
Questo metodo è stato utilizzato per creare la bomba atomica 235Sei caduto su Hiroshima. Armi come pistole con nuclei di uranio, che sparano atomi 235U sull'atomo 235L'altra U, trasporta il materiale a una velocità così elevata da far sì che i neutroni rilasciati colpiscano il nucleo dell'atomo 235un'altra U e distruggila. I neutroni rilasciati quando un atomo si divide possono a turno colpire e dividere l'atomo 235altro U.
Passaggio 2. Stringere saldamente il campione atomico, avvicinando il materiale atomico
A volte, gli atomi decadono troppo velocemente per essere sparati l'uno contro l'altro. In questo caso, avvicinare gli atomi aumenta le possibilità che le particelle subatomiche liberate colpiscano e dividano altri atomi.
Questo metodo è stato utilizzato per creare la bomba atomica 239Pu è sceso su Nagasaki. Esplosioni ordinarie circondano la massa di plutonio; quando detonata, l'esplosione spinge la massa di plutonio, portando gli atomi 239Pu si avvicina in modo che i neutroni rilasciati continuino a colpire e dividere gli atomi 239altro pu.
Passaggio 3. Eccitare gli elettroni con un raggio laser
Con lo sviluppo del laser petawatt (1015 watt), è ora possibile dividere gli atomi usando un raggio laser per eccitare gli elettroni nel metallo che racchiude la sostanza radioattiva.
- In un test del 2000 al Lawrence Livermore Laboratory in California, l'uranio è stato avvolto nell'oro e posto in un crogiolo di rame. Un impulso di raggio laser infrarosso di 260 joule colpisce l'involucro e l'alloggiamento, eccitando gli elettroni. Quando gli elettroni ritornano alle loro orbite normali, rilasciano radiazioni gamma ad alta energia che penetrano nei nuclei di oro e rame, rilasciando neutroni che penetrano negli atomi di uranio sotto lo strato d'oro e li separano. (Sia l'oro che il rame sono diventati radioattivi come risultato dell'esperimento.)
- Test simili sono stati effettuati presso il Rutherford Appleton Laboratory nel Regno Unito utilizzando 50 terawatt (5 x 1012 watt) laser puntato su una lastra di tantalio con vari materiali dietro: potassio, argento, zinco e uranio. Parte degli atomi di tutti questi materiali è stata divisa con successo.
Avvertimento
- Oltre a certe fissioni di certi isotopi che sono troppo veloci, esplosioni più piccole possono distruggere il materiale fissile prima che l'esplosione raggiunga la velocità di reazione sostenuta prevista.
- Come con qualsiasi altra attrezzatura, segui le procedure di sicurezza richieste e non fare nulla che possa sembrare rischioso. Stai attento.
