איך לפצל אטום?
ישנן שלוש דרכים לפצל אטום, הידוע גם בשם יצירת ביקוע גרעיני. ראשית, תצטרך להפציץ איזוטופ רדיואקטיבי שניתן לפיצול בקלות, כמו אורניום -235, עם חלקיקים תת אטומיים כמו פרוטונים או נויטרונים. אתה יכול גם לפצל אטום על ידי דחיסת מסה קריטית של אטומים רדיואקטיביים, ולקרב אותם כל כך קרוב עד כי החלקיקים התת אטומיים שלהם יפגעו זה בזה. אם אתה רוצה ללמוד כיצד לפצל אטומים באמצעות לייזר, המשך לקרוא את המאמר!
אם תכניס אטום אורניום 235 לחוט נחושת ותוסיף זרם, האם זרם האלקטרונים יפצל את אטום האורניום?
אטומים יכולים לצבור או לאבד אנרגיה כאשר אלקטרון נע ממסלול גבוה יותר למסלול נמוך יותר סביב הגרעין. פיצול גרעין האטום, לעומת זאת, משחרר אנרגיה רבה בהרבה מזו של אלקטרון החוזר למסלול נמוך יותר ממסלול גבוה יותר. פיצול אטום נקרא ביקוע גרעיני, ופיצול חוזר של אטומים בביקוע נקרא תגובת שרשרת. ביקוע גרעיני מתבצע בתחנות כוח במטרה ליצור אנרגיה. מדענים מפצלים אטומים במטרה ללמוד אטומים ואת החלקים הקטנים יותר אליהם הם פורצים. זה לא תהליך שניתן לבצע בבית. אתה יכול לבצע ביקוע גרעיני רק במעבדה או במפעל גרעיני המצויד כהלכה.
שיטה 1 מתוך 3: הפצצת איזוטופים רדיואקטיביים
- 1בחר את האיזוטופ הנכון. לא כל האיזוטופים נוצרים שווים כשמדובר בפיצול בקלות. לאיזוטופ הנפוץ ביותר של אורניום משקל אטומי הוא 238, המורכב מ- 92 פרוטונים ו- 146 נויטרונים, אך גרעינים אלה נוטים לספוג נויטרונים מבלי להתפצל לגרעינים קטנים יותר של יסודות אחרים. איזוטופ של אורניום עם 3 נויטרונים פחות, 235 U, יכול להתפצל בקלות רבה יותר מאשר 238 U; איזוטופ כזה נקרא בקע.
- כאשר אורניום מתפצל (עובר ביקוע) הוא משחרר 3 נויטרונים המתנגשים באטומי אורניום אחרים וכך נוצר תגובת שרשרת.
- ניתן לפצל איזוטופים מסוימים בקלות יתרה, כל כך מהר שלא ניתן לשמור על תגובת ביקוע מתמשכת. זה נקרא ביקוע ספונטני; איזוטופ הפלוטוניום 240 פו הוא איזוטופ כזה, בניגוד לאיזוטופ 239 פו עם קצב ביקוע איטי יותר.
- 2קבל מספיק מהאיזוטופ כדי להבטיח ביקוע יימשך לאחר פיצול האטום הראשון. לשם כך יש צורך בכמות מינימלית מסוימת של האיזוטופ הבסיסי כדי להפוך את תגובת הביקוע לקיימת; זה נקרא מסה קריטית. השגת מסה קריטית דורשת מספיק חומר מקור לאיזוטופ בכדי להגדיל את הסיכוי להתרסקות ביקוע.
- 3אש גרעין אטומי אחד מאותו איזוטופ על אחר. מכיוון שקשה להשיג חלקיקים תת-אטומיים רופפים, לעתים קרובות יש צורך לכפות אותם מהאטומים שהם חלק מהם. אחת השיטות לעשות זאת היא ירי אטומים של איזוטופ נתון כנגד אטומים אחרים של אותו איזוטופ.
- שיטה זו שימשה ליצירת פצצת האטום 235 U שהוטלה על הירושימה. כלי נשק דמוי אקדח עם ליבת אורניום ירה אטומי 235 U לעבר פיסת חומר אחרת הנושאת 235 U במהירות מספקת בכדי שהניטרונים שהם שחררו נטרקים באופן טבעי בגרעינים של אטומי 235 U אחרים וישברו אותם. הנויטרונים שמשתחררים כאשר האטומים התפצלו, היו בתורם מכה ומפצלים 235 אטומים אחרים. התוצאה הסופית הייתה פיצוץ אדיר.
