อะตอมสามารถรับหรือสูญเสียพลังงานได้เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวงโคจรที่สูงขึ้นไปยังวงโคจรที่ต่ำกว่ารอบนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม การแยกนิวเคลียสของอะตอมจะปล่อยพลังงานออกมามากกว่าพลังงานเมื่ออิเล็กตรอนกลับสู่วงโคจรที่ต่ำกว่าจากวงโคจรที่สูงกว่า พลังงานนั้นสามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการทำลายล้างหรือเพื่อวัตถุประสงค์ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิผล การแยกอะตอมเรียกว่าการแตกตัวของนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ค้นพบในปี 1938; การแยกอะตอมซ้ำในฟิชชันเรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ ในขณะที่หลายคนไม่มีอุปกรณ์ในการทำเช่นนี้ หากคุณอยากรู้เกี่ยวกับกระบวนการแยก นี่คือบทสรุป
ขั้นตอน
ส่วนที่ 1 จาก 2: การแยกตัวของอะตอมขั้นพื้นฐาน
ขั้นตอนที่ 1. เลือกไอโซโทปที่เหมาะสม
ธาตุบางชนิดหรือไอโซโทปของพวกมันผ่านการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปทั้งหมดไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาเท่ากันในแง่ของความแตกแยกง่ายของพวกมัน ไอโซโทปของยูเรเนียมที่ใช้บ่อยที่สุด มีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 238 ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน 92 ตัวและนิวตรอน 146 ตัว แต่นิวเคลียสมีแนวโน้มที่จะดูดซับนิวตรอนโดยไม่แยกออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กกว่าของธาตุอื่น ไอโซโทปของยูเรเนียมที่มีนิวตรอนน้อยกว่าสามตัว 235U สามารถแยกได้ง่ายกว่าไอโซโทป 238ยู; ไอโซโทปดังกล่าวเรียกว่าวัสดุฟิชไซล์
ไอโซโทปบางชนิดสามารถแยกออกได้ง่ายมาก อย่างรวดเร็วจนไม่สามารถรักษาปฏิกิริยาฟิชชันต่อเนื่องได้ สิ่งนี้เรียกว่าการแยกตัวที่เกิดขึ้นเอง ไอโซโทปพลูโทเนียม 240ปูเป็นตัวอย่างของไอโซโทปนั้น ต่างจากไอโซโทป 239ปูที่มีอัตราการแตกตัวช้ากว่า
ขั้นตอนที่ 2 รับไอโซโทปเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าฟิชชันจะดำเนินต่อไปหลังจากอะตอมแรกแตกออก
สิ่งนี้ต้องการวัสดุไอโซโทปจำนวนน้อยที่สุดที่จะแยกออกเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชัน จำนวนนี้เรียกว่ามวลวิกฤต การหามวลวิกฤตต้องใช้วัสดุต้นทางสำหรับไอโซโทป เพื่อเพิ่มโอกาสในการเกิดฟิชชัน
บางครั้ง จำเป็นต้องเพิ่มปริมาณสัมพัทธ์ของวัสดุไอโซโทปแยกในตัวอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถเกิดปฏิกิริยาฟิชชันอย่างต่อเนื่องได้ สิ่งนี้เรียกว่าการเสริมสมรรถนะ และมีหลายวิธีที่ใช้ในการเสริมสร้างตัวอย่าง (สำหรับวิธีการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม โปรดดูที่ wikiHow วิธีเพิ่มสมรรถนะยูเรเนียม)
ขั้นตอนที่ 3 ยิงนิวเคลียสของวัสดุไอโซโทปแบบแยกส่วนด้วยอนุภาคย่อยของอะตอมซ้ำๆ
อนุภาคย่อยของอะตอมเดี่ยวสามารถชนอะตอมได้ 235U แยกออกเป็นสองอะตอมแยกกันขององค์ประกอบอื่นและปล่อยสามนิวตรอน มักใช้อนุภาคย่อยของอะตอมทั้งสามประเภทนี้
- โปรตอน. อนุภาคย่อยเหล่านี้มีมวลและมีประจุบวก จำนวนโปรตอนในอะตอมกำหนดองค์ประกอบของอะตอม
