Как расщепить атом

Атомы могут приобретать или терять энергию, когда электроны переходят на более высокие или низкие орбиты вокруг ядра. Расщепление же атомного ядра приводит к высвобождению намного большего количества энергии по сравнению с процессом перехода электрона на более низкую орбиту. Такое расщепление называется ядерным делением, а процесс деления ядер группы атомов называется цепной реакцией. Этот процесс невозможно осуществить в домашних условиях. Для него требуется лаборатория или ядерный реактор с соответствующим оборудованием.

Метод 1

Метод 1 из 3:

Бомбардировка радиоактивных изотопов

Загрузить PDF

1
Выберите подходящий изотоп. Некоторые элементы или изотопы претерпевают радиоактивный распад, при этом различные изотопы могут вести себя по-разному. Наиболее распространенный изотоп урана имеет атомный вес 238 и состоит из 92 протонов и 146 нейтронов, но его ядра обычно поглощают нейтроны без расщепления на ядра более легких элементов. Изотоп урана, ядро которого содержит на три нейтрона меньше, ²³⁵U, расщепляется намного легче, чем ²³⁸U, его называют делящимся изотопом.^{[1]XИсточник информации}
- При расщеплении (делении) урана высвобождается три нейтрона, которые сталкиваются с другими атомами урана, в результате чего возникает цепная реакция.
- Некоторые изотопы расщепляются настолько легко и быстро, что невозможно поддерживать постоянную ядерную реакцию. Это явление называется спонтанным, или самопроизвольным, распадом. Например, такому распаду подвержен изотоп плутония ²⁴⁰Pu, в отличие от ²³⁹Pu с меньшей скоростью деления.
Чтобы реакция продолжилась после распада первого атома, следует собрать достаточно изотопа. Для этого необходимо иметь определенное минимальное количество делящегося изотопа, который будет поддерживать реакцию. Это количество называют критической массой. Чтобы достичь критической массы и повысить вероятность распада, требуется достаточное количество исходного материала.^{[2]XИсточник информации}
3
Выстрелите одним атомным ядром изотопа в другое ядро того же изотопа. Поскольку в свободном виде субатомные частицы встречаются довольно редко, часто необходимо отделить их от атомов, содержащих эти частицы. Один из способов сделать это заключается в том, чтобы выстрелить одним атомом изотопа по другому такому же атому.^{[3]XИсточник информации}
- Этот метод был использован для создания атомной бомбы из ²³⁵U, которая была сброшена на Хиросиму. Похожее на пушку орудие с урановым сердечником выстреливало атомы ²³⁵U в мишень из таких же атомов ²³⁵U. Атомы летели достаточно быстро, чтобы выделявшиеся из них нейтроны проникали в ядра других атомов ²³⁵U и расщепляли их. При расщеплении, в свою очередь, высвобождались нейтроны, которые расщепляли следующие атомы ²³⁵U.
4
Обстреляйте ядра делящегося изотопа субатомными частицами. Одиночная субатомная частица может попасть в атом ²³⁵U и расщепить его на два отдельных атома других элементов, при этом выделятся три нейтрона. Субатомные частицы можно получить из контролируемого источника (например, нейтронной пушки) или создать в результате столкновения ядер. Обычно используют три вида субатомных частиц.^{[4]XИсточник информации}
- Протоны. Эти субатомные частицы обладают массой и положительным электрическим зарядом. Количество протонов в атоме определяет, атомом какого элемента он является.
- Нейтроны. Масса этих субатомных частиц равна массе протона, но они нейтральны (не имеют электрического заряда).
- Альфа-частицы. Эти частицы являются свободными от электронов ядрами атомов гелия. Они состоят из двух протонов и двух нейтронов.
Реклама

Метод 2

Метод 2 из 3:

Сжатие радиоактивных материалов

Загрузить PDF

Вам потребуется достаточно исходного материала, чтобы обеспечить поддерживающуюся реакцию деления. Учтите, что в определенной массе какого-либо элемента (например, плутония) будет присутствовать несколько изотопов. Следует рассчитать количество необходимого изотопа в образце.^{[5]XИсточник информации}
2
Обогатите материал образца. Иногда необходимо увеличить относительное количество делящегося изотопа в образце, чтобы обеспечить поддерживающуюся реакцию деления. Это называется обогащением. Есть несколько способов обогащения радиоактивных материалов, в том числе:^{[6]XИсточник информации}
- диффузия газов;
- центрифугирование;
- электромагнитная сепарация;
- термическая диффузия жидкости.
3
Сильно сожмите образец материала, так чтобы делящиеся атомы сблизились. Иногда атомы распадаются слишком быстро сами по себе и не успевают взаимодействовать. В этом случае сближение атомов увеличивает вероятность того, что высвобожденные субатомные частицы долетят до соседних атомов и расщепят их. Сжать образец с делящимися атомами ²³⁹Pu можно при помощи взрыва.^{[7]XИсточник информации}
- Данный метод был использован при создании атомной бомбы из ²³⁹Pu, которая была сброшена на Нагасаки. Плутоний был сжат при помощи расположенной вокруг него обычной взрывчатки, в результате чего атомы ²³⁹Pu сблизились достаточно, чтобы выделяющиеся нейтроны долетали до соседних атомов и расщепляли их.
Реклама

Метод 3

Метод 3 из 3:

Расщепление атомов лазером

Загрузить PDF

Поместите радиоактивный материал в корпус из золота. Закрепите корпус в медном держателе. Учтите, что после начала распада радиоактивными станут как делящийся материал, так и металлы.^{[8]XИсточник информации}
С появлением петаваттных (10¹⁵ ватт) лазеров стало возможным расщеплять атомы лазерным излучением за счет возбуждения электронов в металлической оболочке, внутри которой заключен радиоактивный материал. Можно также возбудить электроны в металле с помощью 50-тераваттного (5 x 10¹² ватт) лазера.^{[9]XИсточник информации}
Когда электроны начнут возвращаться на свои обычные орбиты, они выделят высокоэнергетическое гамма-излучение, которое проникнет в ядра золота и меди. В результате из ядер высвободятся нейтроны. Эти нейтроны столкнутся с расположенными под золотом атомами урана и расщепят их.^{[10]XИсточник информации}
Реклама

Предупреждения

Радиоактивное излучение смертельно опасно. Для защиты от него существуют специальные правила и приспособления. Держитесь на безопасном расстоянии от радиоактивных материалов.
Проводить подобные эксперименты самостоятельно запрещено законом.
Подобные опыты могут привести к мощному взрыву.
Как и с любым другим оборудованием, следует соблюдать правила безопасности и не делать ничего рискованного.
Подобными экспериментами следует заниматься в соответствующем учреждении, например на ядерном реакторе или в физической лаборатории.