Comment diviser un atome?
Il existe 3 façons de diviser un atome, également connu sous le nom de création de fission nucléaire. Pour le premier, vous devrez bombarder un isotope radioactif facilement séparable, comme l'uranium-235, avec des particules subatomiques comme des protons ou des neutrons. Vous pouvez également diviser un atome en comprimant une masse critique d'atomes radioactifs, en les rapprochant si près les uns des autres que leurs particules subatomiques se heurteront. Si vous voulez apprendre à diviser des atomes à l'aide d'un laser, continuez à lire l'article!
Si vous mettez un atome d'uranium 235 dans un fil de cuivre et ajoutez du courant, le flux d'électrons divisera-t-il l'atome d'uranium?
Les atomes peuvent gagner ou perdre de l'énergie lorsqu'un électron passe d'une orbite supérieure à une orbite inférieure autour du noyau. Cependant, la division du noyau d'un atome libère considérablement plus d'énergie que celle d'un électron revenant sur une orbite inférieure à partir d'une orbite supérieure. La scission d'un atome s'appelle la fission nucléaire, et la scission répétée des atomes en fission s'appelle une réaction en chaîne. La fission nucléaire est réalisée dans les centrales électriques afin de créer de l'énergie. Les scientifiques divisent les atomes afin d'étudier les atomes et les plus petites parties dans lesquelles ils se brisent. Ce n'est pas un processus qui peut être effectué à la maison. Vous ne pouvez faire de la fission nucléaire que dans un laboratoire ou une centrale nucléaire correctement équipé.
Méthode 1 sur 3: bombarder des isotopes radioactifs
- 1Choisissez le bon isotope. Tous les isotopes ne sont pas créés égaux lorsqu'il s'agit d'être facilement divisés. L'isotope le plus courant de l'uranium a un poids atomique de 238, composé de 92 protons et 146 neutrons, mais ces noyaux ont tendance à absorber les neutrons sans être divisés en noyaux plus petits d'autres éléments. Un isotope de l'uranium avec 3 neutrons de moins, 235 U, peut être beaucoup plus facilement séparé que le 238 U; un tel isotope est dit fissile.
- Lorsque l'uranium se divise (se fission), il libère 3 neutrons qui entrent en collision avec d'autres atomes d'uranium, créant ainsi une réaction en chaîne.
- Certains isotopes peuvent être divisés trop facilement, si rapidement qu'une réaction de fission continue ne peut pas être maintenue. C'est ce qu'on appelle la fission spontanée; l'isotope 240 Pu du plutonium est un tel isotope, contrairement à l'isotope 239 Pu avec sa vitesse de fission plus lente.
- 2Obtenez suffisamment d'isotope pour vous assurer que la fission se poursuivra après la division du premier atome. Cela nécessite d'avoir une certaine quantité minimale d'isotope fissile pour rendre la réaction de fission durable; c'est ce qu'on appelle la masse critique. Atteindre la masse critique nécessite suffisamment de matière première pour que l'isotope augmente les risques de fission.
- 3Tirez un noyau atomique du même isotope sur un autre. Parce que les particules subatomiques libres sont difficiles à trouver, il est souvent nécessaire de les forcer à sortir des atomes dont elles font partie. Une méthode pour ce faire consiste à tirer des atomes d'un isotope donné contre d'autres atomes de ce même isotope.
- Cette méthode a été utilisée pour créer la bombe atomique de 235 U larguée sur Hiroshima. Une arme semblable à un pistolet avec un noyau d'uranium a tiré 235 atomes d'U sur un autre morceau de matériau contenant du 235 U assez rapidement pour que les neutrons qu'ils ont libérés s'écrasent naturellement dans les noyaux d'autres atomes de 235 U et les séparent. Les neutrons libérés lors de la division des atomes allaient, à leur tour, heurter et diviser d'autres atomes de 235 U. Le résultat final a été une explosion massive.
- 4Bombarder les noyaux de l'isotope fissile avec des particules subatomiques. Une seule particule subatomique peut frapper un atome de 235 U, le divisant en 2 atomes séparés d'autres éléments et libérant 3 neutrons. Ces particules peuvent provenir d'une source modérée (par exemple un canon à neutrons) ou peuvent être générées lors de la collision de noyaux. Trois types de particules subatomiques sont couramment utilisés.
- Protons. Ces particules subatomiques ont une masse et une charge positive. Le nombre de protons dans un atome détermine de quel élément il s'agit.
- Neutrons. Ces particules subatomiques ont la masse des protons mais pas de charge.
- Particules alpha. Ces particules sont les noyaux des atomes d'hélium, dépouillés de leurs électrons en orbite. Ils sont constitués de 2 protons et 2 neutrons.
Quelle quantité d'énergie est libérée lorsqu'un atome est divisé?
Méthode 2 sur 3: compression de matières radioactives
- 1Obtenir une masse critique d'un isotope radioactif. Vous aurez besoin de suffisamment de matière première pour vous assurer que la fission continue. Gardez à l'esprit que dans un échantillon donné d'un élément (plutonium par exemple), vous aurez plus d'un isotope. Assurez-vous d'avoir calculé la quantité d'isotope fissile souhaité dans votre échantillon.
