? Atomer av olika faktorer varierar i storlek och massa som sträcker sig från små väte med en atommassa på 1 till större element såsom uran med en genomsnittlig atommassa på 238 Det är möjligt både naturligt och artificiellt till säkrings atomer tillsammans . bilda större atomer av ett annat inslag i en process som kallas fusion . Likaså är det möjligt att dela atomer både naturligt och artificiellt producera mindre atomer genom fission . Både fission och fusion involverar kärnreaktioner och kan inte uppnås genom fysiska eller kemiska förändringar . Atomic Structure
Atomer består av en kärna av protoner och neutroner som omges av ett moln av kretsande elektroner. I kärnreaktioner är kärnan som är av betydelse . Protoner är positivt laddade partiklar och antalet protoner i kärnan betecknar elementet. Till exempel , alla atomer av kol har sex protoner medan alla atomer av kväve har sju protoner i kärnan . Ändra antalet protoner ändrar elementet . Neutroner neutralt laddade partiklar och kan variera mellan atomer av samma grundämne . Som ett exempel , väteatomer har vardera en proton men kan ha noll, en eller två neutroner beroende på isotop. Kemiskt och fysikaliskt alla isotoper av en atom beter sig på liknande sätt . Tillsammans är protoner och neutroner kallas nukleoner . Addera Atombindningsenergi
massan av en atom är mindre än summan av de enskilda nukleoner inom atom kärna . Denna anomali resultat av bindningsenergin som håller atomen tillsammans. Kom ihåg att energi och massa är relaterade enligt uppgift från Einsteins berömda ekvation . Således är skillnaden i massa mellan det atom och summan av dess nukleoner atombindningsenergi. Atombindningsenergiav en alfapartikel, i huvudsak en heliumkärna med två protoner och två neutroner , är mer än en miljon gånger större än den energi mellan kärnan och elektronen . Addera Atomic BindningsenergiCurve
Atombindningsenergikan delas med antalet nukleoner i kärnan för varje element för att producera en graf . Denna graf visar att två isotoper av järn , Fe- 56 och Fe – 58 och nickelisotopNi- 62 har de mest hårt bundna atomkärnor . Element med mindre massa än dessa atomer kan ge energi från kärnfusion , och tyngre element kan ge energi från kärnklyvning . Men , fission och fusion normalt innehålla inslag längst i varje riktning .
Kärnklyvning
Tyngre element kan delas upp i mindre atomer , släppa en häpnadsväckande mängd energi i processen. Fission av ett gram av U – 238 släpper mer än en miljon gånger den energi som frigörs vid förbränning ett gram av naturgas . Olyckligtvis U- 238 undergår spontan fission i en mycket långsam takt. Men om tillräckligt med material samlas , känd som den kritiska massan , fission kan induceras genom att rikta kärnan med en neutron . Eftersom U – 238 atom splittringar , är ytterligare neutroner frigörs som kan dela ytterligare atomer . Andra ämnen kan användas för liknande reaktioner, såsom Pu- 239 . Även om dessa reaktioner är ofta identifieras med kärnreaktorer och förödelsen under andra världskriget av Hiroshima och Nagasaki , malmfyndigheter i Afrika tyder på att jordens avlägsna förflutna denna kedja reaktion som förekommer naturligt .
Nuclear Fusion
Fusion innebär kombination av lättare grundämnen för att bilda tyngre grundämnen . Den mest självklara platsen för kärnfusion är i vår egen solen. Inom solen, är vätekärnor smältas samman till heliumkärnor , vilket frigör en enorm mängd energi , endast en liten del av som når jorden. Som stjärnor uttömma sin vätgasbränsle, andra fusionsprocesserbörjar , till exempel fusion av helium till kol . Fusionsreaktioner har kopierats på jorden i vätebomber . Till skillnad från fission forskning , som producerade kontrollerade reaktioner före beväpning , fusionsreaktioner har ännu inte kontrolleras på ett sådant sätt som möjliggör energiproduktion . Bland utmaningarna i samband med fusionsforskning är inneslutning , eftersom de höga temperaturerna i fusionsreaktioner förånga något ämne i ett plasma . Addera