Tieteen laite: Mitä tapahtuu, kun atomi halkaistaan?

Jokaiseen atomiin kuuluu ydin sen keskellä. Ydin koostuu kahdesta asiasta, neutroneista ja protoneista. Neutroneilla ei ole varausta ja protoneilla on positiivinen varaus. Yhdessä neutroneita ja protoneja kutsutaan nukleoneiksi. Nämä ovat tärkeimmät osat, joihin keskitymme, kun puhumme atomien pilkkomisesta, mutta atomeilla on myös elektroneja. Elektroneilla on negatiivinen varaus, eivätkä ne sijaitse ytimen sisällä, vaan ne kiertävät sitä.

Mitä tapahtuu, kun atomi halkaistaan?

Kaikkien nukleonien pitämiseen yhdessä ytimessä kuluu tietty määrä energiaa. Tätä kutsutaan sidosenergiaksi. Jos ytimeen kohdistetaan oikea rasitus, sidosenergia ei ole tarpeeksi suuri pitämään kaikkea kasassa ja ydin halkeaa.

Atomin halkaisemiseksi ydintä kohti ammutaan neutroni, joka kulkee juuri oikealla nopeudella. Oikeissa olosuhteissa ydin halkeaa kahteen osaan ja energiaa vapautuu. Tätä prosessia kutsutaan ydinfissioksi.

Vapautuva energia vain yhden atomin pilkkoutuessa on häviävän pieni. Kun ydin kuitenkin halkeaa oikeissa olosuhteissa, vapautuu myös joitakin harhailevia neutroneita, jotka voivat sitten jatkaa useampien atomien halkeamista, jolloin vapautuu lisää energiaa ja lisää neutroneita, mikä aiheuttaa ketjureaktion.

Tämä ketjureaktio moninkertaistaa hyvin nopeasti haljenneiden atomien määrän ja vapautuvan energian määrän. Oikeissa olosuhteissa suuri määrä energiaa voi vapautua sekunnin murto-osassa, mikä johtaa ydinräjähdykseen.

Voidaanko jokainen atomi halkaista näin?

Teoriassa jokainen atomi voidaan halkaista tällä tavalla, mutta todellisuudessa koolla on merkitystä. Mitä pienempi ydin on, sitä enemmän energiaa tarvitaan atomin halkaisemiseen. Atomit, joilla on suuremmat ytimet, voidaan jakaa

menestyksekkäämmin tällä tavalla.

Rauta on hyvin vakaa alkuaine. Atomeja, joiden ytimet ovat suurempia kuin raudan ytimet, pidetään yleensä riittävän suurina ydinhalkeamiseen tällä tavalla. Todellisuudessa vain muutamia alkuaineita todella käytetään, uraani on yleisin ydinreaktoreissa käytetty alkuaine.

Halkeaminen kahtia

Kun atomi halkeaa, se ei jakaannu kahteen täsmälliseen puolikkaaseen; esimerkiksi uraanin ytimessä on 92 protonia. Uraaniatomi jakautuu tyypillisesti kryptonatomiksi (36 protonia) ja bariumatomiksi (56 protonia). Tätä kutsutaan binääriseksi fissioksi. Harvoin atomeja voidaan halkaista kolmeen osaan, jolloin sitä kutsutaan ternääriseksi fissioksi.

Miten olisi atomin halkaiseminen avaruudessa?

NASA on jo luonut ydinreaktorin, joka voi toimia avaruudessa. Tämän pienen, kompaktin reaktorin sanotaan kykenevän tuottamaan tarpeeksi energiaa (10 kilowattia sähköä) usean keskivertokotitalouden sähkönsyöttöön yhtäjaksoisesti 10 vuoden ajan.

Vaikka tällaista energiajärjestelmää ei ole vielä testattu avaruudessa, sitä on kehitetty, jotta voisimme matkustaa kauemmas avaruuteen, paljon pidemmälle kuin nykyiset tutkimusmatkamme Kuuhun.