- 2Enrichir l'isotope. Parfois, il est nécessaire d'augmenter la quantité relative d'isotope fissile dans un échantillon pour garantir une réaction de fission durable. C'est ce qu'on appelle l'enrichissement. Il existe plusieurs façons d'enrichir des matières radioactives. Certains d'entre eux sont:
- Diffusion de gaz
- Centrifuger
- Séparation électromagnétique
- Diffusion Thermique Liquide
- 3Pressez fermement l'échantillon atomique, rapprochant les atomes fissiles. Parfois, les atomes se désintègrent trop vite d'eux-mêmes pour être tirés les uns sur les autres. Dans ce cas, le rapprochement des atomes augmente le risque que des particules subatomiques libérées heurtent et divisent d'autres atomes. Cela peut être fait en utilisant des explosifs pour forcer les atomes fissiles à se rapprocher. 239 atomes de Pu.
- Cette méthode a été utilisée pour créer la bombe atomique de 239 Pu larguée sur Nagasaki. Des explosifs conventionnels cernaient une masse de plutonium; lorsqu'ils ont explosé, ils ont rapproché la masse de plutonium, rapprochant suffisamment les 239 atomes de Pu pour que les neutrons qu'ils libèrent frappent et divisent en continu d' autres atomes de plutonium. Cela a créé une énorme explosion.
Obtenez suffisamment d'isotope pour vous assurer que la fission se poursuivra après la division du premier atome.
Méthode 3 sur 3: diviser des atomes avec un laser
- 1Enfermer des matières radioactives dans du métal. Placez votre matière radioactive dans un boîtier en or. Utilisez un support en cuivre pour fixer le boîtier en place. Gardez à l'esprit que les matières fissiles et les métaux deviendront radioactifs une fois la fission effectuée.
- 2Excitez les électrons avec la lumière laser. Avec le développement des lasers pétawatt (1015 watts), il est désormais possible de diviser des atomes en utilisant la lumière laser pour exciter des électrons dans des métaux renfermant une substance radioactive. De même, vous pouvez utiliser un laser de 50 térawatts (5 x 1012 watts) pour exciter les électrons dans le métal.
- 3Arrêtez le laser. Lorsque les électrons retournent sur leurs orbites régulières, ils libèrent un rayonnement gamma de haute énergie qui pénètre dans les noyaux d'or et de cuivre. Cela libérera les neutrons de ces noyaux. Ces neutrons entreront alors en collision avec l'uranium sous l'or, divisant les atomes d'uranium.
Les neutrons libérés lors de la division des atomes allaient, à leur tour, heurter et diviser d'autres atomes de 235U.
- Faire cela par vous-même est illégal. Faites cela uniquement dans une installation appropriée telle qu'une centrale nucléaire ou un laboratoire de physique.
- Les radiations peuvent vous tuer. Portez un équipement de sécurité approprié. Maintenez une distance de sécurité avec les matières radioactives.
- Ce processus pourrait conduire à une explosion massive.
- Comme pour tout équipement, suivez les procédures de sécurité requises et ne faites rien qui semble risqué.
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Questions et réponses
- Puis-je faire cela dans mon jardin sans que le gouvernement le sache?Non. Découvrez l'histoire de The Radioactive Boy Scout, sur la façon dont quelqu'un a essayé de faire quelque chose de similaire.
- Puis-je acheter un kit de fractionnement d'atomes au magasin de loisirs?Malheureusement, vous ne pouvez pas. Même si vous pouviez, ce serait très cher. De plus, diviser un atome est très dangereux et il n'est pas recommandé de le faire à la maison.
- Une lame de métal peut-elle couper un atome? À quelle vitesse devrait-il se déplacer?Puisqu'une lame de métal est également composée d'atomes, il n'y a aucun moyen de la rendre suffisamment tranchante pour trancher des atomes.
- Quel était le raisonnement pour vouloir diviser un atome?E = mc^2 signifie qu'une grande quantité d'énergie peut être condensée en matière. Il est également possible d'inverser cela et d'obtenir beaucoup d'énergie. En divisant un atome, une partie de l'énergie est libérée sous forme de chaleur, qui peut ensuite être exploitée et utilisée.
- Quelle quantité d'énergie est libérée lorsqu'un atome est divisé?Lorsque les atomes sont divisés, la masse est perdue (ou convertie en énergie). La quantité d'énergie libérée est égale à la quantité de masse convertie multipliée par la vitesse de la lumière au carré. Ceci est résumé dans E=mc2 d'Einstein.
- Quels éléments peuvent être divisés pour créer de l'énergie?L'énergie ne peut être ni créée ni détruite. Il n'y a pas d'éléments qui peuvent être divisés pour créer de l'énergie.
- Si vous mettez un atome d'uranium 235 dans un fil de cuivre et ajoutez du courant, le flux d'électrons divisera-t-il l'atome d'uranium?Il est très probable que les électrons seront simplement dépouillés des atomes d'uranium 235 et qu'ils conduiront l'électricité, car c'est un conducteur.
- La fission nucléaire est-elle une réaction chimique?Non. C'est une réaction nucléaire. La principale différence réside dans les éléments utilisés. la deuxième partie est l'énergie libérée. Une réaction chimique libère de petites quantités d'énergie, tandis qu'à Tchernobyl, environ 1 milliard de curies ont été libérés. Pour référence, un curie peut faire frire un humain.
- Les particules subatomiques peuvent-elles être endommagées?Les particules subatomiques peuvent être divisées en particules subatomiques plus petites.
- Un humain peut-il être divisé en particules comme un atome?Je suppose qu'être touché directement par quelque chose comme une bombe nucléaire pourrait détruire une personne à un niveau subatomique. Alors, oui, mais il faudrait un pouvoir immense.
Les commentaires (2)
- Cet article m'a vraiment aidé à démarrer. Je vais essayer ça très bientôt, mais d'abord, je dois mettre la main sur de l'uranium.
- C'était un article très intéressant. Je l'ai aimé. Cela m'a beaucoup aidé dans un projet d'école. Merci de votre aide.
