Gdy atom rozpada się na dwie części, albo w wyniku naturalnego rozpadu, albo w laboratorium, uwalnia energię. Proces ten znany jest jako rozszczepienie. Ma on wielki potencjał jako źródło energii, ale wiąże się z nim wiele obaw dotyczących bezpieczeństwa, środowiska i polityki, które mogą utrudnić jego wykorzystanie.
Definicja rozszczepienia
Atom zawiera protony i neutrony w swoim centralnym jądrze. W rozszczepieniu jądro rozpada się, albo w wyniku rozpadu radioaktywnego, albo dlatego, że zostało zbombardowane przez inne cząstki subatomowe znane jako neutrina. Powstałe kawałki mają mniejszą łączną masę niż oryginalne jądro, a brakująca masa jest przekształcana w energię jądrową.
Rozszczepienie kontrolowane zachodzi, gdy bardzo lekkie neutrino bombarduje jądro atomu, rozbijając je na dwa mniejsze, podobnej wielkości jądra. Zniszczenie uwalnia znaczną ilość energii – aż 200 razy więcej niż neutron, który rozpoczął procedurę – a także uwalnia co najmniej dwa kolejne neutrina.
Reakcje kontrolowane tego rodzaju są wykorzystywane do uwalniania energii w elektrowniach jądrowych. Niekontrolowane reakcje mogą być paliwem dla broni jądrowej.
Radioaktywne rozszczepienie, w którym centrum ciężkiego pierwiastka spontanicznie emituje naładowaną cząstkę, rozpadając się na mniejsze jądro, nie występuje często i zdarza się tylko w przypadku cięższych pierwiastków.
Rozszczepienie różni się od procesu syntezy jądrowej, kiedy dwa jądra łączą się, a nie rozpadają.
Odkrycie energii atomowej
W 1938 roku niemieccy fizycy Otto Hahn i Fritz Strassman zbombardowali neutronami atom uranu, próbując wytworzyć ciężkie pierwiastki. W zaskakujący sposób udało im się rozszczepić atom na pierwiastki bar i krypton, oba znacznie mniejsze niż uran, z którym para zaczynała. Wcześniejsze wysiłki fizyków skutkowały jedynie bardzo małymi kawałkami odciętymi od atomu, więc para była zaskoczona nieoczekiwanymi rezultatami.
Urodzona w Austrii fizyczka Lise Meitner, która uciekła do Szwecji po inwazji Hitlera na jej kraj, zdała sobie sprawę, że rozszczepienie uwolniło również energię. Pracując nad tym problemem ustaliła, że rozszczepienie daje co najmniej dwa neutrony na każdy neutron, który wywołał zderzenie. Ostatecznie inni fizycy zdali sobie sprawę, że każdy nowo uwolniony neutron może wywołać dwie oddzielne reakcje, z których każda może wywołać co najmniej dwie kolejne. Pojedyncze zderzenie mogło zapoczątkować reakcję łańcuchową, powodując uwolnienie jeszcze większej ilości energii.
Energia i zniszczenie
W intelektualnej reakcji łańcuchowej naukowcy zaczęli zdawać sobie sprawę z możliwości tkwiących w nowym odkryciu. W liście do prezydenta Stanów Zjednoczonych Franklina Roosevelta na początku II wojny światowej, napisanym przez węgierskiego fizyka Leo Szilarda i podpisanym przez Alberta Einsteina, zauważono, że takie badania mogłyby zostać wykorzystane do stworzenia bomby o epickich rozmiarach, i odniesiono się do pomysłu, że Niemcy mogliby dostarczyć taką broń do amerykańskich drzwi. Roosevelt przeznaczył pieniądze na amerykańskie badania, a w 1941 r. utworzono Biuro Badań Naukowych i Rozwoju, którego celem było wykorzystanie tych badań do obrony narodowej.
W 1943 r. badania nad stworzeniem broni jądrowej przejął Army Corp of Engineers. Znane jako „Projekt Manhattan”, ściśle tajne przedsięwzięcie zaowocowało stworzeniem pierwszej bomby atomowej w lipcu 1945 roku. Dwie kolejne zostały użyte jako część uderzenia wojskowego na miasta Hiroszima i Nagasaki w Japonii.
Od tamtej pory badania nad bronią atomową są uważane za niezwykle wrażliwe. Sama wiedza nie jest zbyt skomplikowana, ale materiały, które finansują ten proces, są znacznie trudniejsze do zdobycia.
Powszechniej rozszczepienie jądra jest wykorzystywane do generowania energii w elektrowni jądrowej. Jednak w wyniku tego procesu powstaje znaczna ilość odpadów jądrowych, które mogą być niebezpieczne zarówno dla ludzi, jak i dla środowiska. Jednocześnie ludzie często obawiają się niebezpieczeństw związanych z elektrowniami jądrowymi i nie chcą ich w swojej okolicy. Takie problemy sprawiają, że energia jądrowa nie jest tak popularna jak bardziej konwencjonalne metody pozyskiwania energii, takie jak wykorzystanie paliw kopalnych.
W latach 60-tych rząd USA badał możliwość wykorzystania rozszczepienia jąder jako metody napędu rakietowego. Jednak podpisanie Traktatu o Ograniczonym Zakazie Prób Nuklearnych w 1963 r. położyło kres naziemnym eksplozjom wszelkiej broni jądrowej, zamykając przynajmniej tymczasowo drzwi do testowania rakiet napędzanych rozszczepieniem.
– Nola Taylor Redd, LiveScience Contributor
Powiązane:
- WIDEO: Atoms for Peace: Nuclear Fission
- Power the Future: 10 Ways to Run the 21st Century
- Top Ten Disruptive Technologies
Recent news