Як розщепити атом

Вистріліть одним ядром ізотопу в інше атомне ядро ​​того ж ізотопу. Оскільки отримання вільних субатомних частинок пов'язано з певними труднощами, часто буває необхідним вибити їх з атомів, до складу яких вони входять. Один з методів зробити це - зіштовхнути атоми одного і того ж ізотопу на великій швидкості. Цей метод був використаний для отримання 235U атомної бомби, скинутої на Хіросіму. Схоже на гармату пристрій з сердечником з 235U вистрілювало цей ізотоп в інший фрагмент, також містить атоми 235U, причому вироблялося це зі швидкістю, достатньою для вивільнення нейтронів, які буквально падали на інші ядра ізотопу 235U і викликали їх розподіл. Вивільнені при такому спровоковане розпаді нейтрони, в свою чергу, стикалися з іншими ядрами атомів 235U, і так далі.

Атоми можуть придбавати або втрачати енергію, коли електрони переходять на більш високі або низькі орбіти навколо ядра. Розщеплення ж атомного ядра призводить до вивільнення набагато більшої кількості енергії в порівнянні з процесом переходу електрона на більш низьку орбіту, і ця енергія може бути використана як в руйнівних, так і в мирних і творчих цілях. Таке розщеплення атомного ядра називається ядерним діленням, і цей процес був відкритий в 1938 році; процес ділення ядер групи атомів називається ланцюговою реакцією.

Виберіть правильний ізотоп. Деякі елементи або ізотопи елементів схильні до радіоактивного розпаду. Однак не всі ізотопи поводяться однаково при розщепленні ядра. Найбільш поширений ізотоп урану має атомний вага 238 і складається з 92 протонів і 146 нейтронів, але ядра його атомів зазвичай поглинають нейтрони і при цьому не розпадаються на більш легкі ядра інших елементів. Ізотоп урану, ядра якого містять на 3 нейтрона менше, 235U, набагато легше розщеплюється в порівнянні з ізотопом 238U; такі легко розщеплюються ізотопи називають діляться. Деякі ізотопи розщеплюються занадто легко і настільки швидко, що підтримувати в них постійну ланцюгову реакцію стає неможливо. Такий процес називають мимовільним поділом; прикладом може служити ізотоп плутонію 240Pu; на відміну від нього, ізотоп 239Pu має набагато меншу швидкість розпаду.

Добудьте достатню кількість ізотопу для того, щоб реакція розпаду тривала після розщеплення першого атома. Для того, щоб реакція була самовідтворюється, необхідна певна мінімальна кількість ізотопу, що ділиться; це кількість називається критичною масою. Для досягнення критичної маси потрібно досить матеріалу, що містить необхідний ізотоп - чим більше цього матеріалу, тим частіше в ньому відбувається розпад ядер. Іноді буває необхідним підвищити концентрацію ізотопу, що ділиться в зразку для того, щоб в ньому почалася стійка реакція. Це називається збагаченням, і існує кілька методів збагатити матеріал.

Бомбардир ядра ізотопу, що ділиться субатомними частинками. Субатомна частка може зіткнутися з атомом 235U, розщепивши його на два окремі атоми інших елементів з вивільненням трьох нейтронів. Як правило, для цього використовують три типи субатомних частинок. Протони. Ці субатомні частинки мають масу спокою і позитивним електричним зарядом. Число протонів в атомному ядрі визначає приналежність даного атома до того чи іншого хімічного елементу. Нейтрони. Ці субатомні частинки мають масу спокою, приблизно рівній масі протона, і не мають електричного заряду. Альфа-частинки. Дані частки є ядрами атомів гелію, позбавленими електронних оболонок. Вони складаються з двох протонів і двох нейтронів.

Сильно стисніть групу атомів, в результаті атоми ізотопу, що ділиться наблизяться один до одного. Іноді атоми розпадаються мимовільно занадто швидко, не встигаючи провзаємодіяти з іншими атомами. У цьому випадку зменшення відстані між ними збільшує ймовірність того, що субатомні частинки, що виділилися при розпаді одного атома, досягнутий інших атомів і розщеплять їх. Цей метод був використаний при створенні 239Pu атомної бомби, скинутої на Нагасакі. Певну масу плутонію оточили звичайної вибухівкою, яка, здетонувала, стиснула плутоній, зблизивши атоми 239Pu один з одним досить для того, щоб вивільняються при розпаді нейтрони досягали інших атомів 239Pu і розщеплює їх.

260963 260964 260965 260966 260967

Крім випадку занадто швидко розпадаються ізотопів, реакції може перешкодити і те, що в результаті невеликого вибуху, що ділиться, розпадеться на частини, перш ніж почнеться самовідтворювана реакція.