Les atomes peuvent gagner ou perdre de l'énergie lorsqu'un électron passe d'une orbite supérieure à une orbite inférieure autour du noyau. Cependant, la division du noyau d'un atome libérera beaucoup plus d'énergie que l'énergie lorsque les électrons retournent sur une orbite inférieure à partir d'une orbite supérieure. Cette énergie peut être utilisée à des fins destructrices ou à des fins sûres et productives. Le fractionnement d'un atome s'appelle la fission nucléaire, un processus découvert en 1938; La division répétée des atomes dans la fission s'appelle une réaction en chaîne. Bien que de nombreuses personnes n'aient pas l'équipement pour le faire, si vous êtes curieux de connaître le processus de fractionnement, voici un résumé.
Étape
Partie 1 sur 2: Fission atomique de base
Étape 1. Choisissez le bon isotope
Certains éléments ou leurs isotopes subissent une désintégration radioactive. Cependant, tous les isotopes ne sont pas créés égaux en termes de facilité de clivage. L'isotope de l'uranium le plus fréquemment utilisé a un poids atomique de 238, composé de 92 protons et 146 neutrons, mais son noyau a tendance à absorber les neutrons sans se diviser en noyaux plus petits d'autres éléments. Un isotope de l'uranium qui a trois neutrons de moins, 235U, peut être beaucoup plus facile à cliver que les isotopes 238U; Ces isotopes sont appelés matières fissiles.
Certains isotopes peuvent être clivés très facilement, si rapidement qu'une réaction de fission continue ne peut pas être maintenue. C'est ce qu'on appelle la fission spontanée; isotope du plutonium 240Pu est un exemple de cet isotope, contrairement à l'isotope 239Pu avec un taux de fission plus lent.
Étape 2. Obtenez suffisamment d'isotopes pour vous assurer que la fission se poursuivra après la scission du premier atome
Cela nécessite qu'une certaine quantité minimale de matériau isotopique soit ouverte pour que la réaction de fission ait lieu; Ce montant est appelé masse critique. L'obtention d'une masse critique nécessite un matériau source pour l'isotope, afin d'augmenter les risques de fission.
Parfois, il est nécessaire d'augmenter la quantité relative de matériau isotopique fractionné dans l'échantillon pour s'assurer qu'une réaction de fission continue peut se produire. C'est ce qu'on appelle l'enrichissement, et il existe plusieurs méthodes pour enrichir un échantillon. (Pour les méthodes utilisées pour enrichir l'uranium, voir le wikiHow Comment enrichir l'uranium.)
Étape 3. Tirez sur le noyau du matériau isotopique divisé avec des particules subatomiques à plusieurs reprises
Des particules subatomiques simples peuvent frapper des atomes 235U, le divisant en deux atomes séparés d'un autre élément et libérant trois neutrons. Ces trois types de particules subatomiques sont souvent utilisés.
- Proton. Ces particules subatomiques ont une masse et une charge positive. Le nombre de protons dans un atome détermine l'élément de l'atome.
- Neutrons. Ces particules subatomiques ont la masse des protons mais n'ont pas de charge.
- Particules alpha. Cette particule est le noyau de l'atome d'hélium, une partie des électrons qui tournent autour d'elle. Cette particule est constituée de deux protons et de deux neutrons.
Partie 2 sur 2: Méthode de fission atomique
Étape 1. Tirez un noyau atomique (noyau) du même isotope sur un autre
Parce que les particules subatomiques ténues sont difficiles à traverser, une force est souvent nécessaire pour forcer les particules à sortir de leurs atomes. Une méthode consiste à projeter des atomes d'un isotope donné sur d'autres atomes du même isotope.
Cette méthode a été utilisée pour créer la bombe atomique 235U est tombé sur Hiroshima. Des armes telles que des armes à feu avec des noyaux d'uranium, qui tirent des atomes 235U sur l'atome 235L'autre U transporte le matériau à une vitesse si élevée que les neutrons libérés frappent le noyau de l'atome 235un autre U et détruisez-le. Les neutrons libérés lors de la division d'un atome peuvent frapper et diviser l'atome à tour de rôle 235autre U.
Étape 2. Pressez fermement l'échantillon atomique, en rapprochant le matériau atomique
Parfois, les atomes se désintègrent trop rapidement pour être tirés les uns sur les autres. Dans ce cas, le rapprochement des atomes augmente les chances que les particules subatomiques libérées heurtent et divisent d'autres atomes.
Cette méthode a été utilisée pour créer la bombe atomique 239Pu est tombé sur Nagasaki. Des explosions ordinaires entourent la masse de plutonium; lorsqu'elle explose, l'explosion propulse la masse de plutonium, transportant les atomes 239Pu s'approche de sorte que les neutrons libérés continuent à frapper et à diviser les atomes 239autre pu.
Étape 3. Excitez les électrons avec un faisceau laser
Avec le développement du laser pétawatt (1015 watts), il est désormais possible de séparer des atomes à l'aide d'un faisceau laser pour exciter les électrons dans le métal renfermant la substance radioactive.
- Lors d'un test effectué en 2000 au Lawrence Livermore Laboratory en Californie, de l'uranium a été enveloppé dans de l'or et placé dans un creuset en cuivre. Une impulsion de faisceau laser infrarouge de 260 joules frappe l'enveloppe et le boîtier, excitant les électrons. Lorsque les électrons retournent sur leurs orbites normales, ils libèrent un rayonnement gamma de haute énergie qui pénètre dans les noyaux d'or et de cuivre, libérant des neutrons qui pénètrent dans les atomes d'uranium sous la couche d'or et les séparent. (L'or et le cuivre sont devenus radioactifs à la suite de l'expérience.)
- Des tests similaires ont été effectués au Rutherford Appleton Laboratory au Royaume-Uni en utilisant 50 térawatts (5 x 1012 watts) laser visant une plaque de tantale avec divers matériaux derrière elle: potassium, argent, zinc et uranium. Une partie des atomes de tous ces matériaux a été scindée avec succès.
Avertissement
- En plus de certaines fissions de certains isotopes qui sont trop rapides, des explosions plus petites peuvent détruire la matière fissile avant que l'explosion n'atteigne la vitesse de réaction soutenue attendue.
- Comme pour tout autre équipement, suivez les procédures de sécurité requises et ne faites rien qui semble risqué. Fais attention.
