Los átomos pueden ganar o perder energía cuando un electrón se mueve de una órbita más alta a una órbita más baja alrededor del núcleo. Sin embargo, dividir el núcleo de un átomo liberará mucha más energía que la energía cuando los electrones regresen a una órbita más baja desde una órbita más alta. Esa energía se puede utilizar con fines destructivos o con fines seguros y productivos. La división de un átomo se llama fisión nuclear, un proceso descubierto en 1938; La división repetida de átomos en la fisión se llama reacción en cadena. Si bien muchas personas no tienen el equipo para hacer esto, si tiene curiosidad sobre el proceso de división, aquí hay un resumen.
Paso
Parte 1 de 2: Fisión atómica básica
Paso 1. Elija el isótopo correcto
Algunos elementos o sus isótopos sufren desintegración radiactiva. Sin embargo, no todos los isótopos son iguales en términos de su facilidad de escisión. El isótopo de uranio más utilizado, tiene un peso atómico de 238, que consta de 92 protones y 146 neutrones, pero su núcleo tiende a absorber neutrones sin dividirse en los núcleos más pequeños de otros elementos. Un isótopo de uranio que tiene tres neutrones menos, 235U, puede ser mucho más fácil de escindir que los isótopos. 238U; Estos isótopos se denominan materiales fisionables.
Algunos isótopos se pueden escindir muy fácilmente, tan rápidamente que no se puede mantener una reacción de fisión continua. A esto se le llama fisión espontánea; isótopo de plutonio 240Pu es un ejemplo de ese isótopo, a diferencia del isótopo 239Pu con una tasa de fisión más lenta.
Paso 2. Obtenga suficientes isótopos para asegurar que la fisión continúe después de que el primer átomo se divida
Esto requiere que se abra una cierta cantidad mínima de material isotópico para que tenga lugar la reacción de fisión; Esta cantidad se llama masa crítica. Ganar masa crítica requiere material de origen para el isótopo, para aumentar las posibilidades de que ocurra la fisión.
A veces, es necesario aumentar la cantidad relativa de material isotópico dividido en la muestra para asegurar que pueda ocurrir una reacción de fisión continua. A esto se le llama enriquecimiento y se utilizan varios métodos para enriquecer una muestra. (Para conocer los métodos utilizados para enriquecer uranio, consulta el artículo de wikiHow Cómo enriquecer uranio)
Paso 3. Dispare el núcleo del material isotópico dividido con partículas subatómicas repetidamente
Las partículas subatómicas individuales pueden golpear los átomos 235U, dividiéndolo en dos átomos separados de otro elemento y liberando tres neutrones. Estos tres tipos de partículas subatómicas se utilizan a menudo.
- Protón. Estas partículas subatómicas tienen masa y carga positiva. El número de protones en un átomo determina el elemento del átomo.
- Neutrones. Estas partículas subatómicas tienen masa como protones pero no tienen carga.
- Partículas alfa. Esta partícula es el núcleo del átomo de helio, parte de los electrones que giran a su alrededor. Esta partícula consta de dos protones y dos neutrones.
Parte 2 de 2: Método de fisión atómica
Paso 1. Dispara un núcleo atómico (núcleo) del mismo isótopo a otro
Debido a que las partículas subatómicas tenues son difíciles de atravesar, a menudo se requiere una fuerza para expulsar a las partículas de sus átomos. Un método para hacer esto es disparar átomos de un isótopo dado a otros átomos del mismo isótopo.
Este método se utilizó para crear la bomba atómica. 235U cayó sobre Hiroshima. Armas como pistolas con núcleos de uranio, que disparan átomos 235U en el átomo 235La otra U transporta el material a una velocidad tan alta que hace que los neutrones liberados golpeen el núcleo del átomo. 235otra U y destrúyelo. Los neutrones liberados cuando un átomo se divide pueden turnarse para golpear y dividir el átomo. 235otro U.
Paso 2. Apriete la muestra atómica con fuerza, acercando el material atómico
A veces, los átomos se desintegran demasiado rápido para dispararse entre sí. En este caso, acercar los átomos aumenta las posibilidades de que las partículas subatómicas liberadas golpeen y dividan a otros átomos.
Este método se utilizó para crear la bomba atómica. 239Pu cayó sobre Nagasaki. Las explosiones ordinarias rodean la masa de plutonio; cuando se detona, la explosión impulsa la masa de plutonio, llevando los átomos 239Pu se acerca para que los neutrones liberados continúen golpeando y dividiendo los átomos. 239otro pu.
Paso 3. Excite los electrones con un rayo láser
Con el desarrollo del láser de petavatios (1015 vatios), ahora es posible dividir los átomos usando un rayo láser para excitar los electrones en el metal que encierra la sustancia radiactiva.
- En una prueba de 2000 en el Laboratorio Lawrence Livermore en California, el uranio se envolvió en oro y se colocó en un crisol de cobre. Un pulso de rayo láser infrarrojo de 260 julios golpea la envoltura y la carcasa, excitando los electrones. A medida que los electrones regresan a sus órbitas normales, liberan radiación gamma de alta energía que penetra en los núcleos de oro y cobre, liberando neutrones que penetran los átomos de uranio debajo de la capa de oro y los separan. (Tanto el oro como el cobre se volvieron radiactivos como resultado del experimento).
- Pruebas similares se llevaron a cabo en el Laboratorio Rutherford Appleton en el Reino Unido usando 50 teravatios (5 x 1012 vatios) láser dirigido a una placa de tantalio con varios materiales detrás: potasio, plata, zinc y uranio. Parte de los átomos de todos estos materiales se dividió con éxito.
Advertencia
- Además de ciertas fisiones de ciertos isótopos que son demasiado rápidas, las explosiones más pequeñas pueden destruir el material fisionable antes de que la explosión alcance la velocidad de reacción sostenida esperada.
- Al igual que con cualquier otro equipo, siga los procedimientos de seguridad requeridos y no haga nada que parezca arriesgado. Ten cuidado.
