Hva er Fisjon & fusjon av atomer?

Atomer av forskjellige elementer varierer i størrelse og masse som strekker seg fra små hydrogen med en atomvekt på 1 til større elementer slik som uran med en gjennomsnittlig atomvekt på 238. Det er mulig både naturlig og kunstig til sikrings atomer sammen til større atomer av en annet element i en prosess som kalles fusjon. Likeledes er det mulig å splitte atomer både naturlig og kunstig for å fremstille mindre atomer gjennom fisjon. Både fisjon og fusjon involvere kjernereaksjoner og kan ikke oppnås ved hjelp av fysiske eller kjemiske forandringer.

Atomic Struktur

Atomer består av en kjerne av protoner og nøytroner omgitt av en sky av i bane elektroner. I kjernereaksjoner er det kjernen som er av betydning. Protoner er positivt ladede partikler, og det antall protoner i kjernen betegner element. For eksempel, alle karbonatomer har seks protoner mens alle atomer av nitrogen har syv protoner i kjernen. Endring av antall protoner endrer element. Nøytroner blir nøytralt ladede partikler, og kan variere mellom atomer i det samme element. Som et eksempel, hydrogenatomer som hver har en proton, men kan ha null, en eller to nøytroner avhengig av isotopen. Kjemisk og fysisk alle isotoper av et atom oppfører seg på samme måte. Kollektivt, protoner og nøytroner kalles nukleoner.

Atomic Binding Energy

Massen til et atom er mindre enn summen av de enkelte nukleoner innenfor atomkjernen. Denne uregelmessighet resulterer fra bindingen energien som holder atomet sammen. Husk at energi og masse er relatert som det fremgår av Einsteins berømte ligning. Dermed er forskjellen i masse mellom atom og summen av nukleoner atombindingsenergi. Atombindingsenergien av en alfa-partikkel, i hovedsak en helium kjerne av to protoner og to nøytroner, er mer enn en million ganger større enn den energi mellom kjernen og elektronet.

Atomic Binding Energy Curve

Atombindingsenergien kan deles med antall nukleoner i kjernen for hvert element for å frembringe en graf. Denne grafen viser at to isotoper av jern, Fe-56 og Fe-58, og nikkel isotop Ni-62 har de mest tett bundet kjerner. Elementer med mindre masse enn disse atomene kan gi energi fra kjernefysisk fusjon, og tyngre grunnstoffer kan gi energi fra kjernefysisk fisjon. Men fisjon og fusjon, dreier seg elementer ved enden i hver retning.

Atomfisjon

Tyngre elementer kan deles inn i mindre atomer, slippe en utrolig mengde energi i prosessen. Fisjon av ett gram U-238 slipper ut mer enn én million ganger energien som frigjøres ved brenning ett gram av naturgass. Dessverre, gjennomgår U-238 spontan fisjon til en svært langsom hastighet. Imidlertid, hvis nok materiale oppsamles, kjent som den kritiske masse, spalting kan induseres ved å målrette kjernen med et nøytron. Som U-238 atom deler, er flere nøytroner frigjøres som kan dele flere atomer. Andre elementer kan brukes for lignende reaksjoner, for eksempel Pu-239. Selv om disse reaksjonene er ofte identifisert med kjernefysiske reaktorer og ødeleggelsene under andre verdenskrig av Hiroshima og Nagasaki, malmforekomster i Afrika tyder på at i jordens fjern fortid dette kjedereaksjon ble forekommer naturlig.

Kjernefysisk fusjon

Fusjon innebærer å kombinere av lettere elementer for å danne tyngre elementer. Den mest åpenbare stedet for kjernefysisk fusjon er i vår egen sø Innenfor sol, blir hydrogenkjerner smeltet sammen til heliumkjerner, frigjøring av en enorm mengde energi, bare en liten del av som når jorden. Som stjerner eksos sin hydrogen drivstoff, andre fusjonsprosesser begynne, for eksempel fusjon av helium til karbon. Fusion reaksjoner har blitt duplisert på jorden i hydrogenbomber. I motsetning til fisjon forskning, som produserte kontrollerte reaksjoner før weaponization, fusjonsreaksjoner er ennå ikke styres på en slik måte at det tillates energiproduksjon. Blant utfordringene knyttet til fusjon forskning er containment, som høye temperaturer på fusjon reaksjoner fordampe noen substans i en plasma.