ატომებს შეუძლიათ ენერგიის მოპოვება ან დაკარგვა, როდესაც ელექტრონი უფრო მაღალი ორბიტიდან ბირთვის გარშემო ქვედა ორბიტაზე გადადის. ამასთან, ატომის ბირთვის გაყოფა გაცილებით მეტ ენერგიას გამოყოფს, ვიდრე ენერგია, როდესაც ელექტრონები უფრო დაბალი ორბიტაზე დაბრუნდებიან უმაღლესი ორბიტიდან. ეს ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას დესტრუქციული მიზნებისთვის ან უსაფრთხო და პროდუქტიული მიზნებისთვის. ატომის გაყოფას ეწოდება ბირთვული დაშლა, პროცესი აღმოაჩინეს 1938 წელს; ატომების განმეორებით გაყოფას ეწოდება ჯაჭვური რეაქცია. მიუხედავად იმისა, რომ ბევრ ადამიანს არ აქვს აღჭურვილობა ამის გასაკეთებლად, თუ გაინტერესებთ გაყოფის პროცესი, აქ არის მოკლე შინაარსი.
ნაბიჯი
2 ნაწილი 1: ძირითადი ატომური დაშლა
ნაბიჯი 1. აირჩიეთ სწორი იზოტოპი
ზოგიერთი ელემენტი ან მათი იზოტოპები განიცდიან რადიოაქტიურ დაშლას. თუმცა, ყველა იზოტოპი არ არის თანაბარი მათი დაშლის სიმარტივის თვალსაზრისით. ურანის ყველაზე ხშირად გამოყენებულ იზოტოპს აქვს ატომური წონა 238, რომელიც შედგება 92 პროტონისა და 146 ნეიტრონისგან, მაგრამ მისი ბირთვი ნეიტრონების შთანთქმისკენ მიდრეკილია სხვა ელემენტების უფრო მცირე ბირთვებში. ურანის იზოტოპი, რომელსაც აქვს სამი ნეიტრონი ნაკლები, 235U, გაცილებით ადვილი შეიძლება იყოს დაშლა, ვიდრე იზოტოპები 238U; ასეთ იზოტოპებს ეწოდება ნატეხი მასალები.
ზოგიერთი იზოტოპი შეიძლება დაიშალოს ძალიან მარტივად, ისე სწრაფად, რომ უწყვეტი გახლეჩის რეაქცია არ შენარჩუნდეს. ამას ეწოდება სპონტანური დაშლა; პლუტონიუმის იზოტოპი 240Pu არის ამ იზოტოპის მაგალითი, იზოტოპისგან განსხვავებით 239Pu ნელი დაშლის სიჩქარით.
ნაბიჯი 2. მიიღეთ საკმარისი იზოტოპები იმის უზრუნველსაყოფად, რომ დაშლა გაგრძელდება პირველი ატომის გაყოფის შემდეგ
ეს მოითხოვს გარკვეული მინიმალური რაოდენობის იზოტოპური მასალის გახსნას, რათა მოხდეს დაშლის რეაქცია; ამ რაოდენობას კრიტიკული მასა ეწოდება. კრიტიკული მასის მოპოვება მოითხოვს იზოტოპის წყაროს მასალას, რათა გაიზარდოს დაშლის ალბათობა.
ზოგჯერ, აუცილებელია ნიმუშში გაყოფილი იზოტოპური მასალის ფარდობითი რაოდენობის გაზრდა, რათა უზრუნველყოს უწყვეტი დაშლის რეაქცია. ამას ქვია გამდიდრება და არსებობს რამდენიმე მეთოდი, რომელიც გამოიყენება ნიმუშის გასამდიდრებლად. (ურანის გამდიდრებისთვის გამოყენებული მეთოდებისათვის იხილეთ ვიკი, როგორ გავამდიდროთ ურანი.)
ნაბიჯი 3. გაყოფილი იზოტოპური მასალის ბირთვს სროლა სუბატომიური ნაწილაკებით არაერთხელ
ერთ სუბატომურ ნაწილაკებს შეუძლიათ ატომების დარტყმა 235U, გაყოფა მას სხვა ელემენტის ორ ცალკეულ ატომად და გამოყოფს სამ ნეიტრონს. ამ სამი სახის სუბატომიური ნაწილაკები ხშირად გამოიყენება.
- პროტონი. ამ სუბატომურ ნაწილაკებს აქვთ მასა და დადებითი მუხტი. პროტონების რაოდენობა ატომში განსაზღვრავს ატომის ელემენტს.
- ნეიტრონები. ამ სუბატომურ ნაწილაკებს აქვთ პროტონების მასა, მაგრამ არ აქვთ მუხტი.