- 4להפציץ את גרעיני האיזוטופ הבסיסי עם חלקיקים תת אטומיים. חלקיק תת-אטומי יחיד יכול לפגוע באטום של 235 U, לפצל אותו ל -2 אטומים נפרדים של יסודות אחרים ולשחרר 3 נויטרונים. חלקיקים אלה יכולים להגיע ממקור מתון (למשל אקדח נויטרונים) או שהם יכולים להיווצר כאשר גרעינים מתנגשים. משתמשים בדרך כלל בשלושה סוגים של חלקיקים תת-אטומיים.
- פרוטונים. לחלקיקים תת אטומיים אלה יש מסה ומטען חיובי. מספר הפרוטונים באטום קובע איזה יסוד האטום הוא.
- נויטרונים. לחלקיקים תת אטומיים אלה יש את המסה כפרוטונים אך ללא מטען.
- חלקיקי אלפא. חלקיקים אלה הם הגרעינים של אטומי הליום, שנרתקים מהאלקטרונים המקיפים אותם. הם מורכבים משני פרוטונים ו -2 נויטרונים.
כמה אנרגיה משתחררת כאשר אטום מפוצל?
שיטה 2 מתוך 3: דחיסת חומרים רדיואקטיביים
- 1השג מסה קריטית של איזוטופ רדיואקטיבי. תזדקק למספיק חומר גלם בכדי לוודא כי הביקוע נמשך. זכור כי במדגם נתון של אלמנט כלשהו (פלוטוניום למשל), יהיה לך יותר מאיזוטופ אחד. וודא שחישבת כמה מהאיזוטופ הבסיסי הרצוי נמצא במדגם שלך.
- 2העשיר את האיזוטופ. לפעמים, יש צורך להגדיל את הכמות היחסית של איזוטופ בקיע במדגם כדי להבטיח התרחשות ביקוע בר - קיימא. זה נקרא העשרה. ישנן מספר דרכים להעשיר חומרים רדיואקטיביים. כמה מהם הם:
- דיפוזיה בגז
- סרכזת
- הפרדה אלקטרומגנטית
- דיפוזיה תרמית נוזלית
- 3סוחטים את הדגימה האטומית היטב ומקרבים אטומי בקיעים זה לזה. לפעמים אטומים מתפוררים בכוחות עצמם מהר מדי מכדי שהם יורים זה על זה. במקרה זה, קירוב האטומים זה לזה מגדיל את הסיכוי לחלקיקים תת-אטומיים המשתחררים להכות ולפצל אטומים אחרים. ניתן לעשות זאת על ידי שימוש בחומרי נפץ בכדי לאלץ את אטומי הבקע קרוב זה לזה. 239 אטומי פו.
- שיטה זו שימשה ליצירת פצצת האטום 239 פו שהוטלה על נגסאקי. חומרי נפץ קונבנציונליים טבעו מסה של פלוטוניום; כאשר התפוצצו, הם דחפו את מסת פלוטוניום ביחד, הבאת 239 אטומי פו קרובים מספיק ביחד כי הנויטרונים הם שחררו היו ברציפות להכות ולפצל אטומי פלוטוניום אחרים. זה יצר פיצוץ עצום.
קבל מספיק מהאיזוטופ כדי להבטיח ביקוע יימשך לאחר פיצול האטום הראשון.
שיטה 3 מתוך 3: פיצול אטומים בלייזר
- 1לעטוף חומרים רדיואקטיביים במתכת. מקם את החומר הרדיואקטיבי שלך במעטפת זהב. השתמש בתושבת נחושת כדי להדק את המעטפת למקומה. יש לזכור כי גם הבקעים והמתכות יהפכו לרדיואקטיביים לאחר ביקוע.
- 2לרגש אלקטרונים עם אור לייזר. עם התפתחותם של לייזרים של פטאוואט (1015 וואט), ניתן כיום לפצל אטומים באמצעות אור לייזר כדי לרגש אלקטרונים במתכות המקיפות חומר רדיואקטיבי. באופן דומה, תוכלו להשתמש בלייזר 50 טרוואט (5 x 1012 וואט) כדי לרגש את האלקטרונים במתכת.
