Os átomos podem ganhar ou perder energia quando um elétron se move de uma órbita superior para uma órbita inferior ao redor do núcleo. No entanto, a divisão do núcleo de um átomo liberará muito mais energia do que a energia quando os elétrons retornam de uma órbita superior para uma órbita inferior. Essa energia pode ser usada para fins destrutivos ou para fins seguros e produtivos. A divisão de um átomo é chamada de fissão nuclear, um processo descoberto em 1938; A divisão repetida de átomos na fissão é chamada de reação em cadeia. Embora muitas pessoas não tenham o equipamento para fazer isso, se você estiver curioso sobre o processo de divisão, aqui está um resumo.
Etapa
Parte 1 de 2: Fissão Atômica Básica
Etapa 1. Escolha o isótopo certo
Alguns elementos ou seus isótopos sofrem decaimento radioativo. No entanto, nem todos os isótopos são criados iguais em termos de facilidade de clivagem. O isótopo mais usado do urânio, tem um peso atômico de 238, consistindo de 92 prótons e 146 nêutrons, mas seu núcleo tende a absorver nêutrons sem se dividir em núcleos menores de outros elementos. Um isótopo de urânio que tem três nêutrons a menos, 235U, pode ser muito mais fácil de clivar do que isótopos 238VOCÊ; Esses isótopos são chamados de materiais físseis.
Alguns isótopos podem ser clivados muito facilmente, tão rapidamente que uma reação de fissão contínua não pode ser mantida. Isso é chamado de fissão espontânea; isótopo de plutônio 240Pu é um exemplo desse isótopo, ao contrário do isótopo 239Pu com uma taxa de fissão mais lenta.
Etapa 2. Obtenha isótopos suficientes para garantir que a fissão continuará após a divisão do primeiro átomo
Isso requer que uma certa quantidade mínima de material isotópico seja aberta para que a reação de fissão ocorra; Essa quantidade é chamada de massa crítica. Ganhar massa crítica requer material fonte para o isótopo, para aumentar as chances de ocorrer a fissão.
Às vezes, é necessário aumentar a quantidade relativa de material isotópico dividido na amostra para garantir que uma reação de fissão contínua possa ocorrer. Isso é chamado de enriquecimento e existem vários métodos usados para enriquecer uma amostra. (Para os métodos usados para enriquecer urânio, consulte o wikiHow How to Enrich Uranium.)
Etapa 3. Atire repetidamente no núcleo do material isotópico dividido com partículas subatômicas
Partículas subatômicas individuais podem atingir átomos 235U, dividindo-o em dois átomos separados de outro elemento e liberando três nêutrons. Esses três tipos de partículas subatômicas são freqüentemente usados.
- Próton. Essas partículas subatômicas têm massa e carga positiva. O número de prótons em um átomo determina o elemento do átomo.
- Nêutrons. Essas partículas subatômicas têm massa como prótons, mas não têm carga.
- Partículas alfa. Essa partícula é o núcleo do átomo de hélio, parte dos elétrons que giram em torno dele. Esta partícula consiste em dois prótons e dois nêutrons.
Parte 2 de 2: Método de Fissão Atômica
Etapa 1. Atire um núcleo atômico (núcleo) do mesmo isótopo em outro
Como as partículas subatômicas tênues são difíceis de atravessar, muitas vezes é necessária uma força para forçar as partículas a saírem de seus átomos. Um método de fazer isso é disparar átomos de um determinado isótopo em outros átomos do mesmo isótopo.
Este método foi usado para criar a bomba atômica 235Você caiu em Hiroshima. Armas como pistolas com núcleos de urânio, que disparam átomos 235U no átomo 235O outro U carrega o material em uma velocidade tão alta que faz com que os nêutrons liberados atinjam o núcleo do átomo 235outro U e destruí-lo. Os nêutrons liberados quando um átomo se divide podem se revezar para atingir e dividir o átomo 235outro U.
Etapa 2. Aperte a amostra atômica com força, aproximando o material atômico
Às vezes, os átomos decaem rápido demais para serem disparados uns contra os outros. Nesse caso, aproximar os átomos aumenta as chances das partículas subatômicas liberadas atingirem e dividirem outros átomos.
Este método foi usado para criar a bomba atômica 239Pu caiu em Nagasaki. Explosões comuns cercam a massa de plutônio; quando detonada, a explosão impulsiona a massa de plutônio, carregando os átomos 239Pu se aproxima para que os nêutrons liberados continuem a atingir e dividir os átomos 239outro pu.
Etapa 3. Excite os elétrons com um feixe de laser
Com o desenvolvimento do laser petawatt (1015 watts), agora é possível dividir átomos usando um feixe de laser para excitar os elétrons no metal que envolve a substância radioativa.
- Em um teste de 2000 no Laboratório Lawrence Livermore, na Califórnia, o urânio foi embrulhado em ouro e colocado em um cadinho de cobre. Um pulso de raio laser infravermelho de 260 joules atinge o envelope e o invólucro, excitando os elétrons. Conforme os elétrons retornam às suas órbitas normais, eles liberam radiação gama de alta energia que penetra os núcleos de ouro e cobre, liberando nêutrons que penetram nos átomos de urânio abaixo da camada de ouro e os separam. (Tanto o ouro quanto o cobre tornaram-se radioativos como resultado do experimento.)
- Testes semelhantes foram realizados no Laboratório Rutherford Appleton, no Reino Unido, usando 50 terawatts (5 x 1012 watts) laser apontado para uma placa de tântalo com vários materiais por trás dela: potássio, prata, zinco e urânio. Parte dos átomos de todos esses materiais foi dividida com sucesso.
Aviso
- Além de certas fissões de certos isótopos que são muito rápidas, explosões menores podem destruir o material físsil antes que a explosão alcance a taxa de reação sustentada esperada.
- Como com qualquer outro equipamento, siga os procedimentos de segurança exigidos e não faça nada que pareça arriscado. Tome cuidado.
