3 spôsoby rozdelenia atómu

atómy môžu získať alebo stratiť energiu, keď sa elektrón presunie z vyššej na nižšiu obežnú dráhu okolo jadra. Pri štiepení jadra atómu sa však uvoľní podstatne viac energie ako pri návrate elektrónu z vyššej obežnej dráhy na nižšiu. Štiepenie atómu sa nazýva jadrové štiepenie a opakované štiepenie atómov pri štiepení sa nazýva reťazová reakcia. Jadrové štiepenie sa vykonáva v elektrárňach s cieľom vytvoriť energiu. Vedci štiepia atómy, aby mohli študovať atómy a menšie časti, na ktoré sa rozpadajú. Tento proces sa nedá uskutočniť doma. Jadrové štiepenie môžete uskutočniť len v laboratóriu alebo jadrovej elektrárni, ktoré sú riadne vybavené.

Metóda 1 z 3:Bombardovanie rádioaktívnych izotopov


Vyberte správny izotop. Nie všetky izotopy sú rovnaké, pokiaľ ide o ich ľahké štiepenie. Najbežnejší izotop uránu má atómovú hmotnosť 238, skladá sa z 92 protónov a 146 neutrónov, ale tieto jadrá majú tendenciu absorbovať neutróny bez toho, aby sa rozštiepili na menšie jadrá iných prvkov. Izotop uránu s o 3 neutróny menej, 235U, sa dá oveľa ľahšie rozštiepiť ako 238U; takýto izotop sa nazýva štiepny.[1]

  • Pri štiepení uránu sa uvoľňujú 3 neutróny, ktoré sa zrážajú s inými atómami uránu, čím vzniká reťazová reakcia.
  • Niektoré izotopy sa môžu štiepiť príliš rýchlo, tak rýchlo, že nie je možné udržať kontinuálnu štiepnu reakciu. Nazýva sa to spontánne štiepenie; takýmto izotopom je izotop plutónia 240Pu, na rozdiel od izotopu 239Pu s pomalšou rýchlosťou štiepenia.


Získajte dostatočné množstvo izotopu, aby štiepenie pokračovalo aj po štiepení prvého atómu. Na to je potrebné mať určité minimálne množstvo štiepneho izotopu, aby bola štiepna reakcia udržateľná; toto množstvo sa nazýva kritická hmotnosť. Dosiahnutie kritickej hmotnosti si vyžaduje dostatok zdrojového materiálu pre izotop, aby sa zvýšila šanca, že dôjde k štiepeniu.[2]


Vystrelenie jedného atómového jadra toho istého izotopu na druhé. Keďže voľné subatomárne častice sa ťažko získavajú, často je potrebné ich vytlačiť z atómov, ktorých sú súčasťou. Jednou z metód je vystreľovanie atómov daného izotopu proti iným atómom toho istého izotopu.[3]

  • Táto metóda sa použila na vytvorenie atómovej bomby 235U zhodenej na Hirošimu. Zbraň podobná pištoli s jadrom z uránu vystrelila atómy 235U na iný kus materiálu obsahujúci 235U dostatočne rýchlo na to, aby uvoľnené neutróny prirodzene narazili do jadier iných atómov 235U a rozbili ich. Neutróny uvoľnené pri štiepení atómov by zasa zasiahli a rozštiepili iné atómy 235U. Konečným výsledkom bol mohutný výbuch.


Bombardovanie jadier štiepneho izotopu subatomárnymi časticami. Jedna subatomárna častica môže zasiahnuť atóm 235U, rozštiepi ho na 2 samostatné atómy iných prvkov a uvoľní 3 neutróny. Tieto častice môžu pochádzať z moderovaného zdroja (e.g. neutrónovou pištoľou) alebo môžu vzniknúť pri zrážke jadier. Bežne sa používajú tri typy subatomárnych častíc.[4]

  • Protony. Tieto subatomárne častice majú hmotnosť a kladný náboj. Počet protónov v atóme určuje, akým prvkom je atóm.
  • Neutróny. Tieto subatomárne častice majú hmotnosť ako protóny, ale nemajú náboj.
  • Alfa častice. Tieto častice sú jadrá atómov hélia zbavené obiehajúcich elektrónov. Pozostávajú z 2 protónov a 2 neutrónov.

Metóda 2 z 3: Stlačenie rádioaktívnych materiálov


Získajte kritickú hmotnosť rádioaktívneho izotopu. Budete potrebovať dostatok surovín, aby ste zabezpečili pokračovanie štiepenia. Majte na pamäti, že v danej vzorke niektorého prvku (napríklad plutónia) budete mať viac ako 1 izotop. Uistite sa, že ste vypočítali, koľko požadovaného štiepneho izotopu sa nachádza vo vašej vzorke.[5]


Obohatenie izotopu. Niekedy je potrebné zvýšiť relatívne množstvo štiepneho izotopu vo vzorke, aby sa zabezpečilo, že dôjde k udržateľnej štiepnej reakcii. Toto sa nazýva obohacovanie. Existuje niekoľko spôsobov obohacovania rádioaktívnych materiálov. Niektoré z nich sú: [6]

  • Difúzia plynu
  • Odstredivka
  • Elektromagnetická separácia
  • Tepelná difúzia v kvapaline


Pevne stlačte atómovú vzorku, čím sa štiepne atómy priblížia k sebe. Niekedy sa atómy rozpadajú príliš rýchlo samy od seba, aby sa dali navzájom vystreliť. V tomto prípade priblíženie atómov k sebe zvyšuje pravdepodobnosť, že uvoľnené subatomárne častice narazia do iných atómov a rozštiepia ich. To sa dá dosiahnuť použitím výbušnín, ktoré prinútia štiepne atómy, aby sa k sebe priblížili.239Pu atómy.[7]

  • Táto metóda bola použitá na vytvorenie atómovej bomby 239Pu zhodenej na Nagasaki. Konvenčné výbušniny obkolesili masu plutónia; keď vybuchli, stlačili masu plutónia k sebe, čím sa atómy 239Pu priblížili k sebe natoľko, že uvoľnené neutróny nepretržite narážali na ďalšie atómy plutónia a štiepili ich. Tým vznikla obrovská explózia.

Metóda 3 z 3:Štiepenie atómov laserom


Obaliť rádioaktívne materiály do kovu. Umiestnite rádioaktívny materiál do zlatého obalu. Na upevnenie puzdra použite medený držiak. Nezabudnite, že po štiepení sa štiepne častice aj kovy stanú rádioaktívnymi.[8]


Excitujte elektróny laserovým svetlom. S vývojom petawattových (1015 wattov) laserov je teraz možné rozdeliť atómy pomocou laserového svetla na excitáciu elektrónov v kovoch, ktoré obsahujú rádioaktívnu látku. Podobne by ste mohli použiť 50 terawattový (5 x 1012 wattov) laser na excitáciu elektrónov v kove.[9]


  • Zastavte laser. Keď sa elektróny vrátia na svoje pravidelné dráhy, uvoľnia vysokoenergetické gama žiarenie, ktoré preniká do jadier zlata a medi. Tým sa z týchto jadier uvoľnia neutróny. Tieto neutróny sa potom zrazia s uránom pod zlatom, čím sa atómy uránu rozdelia. [10]
  • Odkazy