Atome können Energie gewinnen oder verlieren, wenn sich ein Elektron von einer höheren Bahn in eine niedrigere Bahn um den Kern bewegt. Die Spaltung des Atomkerns wird jedoch viel mehr Energie freisetzen als die Energie, wenn Elektronen von einer höheren Umlaufbahn in eine niedrigere Umlaufbahn zurückkehren. Diese Energie kann für destruktive Zwecke oder für sichere und produktive Zwecke verwendet werden. Die Spaltung eines Atoms wird Kernspaltung genannt, ein Prozess, der 1938 entdeckt wurde; Die wiederholte Spaltung von Atomen bei der Spaltung wird als Kettenreaktion bezeichnet. Viele Leute haben zwar nicht die Ausrüstung, um dies zu tun, aber wenn Sie neugierig auf den Aufteilungsprozess sind, finden Sie hier eine Zusammenfassung.
Schritt
Teil 1 von 2: Grundlegende Atomspaltung
Schritt 1. Wählen Sie das richtige Isotop
Einige Elemente oder ihre Isotope unterliegen einem radioaktiven Zerfall. Allerdings sind nicht alle Isotope hinsichtlich ihrer Spaltbarkeit gleich. Das am häufigsten verwendete Uranisotop hat ein Atomgewicht von 238, besteht aus 92 Protonen und 146 Neutronen, aber sein Kern neigt dazu, Neutronen zu absorbieren, ohne sich in die kleineren Kerne anderer Elemente aufzuspalten. Ein Uranisotop mit drei Neutronen weniger, 235U, kann viel leichter zu spalten sein als Isotope 238U; Solche Isotope werden als spaltbare Stoffe bezeichnet.
Einige Isotope können sehr leicht gespalten werden, so schnell, dass eine kontinuierliche Spaltungsreaktion nicht aufrechterhalten werden kann. Dies wird als spontane Spaltung bezeichnet; Plutoniumisotop 240Pu ist ein Beispiel für dieses Isotop, im Gegensatz zum Isotop 239Pu mit einer langsameren Spaltungsrate.
Schritt 2. Besorgen Sie genügend Isotope, um sicherzustellen, dass die Spaltung nach der Spaltung des ersten Atoms fortgesetzt wird
Dies erfordert, dass eine gewisse minimale Menge an Isotopenmaterial aufgespalten wird, damit die Spaltungsreaktion stattfindet; Dieser Betrag wird als kritische Masse bezeichnet. Um die kritische Masse zu erreichen, ist Ausgangsmaterial für das Isotop erforderlich, um die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung zu erhöhen.
Manchmal ist es notwendig, die relative Menge an gespaltenem Isotopenmaterial in der Probe zu erhöhen, um sicherzustellen, dass eine kontinuierliche Spaltungsreaktion stattfinden kann. Dies wird als Anreicherung bezeichnet, und es gibt mehrere Methoden, um eine Probe anzureichern. (Informationen zu den Methoden zur Anreicherung von Uran finden Sie im wikiHow to Enrich Uranium.)
Schritt 3. Beschießen Sie den Kern des gespaltenen Isotopenmaterials wiederholt mit subatomaren Partikeln
Einzelne subatomare Teilchen können auf Atome treffen 235U, spaltet es in zwei separate Atome eines anderen Elements und setzt drei Neutronen frei. Diese drei Arten von subatomaren Partikeln werden häufig verwendet.
- Proton. Diese subatomaren Teilchen haben Masse und eine positive Ladung. Die Anzahl der Protonen in einem Atom bestimmt das Element des Atoms.
- Neutronen. Diese subatomaren Teilchen haben eine Masse als Protonen, aber keine Ladung.
- Alpha-Teilchen. Dieses Teilchen ist der Kern des Heliumatoms, ein Teil der Elektronen, die sich um ihn drehen. Dieses Teilchen besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen.
Teil 2 von 2: Atomspaltungsmethode
Schritt 1. Schießen Sie einen Atomkern (Kern) desselben Isotops auf einen anderen
Da dünne subatomare Teilchen schwer zu passieren sind, ist oft eine Kraft erforderlich, um die Teilchen aus ihren Atomen herauszudrücken. Eine Methode, dies zu tun, besteht darin, Atome eines bestimmten Isotops auf andere Atome desselben Isotops zu schießen.
Diese Methode wurde verwendet, um die Atombombe herzustellen 235U ist auf Hiroshima gefallen. Waffen wie Kanonen mit Urankern, die Atome abschießen 235U auf Atom 235Das andere U trägt das Material mit so hoher Geschwindigkeit, dass die freigesetzten Neutronen auf den Atomkern treffen 235ein anderes U und zerstöre es. Die Neutronen, die bei der Spaltung eines Atoms freigesetzt werden, können abwechselnd das Atom treffen und spalten 235andere u.
Schritt 2. Drücken Sie die Atomprobe fest zusammen und bringen Sie das Atommaterial näher zusammen
Manchmal zerfallen die Atome zu schnell, um aufeinander geschossen zu werden. In diesem Fall erhöht die Annäherung der Atome die Wahrscheinlichkeit, dass die freigesetzten subatomaren Teilchen andere Atome treffen und spalten.
Diese Methode wurde verwendet, um die Atombombe herzustellen 239Pu fiel auf Nagasaki. Gewöhnliche Explosionen umgeben die Plutoniummasse; bei der Detonation treibt die Explosion die Plutoniummasse an und trägt die Atome 239Pu nähert sich, sodass die freigesetzten Neutronen weiterhin Atome treffen und spalten 239andere pu.
Schritt 3. Erregen Sie die Elektronen mit einem Laserstrahl
Mit der Entwicklung des Petawatt-Lasers (1015 Watt) ist es nun möglich, Atome mit einem Laserstrahl zu spalten, um die Elektronen im Metall des radioaktiven Stoffes anzuregen.
- In einem Test im Jahr 2000 im Lawrence Livermore Laboratory in Kalifornien wurde Uran in Gold gehüllt und in einen Kupfertiegel gegeben. Ein Puls eines Infrarot-Laserstrahls von 260 Joule trifft auf die Hülle und das Gehäuse und regt die Elektronen an. Wenn die Elektronen auf ihre normale Umlaufbahn zurückkehren, setzen sie hochenergetische Gammastrahlung frei, die die Gold- und Kupferkerne durchdringt und Neutronen freisetzt, die die Uranatome unter der Goldschicht durchdringen und diese aufspalten. (Sowohl Gold als auch Kupfer wurden durch das Experiment radioaktiv.)
- Ähnliche Tests wurden am Rutherford Appleton Laboratory im Vereinigten Königreich mit 50 Terawatt (5 x 1012 Watt) Laser auf eine Tantalplatte mit verschiedenen Materialien dahinter gerichtet: Kalium, Silber, Zink und Uran. Ein Teil der Atome all dieser Materialien wurde erfolgreich gespalten.
Warnung
- Neben bestimmten zu schnellen Spaltungen bestimmter Isotope können kleinere Explosionen das spaltbare Material zerstören, bevor die Explosion die erwartete anhaltende Reaktionsgeschwindigkeit erreicht.
- Befolgen Sie wie bei jedem anderen Gerät die erforderlichen Sicherheitsverfahren und tun Sie nichts, was riskant erscheint. Vorsichtig sein.
