Urządzenie nauki: Co się stanie, gdy rozszczepisz atom?

Każdy atom ma w swoim centrum jądro. Jądro składa się z dwóch elementów, neutronów i protonów. Neutrony nie mają ładunku, a protony mają ładunek dodatni. Razem neutrony i protony nazywane są nukleonami. Są to główne części, na których się skupiamy, kiedy mówimy o rozszczepianiu atomów, ale atomy mają również elektrony. Elektrony mają ładunek ujemny i nie znajdują się wewnątrz jądra, lecz krążą wokół niego.

Co się dzieje, gdy rozszczepisz atom?

Jest pewna ilość energii zaangażowana w utrzymanie wszystkich nukleonów razem w jądrze. Nazywa się to energią wiązania. Jeśli poddamy jądro odpowiednim naprężeniom, energia wiązania nie jest wystarczająco duża, aby utrzymać wszystko razem i jądro rozpada się.

Aby rozszczepić atom, do jądra wystrzeliwany jest neutron poruszający się z odpowiednią prędkością. W odpowiednich warunkach jądro rozpada się na dwie części i uwalniana jest energia. Proces ten nazywa się rozszczepieniem jądra atomowego.

Energia uwolniona przy rozszczepieniu tylko jednego atomu jest znikoma. Jednakże, gdy jądro jest rozszczepione w odpowiednich warunkach, uwalniane są również neutrony błądzące, które mogą następnie rozszczepić więcej atomów, uwalniając więcej energii i neutronów, powodując reakcję łańcuchową.

Ta reakcja łańcuchowa bardzo szybko zwielokrotnia ilość rozszczepionych atomów i ilość uwolnionej energii. W odpowiednich warunkach duża ilość energii może zostać uwolniona w ciągu ułamka sekundy, powodując eksplozję jądrową.

Czy każdy atom może zostać rozszczepiony w ten sposób?

W teorii każdy atom może zostać rozszczepiony w ten sposób, ale w rzeczywistości rozmiar ma znaczenie. Im mniejsze jądro, tym więcej energii potrzeba do rozszczepienia atomu. Atomy o większych jądrach mogą być skuteczniej rozszczepione

w ten sposób.

Żelazo jest bardzo stabilnym pierwiastkiem. Atomy z jądrami większymi niż jądra żelaza są zwykle uważane za wystarczająco duże, aby rozszczepić je w ten sposób. W rzeczywistości tylko kilka pierwiastków jest rzeczywiście wykorzystywanych, Uran jest najpowszechniej stosowanym w reaktorach jądrowych.

Rozszczepienie na dwie części

Gdy atom jest rozszczepiony, nie dzieli się na dwie dokładne połowy; uran, na przykład, ma 92 protony w swoim jądrze. Atom uranu zazwyczaj rozpada się na atom kryptonu (36 protonów) i atom baru (56 protonów). Jest to tzw. rozszczepienie binarne. W rzadkich przypadkach atomy mogą zostać rozszczepione na trzy, nazywa się to rozszczepieniem trójskładnikowym.

Co z rozszczepieniem atomu w kosmosie?

NASA stworzyła już reaktor jądrowy, który może działać w kosmosie. Mówi się, że ten mały, kompaktowy reaktor jest w stanie wytworzyć wystarczająco dużo energii (10 kilowatów elektryczności), aby zasilać kilka przeciętnych gospodarstw domowych nieprzerwanie przez 10 lat.

Chociaż nie został jeszcze przetestowany w kosmosie, ten rodzaj systemu zasilania został opracowany, aby umożliwić nam dalsze podróże w kosmos, znacznie wykraczające poza nasze obecne eksploracje Księżyca.