- นิวตรอน อนุภาคย่อยของอะตอมเหล่านี้มีมวลเป็นโปรตอน แต่ไม่มีประจุ
- อนุภาคอัลฟ่า อนุภาคนี้คือนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนที่หมุนรอบมัน อนุภาคนี้ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว
ส่วนที่ 2 ของ 2: วิธีการแยกอะตอม
ขั้นตอนที่ 1 ยิงนิวเคลียสอะตอม (นิวเคลียส) ของไอโซโทปเดียวกันที่อีกอันหนึ่ง
เนื่องจากอนุภาคย่อยของอะตอมที่บางเฉียบนั้นยากที่จะผ่านเข้าไปได้ จึงมักต้องใช้แรงเพื่อบังคับอนุภาคออกจากอะตอมของพวกมัน วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการยิงอะตอมของไอโซโทปที่กำหนดที่อะตอมอื่นของไอโซโทปเดียวกัน
วิธีนี้ใช้ในการสร้างระเบิดปรมาณู 235U ตกลงที่ฮิโรชิมา อาวุธเช่นปืนที่มีแกนยูเรเนียมซึ่งยิงอะตอม 235ยู ออน อะตอม 235U อีกตัวหนึ่งบรรทุกวัสดุด้วยความเร็วสูงจนทำให้นิวตรอนที่ปล่อยออกมากระทบนิวเคลียสของอะตอม 235ยูอีกและทำลายมัน นิวตรอนที่ปล่อยออกมาเมื่ออะตอมแตกตัวสามารถผลัดกันชนและแยกอะตอม 235ยูอื่นๆ
ขั้นตอนที่ 2 บีบตัวอย่างอะตอมให้แน่นโดยนำวัสดุอะตอมมาใกล้กันมากขึ้น
บางครั้งอะตอมสลายตัวเร็วเกินไปที่จะยิงใส่กัน ในกรณีนี้ การนำอะตอมเข้ามาใกล้กันจะเพิ่มโอกาสที่อนุภาคย่อยของอะตอมอิสระจะชนและแยกอะตอมอื่นๆ
วิธีนี้ใช้ในการสร้างระเบิดปรมาณู 239ปูลงที่นางาซากิ การระเบิดธรรมดาล้อมรอบมวลพลูโทเนียม เมื่อจุดชนวนระเบิด การระเบิดจะขับเคลื่อนมวลพลูโทเนียมแบกอะตอม 239ปู่เข้าใกล้เพื่อให้นิวตรอนที่ปล่อยออกมาจะชนและแยกอะตอมต่อไป 239ปูอื่นๆ
ขั้นตอนที่ 3 กระตุ้นอิเล็กตรอนด้วยลำแสงเลเซอร์
ด้วยการพัฒนาเครื่องเลเซอร์พีทาวัตต์ (1015 วัตต์) ตอนนี้สามารถแยกอะตอมโดยใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนในโลหะที่ห่อหุ้มสารกัมมันตภาพรังสี
- ในการทดสอบปี 2000 ที่ Lawrence Livermore Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย ยูเรเนียมถูกห่อด้วยทองคำและใส่ไว้ในเบ้าหลอมทองแดง ลำแสงเลเซอร์อินฟราเรดแบบพัลส์ขนาด 260 จูลกระทบซองจดหมายและตัวเรือน กระตุ้นอิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนกลับสู่วงโคจรปกติ พวกมันจะปล่อยรังสีแกมมาพลังงานสูงที่แทรกซึมนิวเคลียสของทองคำและทองแดง ปล่อยนิวตรอนที่ทะลุอะตอมของยูเรเนียมที่อยู่ใต้ชั้นทองและแยกพวกมันออกจากกัน (ทั้งทองและทองแดงกลายเป็นกัมมันตภาพรังสีจากการทดลอง)
- การทดสอบที่คล้ายกันได้ดำเนินการที่ Rutherford Appleton Laboratory ในสหราชอาณาจักรโดยใช้ 50 เทราวัตต์ (5 x 10)12 วัตต์) เลเซอร์เล็งไปที่แผ่นแทนทาลัมที่มีวัสดุต่างๆ อยู่เบื้องหลัง ได้แก่ โพแทสเซียม เงิน สังกะสี และยูเรเนียม ส่วนหนึ่งของอะตอมของวัสดุทั้งหมดเหล่านี้ถูกแยกออกได้สำเร็จ
คำเตือน
- นอกจากการแยกตัวของไอโซโทปบางตัวที่เร็วเกินไปแล้ว การระเบิดที่มีขนาดเล็กกว่าสามารถทำลายวัสดุที่แตกตัวได้ก่อนที่การระเบิดจะไปถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ยั่งยืนตามที่คาดไว้
- เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ ให้ปฏิบัติตามขั้นตอนด้านความปลอดภัยที่จำเป็น และอย่าทำอะไรที่ดูเหมือนเสี่ยง ระวัง.