- ალფა ნაწილაკები. ეს ნაწილაკი არის ჰელიუმის ატომის ბირთვი, ელექტრონების ნაწილი, რომელიც ბრუნავს მის გარშემო. ეს ნაწილაკი შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან.
ნაწილი 2 2: ატომური დაშლის მეთოდი
ნაბიჯი 1. ერთი და იმავე იზოტოპის ერთი ატომური ბირთვი (ბირთვი) ესროლეთ მეორეს
რადგან სუსტი სუბატომიური ნაწილაკების გავლა რთულია, ხშირად საჭიროა ძალა, რომელიც აიძულებს ნაწილაკებს მათი ატომებიდან. ამის ერთ -ერთი მეთოდია მოცემული იზოტოპის ატომების სროლა იმავე იზოტოპის სხვა ატომებზე.
ეს მეთოდი გამოიყენებოდა ატომური ბომბის შესაქმნელად 235U დაეცა ჰიროსიმაზე. იარაღი, როგორიცაა იარაღი ურანის ბირთვით, რომელიც ისვრის ატომებს 235U ატომზე 235მეორე U, ატარებს მასალას ისეთი დიდი სიჩქარით, რომ იწვევს გამოთავისუფლებული ნეიტრონები ატომის ბირთვს 235სხვა U და გაანადგურე იგი. ატომის გაყოფისას გამოთავისუფლებული ნეიტრონები შეიძლება რიგრიგობით მოხვდნენ და გაიყონ ატომი 235სხვა უ.
ნაბიჯი 2. მჭიდროდ გაწურეთ ატომური ნიმუში, ატომური მასალა ერთმანეთთან ახლოს მიიტანეთ
ხანდახან ატომები ძალიან სწრაფად იშლება ერთმანეთის გასროლაზე. ამ შემთხვევაში, ატომების ერთმანეთთან დაახლოება ზრდის გათავისუფლებული სუბატომური ნაწილაკების სხვა ატომების დარტყმისა და გაყოფის შანსებს.
ეს მეთოდი გამოიყენებოდა ატომური ბომბის შესაქმნელად 239პუ დაეცა ნაგასაკიზე. ჩვეულებრივი აფეთქებები გარს პლუტონიუმის მასას; აფეთქების დროს აფეთქება იწვევს პლუტონიუმის მასას, ატარებს ატომებს 239Pu უახლოვდება ისე, რომ გამოთავისუფლებული ნეიტრონები განაგრძობენ ატომების დარტყმას და გაყოფას 239სხვა pu.
ნაბიჯი 3. ამოიღეთ ელექტრონები ლაზერული სხივით
პეტავატ ლაზერის შემუშავებით (1015 ვატი), ახლა უკვე შესაძლებელია ატომების გაყოფა ლაზერული სხივის გამოყენებით, რათა აღელვდეს ელექტრონები ლითონში, რომელიც მოიცავს რადიოაქტიურ ნივთიერებას.
- 2000 წელს კალიფორნიის ლოურენს ლივერმორის ლაბორატორიაში ჩატარებულმა ტესტმა ურანი ოქროში შეახვიეს და სპილენძის ქვაბში მოათავსეს. 260 ჯოულის ინფრაწითელი ლაზერული სხივის პულსი მოხვდება კონვერტში და კორპუსში, აღელვებს ელექტრონებს. ელექტრონები ნორმალურ ორბიტაზე ბრუნდებიან, ისინი ათავისუფლებენ მაღალი ენერგიის გამა გამოსხივებას, რომელიც შეაღწევს ოქროსა და სპილენძის ბირთვებს, ათავისუფლებს ნეიტრონებს, რომლებიც შედიან ურანის ატომებში ოქროს ფენის ქვეშ და ყოფს მათ. (ოქროც და სპილენძიც რადიოაქტიური გახდა ექსპერიმენტის შედეგად.)
- მსგავსი ტესტები ჩატარდა გაერთიანებული სამეფოს რეზერფორდ აპლეტონის ლაბორატორიაში 50 ტერავატის გამოყენებით (5 x 1012 ვატი) ლაზერი მიზნად ისახავდა ტანტალის ფირფიტას მის უკან სხვადასხვა მასალით: კალიუმი, ვერცხლი, თუთია და ურანი. ყველა ამ მასალის ატომების ნაწილი წარმატებით გაიყო.
გაფრთხილება
- გარდა იმისა, რომ გარკვეული იზოტოპები ძალიან სწრაფია, მცირე აფეთქებებმა შეიძლება გაანადგურონ დაშლილი მასალა, სანამ აფეთქება არ მიაღწევს მდგრადი რეაქციის სიჩქარეს.
- ნებისმიერი სხვა აღჭურვილობის მსგავსად, დაიცავით უსაფრთხოების აუცილებელი პროცედურები და არ გააკეთოთ ისეთი რამ, რაც სარისკო ჩანს. Ფრთხილად იყავი.
