يمكن للذرات أن تكتسب أو تفقد الطاقة عندما يتحرك الإلكترون من مدار أعلى إلى مدار منخفض حول النواة. ومع ذلك ، فإن تقسيم نواة الذرة سيطلق طاقة أكثر بكثير من الطاقة عندما تعود الإلكترونات إلى مدار منخفض من مدار أعلى. يمكن استخدام هذه الطاقة لأغراض مدمرة أو لأغراض آمنة ومنتجة. انقسام الذرة يسمى الانشطار النووي ، وهي عملية اكتشفت عام 1938. يسمى الانقسام المتكرر للذرات في الانشطار بالتفاعل المتسلسل. في حين أن العديد من الأشخاص ليس لديهم المعدات اللازمة للقيام بذلك ، إذا كنت مهتمًا بعملية التقسيم ، فإليك ملخصًا.
خطوة
جزء 1 من 2: الانشطار الذري الأساسي
الخطوة 1. اختر النظير الصحيح
تخضع بعض العناصر أو نظائرها للاضمحلال الإشعاعي. ومع ذلك ، لا تتساوى جميع النظائر من حيث سهولة انقسامها. أكثر نظائر اليورانيوم استخدامًا ، يبلغ وزنها الذري 238 ، ويتكون من 92 بروتونًا و 146 نيوترونًا ، لكن نواتها تميل إلى امتصاص النيوترونات دون الانقسام إلى نوى أصغر لعناصر أخرى. أحد نظائر اليورانيوم التي تحتوي على ثلاثة نيوترونات أقل ، 235U ، يمكن أن يكون أكثر سهولة في الالتصاق من النظائر 238يو ؛ تسمى هذه النظائر بالمواد الانشطارية.
يمكن شطر بعض النظائر بسهولة شديدة ، بحيث لا يمكن الحفاظ على تفاعل الانشطار المستمر. وهذا ما يسمى الانشطار التلقائي. نظير البلوتونيوم 240Pu هو مثال على هذا النظير ، على عكس النظير 239Pu مع معدل انشطار أبطأ.
الخطوة الثانية: احصل على نظائر كافية لضمان استمرار الانشطار بعد انقسام الذرة الأولى
وهذا يتطلب قدرًا أدنى معينًا من المادة النظيرية ليتم شطرها حتى يحدث تفاعل الانشطار ؛ هذا المقدار يسمى الكتلة الحرجة. يتطلب اكتساب الكتلة الحرجة مادة مصدر للنظير ، لزيادة فرص حدوث الانشطار.
في بعض الأحيان ، من الضروري زيادة الكمية النسبية للمادة النظيرية المنقسمة في العينة لضمان إمكانية حدوث تفاعل انشطاري مستمر. هذا يسمى الإثراء ، وهناك عدة طرق تستخدم لإثراء العينة. (للاطلاع على الطرق المستخدمة في تخصيب اليورانيوم ، انظر wikiHow كيفية تخصيب اليورانيوم.)
الخطوة 3. إطلاق النار على نواة مادة نظير الانقسام مع الجسيمات دون الذرية بشكل متكرر
يمكن للجسيمات دون الذرية المفردة أن تصطدم بالذرات 235U ، يقسمها إلى ذرتين منفصلتين لعنصر آخر وإطلاق ثلاثة نيوترونات. غالبًا ما تستخدم هذه الأنواع الثلاثة من الجسيمات دون الذرية.
- بروتون. هذه الجسيمات دون الذرية لها كتلة وشحنة موجبة. يحدد عدد البروتونات في الذرة عنصر الذرة.
- نيوترونات. هذه الجسيمات دون الذرية لها كتلة مثل البروتونات ولكن ليس لها شحنة.
- جسيمات ألفا. هذا الجسيم هو نواة ذرة الهيليوم ، وهي جزء من الإلكترونات التي تدور حولها. يتكون هذا الجسيم من بروتونين ونيوترونين.
جزء 2 من 2: طريقة الانشطار الذري
الخطوة 1. أطلق النار على نواة ذرية (نواة) من نفس النظير على أخرى
نظرًا لصعوبة مرور الجسيمات دون الذرية الضعيفة ، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى قوة لإخراج الجسيمات من ذراتها. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في إطلاق ذرات نظير معين على ذرات أخرى من نفس النظير.
تم استخدام هذه الطريقة لصنع القنبلة الذرية 235أسقطت على هيروشيما. أسلحة مثل البنادق ذات قلب اليورانيوم التي تطلق الذرات 235يو على الذرة 235الأخرى U ، تحمل المادة بسرعة عالية تجعل النيوترونات المحررة تصطدم بنواة الذرة 235يو آخر وتدميره. يمكن للنيوترونات التي يتم إطلاقها عند انقسام الذرة أن تتناوب في ضرب الذرة وتقسيمها 235أخرى U.
الخطوة 2. قم بضغط العينة الذرية بإحكام ، لتقريب المادة الذرية من بعضها
في بعض الأحيان ، تتحلل الذرات بسرعة كبيرة بحيث لا يمكن إطلاقها على بعضها البعض. في هذه الحالة ، فإن تقريب الذرات من بعضها يزيد من فرص إصابة الجسيمات دون الذرية المحررة بالذرات الأخرى وانقسامها.
تم استخدام هذه الطريقة لصنع القنبلة الذرية 239سقط بو على ناغازاكي. انفجارات عادية تحيط بكتلة البلوتونيوم. عندما انفجر ، يدفع الانفجار كتلة البلوتونيوم حاملاً الذرات 239يقترب Pu بحيث تستمر النيوترونات المحررة في ضرب الذرات وانقسامها 239بو الأخرى.
الخطوة 3. إثارة الإلكترونات بشعاع الليزر
مع تطور ليزر بيتاوات (1015 watts) ، فمن الممكن الآن تقسيم الذرات باستخدام شعاع الليزر لإثارة الإلكترونات في المعدن الذي يغلف المادة المشعة.
- في اختبار عام 2000 في مختبر لورانس ليفرمور في كاليفورنيا ، تم تغليف اليورانيوم بالذهب ووضعه في بوتقة نحاسية. تضرب نبضة من شعاع الليزر تحت الأحمر بمقدار 260 جول الغلاف والمبيت ، مما يثير الإلكترونات. عندما تعود الإلكترونات إلى مداراتها الطبيعية ، فإنها تطلق أشعة غاما عالية الطاقة التي تخترق نوى الذهب والنحاس ، وتطلق نيوترونات تخترق ذرات اليورانيوم أسفل طبقة الذهب وتفصلها عن بعضها. (أصبح كل من الذهب والنحاس مشعًا نتيجة للتجربة).
- تم إجراء اختبارات مماثلة في مختبر Rutherford Appleton في المملكة المتحدة باستخدام 50 تيراواط (5 × 1012 وات) ليزر موجه إلى صفيحة التنتالوم وخلفها مواد مختلفة: البوتاسيوم ، والفضة ، والزنك ، واليورانيوم. تم تقسيم جزء من ذرات كل هذه المواد بنجاح.
تحذير
- بالإضافة إلى بعض الانشقاقات لبعض النظائر السريعة جدًا ، يمكن للانفجارات الصغيرة أن تدمر المادة الانشطارية قبل أن يصل الانفجار إلى معدل التفاعل المستدام المتوقع.
- كما هو الحال مع أي معدات أخرى ، اتبع إجراءات السلامة المطلوبة ، ولا تفعل أي شيء يبدو محفوفًا بالمخاطر. كن حذرا.
