? Atomy různých prvků se liší ve velikosti a hmotnosti v rozmezí od malého vodíku s atomovou hmotností od 1 do větších prvků, jako je například uran s průměrnou atomovou hmotností 238 je možné, a to jak přirozeně a uměle atomy spojí se . větších atomů jiného prvku v procesu zvaném fusion . Stejně tak je možné rozdělit atomy jak přirozeně, uměle vyrábět menší atomy prostřednictvím štěpení . Při štěpení a fúze zahrnují jaderné reakce a nemůže být dosaženo fyzikálními nebo chemickými změnami . Atomová struktura
Atomy se skládají z jádra protonů a neutronů obklopené oblakem obíhajících elektronů . V jaderných reakcích jejádro , což je důležité . Protony jsou kladně nabité částice , apočet protonů v jádru označuje prvek . Například , všechny atomy uhlíku šest protonů , zatímco všechny atomy dusíku jsou sedm protonů v jádru . Změna počtu protonů mění prvek . Neutrony jsou neutrálně nabité částice a může se pohybovat mezi atomy téhož prvku . Jako příklad lze uvést , atomy vodíku , každý má jeden proton , ale může mít nula , jeden nebo dva neutrony v závislosti na izotopu . Chemicky a fyzikálně všechny izotopy atomu se chovají podobně . Kolektivně , protony a neutrony se označují jako nukleony .
Atomic Vázání energie
hmotnost atomu je menší než součet jednotlivých nukleonů v atomu je jádro . Tato anomálie je důsledkem vazebné energie, která drží spolu atom . Pamatujte si, že energie a hmota jsou spojeny , jak je uvedeno podle slavné Einsteinovy rovnice . To znamená, že rozdíl v hmotnosti mezi atomem a součet jeho nukleonů jeatomová vazební energie . Atomová vazba energie alfa částice , v podstatějádro hélia ze dvou protonů a dvou neutronů , je více než jeden milion -krát větší než energie mezi jádrem a elektronem .
Atomic vazební energie křivka
atomová vazebná energie lze rozdělit podle počtu nukleonů v jádře pro každý prvek pro výrobu graf . Tento graf ukazuje, že dva izotopy železa , Fe – 56 a Fe -58 , anikl izotopu Ni -62 mají nejvíce pevně vázané jádra . Prvky s nižší hmotností , než těchto atomů může poskytnout energii z jaderné syntézy , a těžší prvky mohou přinést energii z jaderného štěpení . Nicméně , štěpení a fúze typicky zahrnovat prvky na druhém konci v každém směru .
Jaderné štěpení
Těžší prvky mohou rozdělit do menších atomů , uvolnění ohromující množství energie v tomto procesu . Štěpení jednoho gramu U -238 uvolňuje více než jeden milion-krát energii uvolněnou spalováním jeden gram zemního plynu . Bohužel , U – 238 podstoupí spontánní štěpení se velmi pomalu . Nicméně, pokud je dostatek materiálu shromažďovány , známý jako kritické množství , štěpení může být indukována zaměřením na jádro s neutronu . Vzhledem k tomu, atom rozdělí U – 238 , se navíc uvolňují neutrony , které lze rozdělit další atomy . Ostatní prvky mohou být použity pro podobné reakce , jako je například Pu – 239 . I když se tyto reakce jsou často označeny jaderných reaktorů a devastaci v druhé světové válce na Hirošimu a Nagasaki , rudných ložisek v Africe naznačují, že v zemské dávné minulosti této řetězové reakce se děje přirozeně .
Nuclear Fusion
Fusion zahrnujekombinování lehčích prvků, které tvoří těžší prvky . Nejviditelnější místo pro jaderné fúze je v našem vlastním slunci. V rámci slunce , jádra vodíku jsou spojeny do jádra hélia , uvolňuje obrovské množství energie , pouzemalá část z nich dosáhne na zemi . Jak hvězdy vyčerpají své vodíkové palivo , jiné procesy fúze začínají , jako je fúze hélia do uhlíku . Fúzní reakce byly duplikovány na zemi vodíkových bomb . Na rozdíl od štěpení výzkumu, který produkoval řízené reakce před weaponization , fúzní reakce ještě být řízen takovým způsobem, aby umožnil výrobu energie . Mezi problémy, týkající se výzkumu jaderné syntézy je kontejnment , protože vysoké teploty fúzní reakce odpařovat jakoukoli látku do plazmy .