- 3עצור את הלייזר. כאשר האלקטרונים חוזרים למסלולם הרגיל, הם משחררים קרינת גמא בעלת אנרגיה גבוהה החודרת לגרעיני הזהב והנחושת. זה ישחרר נויטרונים מאותם גרעינים. נויטרונים אלה יתנגשו באורניום מתחת לזהב המפלג את אטומי האורניום.
הנויטרונים ששוחררו כאשר האטומים התפצלו, יכתבו בתורם ויפצלו אטומים אחרים של 235U.
- לעשות זאת לבד אינו חוקי. עשה זאת רק במתקן תקין כגון תחנת כוח גרעינית או מעבדה לפיזיקה.
- קרינה יכולה להרוג אותך. ללבוש ציוד בטיחות מתאים. שמור על מרחק בטוח מחומרים רדיואקטיביים.
- תהליך זה עלול להוביל לפיצוץ מאסיבי.
- כמו בכל ציוד, עקוב אחר נהלי הבטיחות הנדרשים ואל תעשה שום דבר שנראה מסוכן.
קרא גם: כיצד למצוא מספר אטומי?
שאלות ותשובות
- האם אוכל לקנות ערכת פיצול אטומים בחנות התחביבים?למרבה הצער, אתה לא יכול. גם אם היית יכול, זה יהיה יקר מאוד. כמו כן, פיצול אטום הוא מסוכן מאוד, ולא מומלץ לעשות אותו בבית.
- אם תשים אטום אורניום 235 בחוט נחושת ותוסיף זרם, האם זרם האלקטרונים יפצל את אטום האורניום?סביר להניח שהאלקטרונים פשוט יופשטו מאטומי האורניום 235 והוא יוליך את החשמל, מכיוון שהוא מוליך.
- אילו אלמנטים ניתן לפצל כדי ליצור אנרגיה?לא ניתן ליצור ולא להרוס אנרגיה. אין אלמנטים שניתן לפצל כדי ליצור אנרגיה.
- האם להב מתכת יכול לחתוך דרך אטום? כמה מהר זה יצטרך לנוע?מכיוון שגם להב מתכת עשוי מאטומים, אין דרך להפוך אותו לחד מספיק כדי לפרוס אטומים.
- האם אוכל לעשות זאת בחצר ביתי מבלי שהממשלה ידעה?לא. בדוק את הסיפור של הצופים הרדיואקטיביים, כיצד מישהו ניסה לעשות משהו דומה לזה.
- האם חלקיקים תת אטומיים יכולים להיפגע?ניתן לשבור חלקיקים תת אטומיים לחלקיקים תת אטומיים קטנים יותר.
- מה היה הנימוק לרצון לפצל אטום?E = mc ^ 2 פירושו שניתן לעבות הרבה אנרגיה לחומר. אפשר גם להפוך את זה ולהשיג הרבה אנרגיה. על ידי פיצול אטום, חלק מהאנרגיה משתחררת בצורה של חום, שניתן לרתום ולהשתמש בה.
- האם ביקוע גרעיני הוא תגובה כימית?לא. זו תגובה גרעינית. ההבדל העיקרי הוא האלמנטים המשמשים. החלק השני הוא האנרגיה המשתחררת. תגובה כימית משחררת כמויות קטנות של אנרגיה, ואילו בצ'רנוביל שוחררו כמיליארד קורי. לצורך התייחסות, קארי אחד יכול לטגן אדם.
- כמה אנרגיה משתחררת כאשר אטום מפוצל?כאשר האטומים מפוצלים, המסה הולכת לאיבוד (או מומרת לאנרגיה). כמות האנרגיה המשתחררת שווה לכמות המסה המרה כפול מהירות האור בריבוע. זה מתמצה ב- E = mc2 של איינשטיין.
- האם ניתן לפצל אדם לחלקיקים כמו אטום?אני מניח שפגיעה ישירה על ידי משהו כמו פצצה גרעינית יכולה לפרק אדם ברמה תת-אטומית. אז כן, אבל זה ייקח כוח עצום.
תגובות (2)
- מאמר זה ממש עזר לי להתחיל. אני אנסה את זה ממש בקרוב, אבל ראשית, אני צריך לשים את ידי על אורניום.
- זה היה מאמר מעניין מאוד. אהבתי את זה. זה עזר לי ברצינות בפרויקט בית ספר. תודה על עזרתך.
