Elektronlar, çekirdeğin bir üst ya da bir alt orbit seviyesinden taşındığında, atom; enerji kazanabilir veya kaybedebilir. Bir atomun çekirdeğini parçalamak, bir elektronu bir üst orbit seviyesinden bir alt seviyeye dönüştürmekten çok daha fazla enerji açığa çıkarır, öyle bir enerji ki yıkıcı olarak da kullanılabilir, barışçıl ve verimli amaçlar için de. Atom parçalamak 1938’de keşfedilen bir süreçtir ve nükleer fisyon olarak da bilinir; zincir reaksiyonu olarak da adlandırılan olay ise, fisyonda meydana gelen tekrarlı atom ayrışmalarıdır. Çoğu insanın bunu yapması için ekipmanı olmamasına rağmen, eğer nasıl yapıldığı konusunda çok meraklıysanız doğru yerdesiniz.
BÖLÜM 1 – TEMEL ATOM PARÇALAMA
1- Doğru izotopu seçme
Bazı elementler veya izotopları, radyoaktif bozunmaya maruz kalır. Bununla birlikte bütün izotoplar parçalamaya eşit olarak hazır hale gelecek şekilde yaratılmamışlardır. Uranyumun en çok bilinen izotopunun atom ağırlığı 238’dir (92 proton ve 146 nötron) ama bu izotopun çekirdeği diğer daha küçük element çekirdeklerine ayrışmadan nötronları absorbe etmeye meyillidir. Uranyum’un 3 nötron daha az olan izotopu 235U, 238U’den daha kolay şekilde ayrışabilir, ki buna da kolayca kırılan anlamına gelen ‘’fisil’’ denir.
-Bazı izotoplar o kadar hızlı kolayca parçalanabilir hale gelebilir ki, devam eden füzyon reaksiyonu sürdürülemez. Buna spontan füzyon denir, mesela Plütonyum’un izotopu olan 240Pu’dan farklı olarak 239Pu izotopu daha yavaş bir füzyon değerine sahiptir.
2- İlk atom ayrıştıktan sonra, füzyonun devam edeceğinden emin olmak için yeterli miktarda izotop bulundurma
Sürdürülebilir fisyon reaksiyonunu yapabilmek için belirli minimum miktarda fisil izotopu bulundurmak gerekir ki, buna kritik kütle diyoruz. Kritik kütleye ulaşmak, izotop için kaynak olarak yeterli materyali gerektirir ki bu da füzyonun meydana gelme şansını artırır.
-Bazen, sürdürülebilir füzyon reaksiyonunu başlatmak için, numune olarak fisil izotopun göreceli miktarını arttırmak gerekebilir. Buna zenginleştirme diyoruz ve numuneyi zenginleştirmek için çalışan birkaç metod mevcuttur.
3- Atom altı parçacıklarla fisil izotopun çekirdeğini bombalama
Bir atom altı parçacık 235U atomunu vurabilir, onu diğer elementlerin 2 ayrı atomlarının arasında parçalar ve 3 nötronu serbestleştirir. Atom altı parçacıklar genellikle 3 şekilde kullanılır:
-Protonlar: Bu atom altı parçacıklar kütleye sahiptir ve pozitif yüklüdür. Proton sayısı atomun hangi elemente ait olduğunu belirlemede kullanılır.
-Nötronlar: Bu atom altı parçacıklar protonlar gibi kütleye sahiptir ama yükleri yoktur.
-Alfa parçacıkları: Bu parçacıklar helyum atomunun çekirdeğidir, onun elektron yörüngesinden yoksundurlar. 2 nötron ve 2 protondan meydana gelirler.
BÖLÜM 2 – ATOM PARÇALAMA YÖNTEMLERİ
1- Aynı izotopun atomlarıdan birinin atomik çekirdeğini diğeriyle ateşlemek
Serbest atom altı parçacıkları elde etmek zor olduğundan, çoğunlukla onları parçası oldukları atomdan uzak tutmak için güç kullanmak gerekir. Bunu yapmanın yöntemlerinden birisi, verilen izotopun atomunu aynı izotopun diğer atomlarına karşı ateşlemektir.
-Bu metod Hiroşima’ya atılan 235U atom bombası yapılırken kullanıldı. Uranyum çekirdekli bir ateşleyici ile 235U atomu, nötrona sahip olabilmek için yeterince hızlı materyalleri içeren başka bir 235U parçasına ateşlendi. Serbest kaldılar, doğal olarak diğer 235U atomlarının çekirdeğinde çarpıştılar ve onları parçaladılar. Nötronlar, atomların parçalanmasından sonra, sırasıyla diğer atomlara da çarpıp onları parçalamasından sonra serbestleştiler.
2- Gergin atomik numuneyi sıkıştırarak fisil atomları birbirine daha yakın hâle getirmek
Bazen atomlar kendi içinde diğer atoma ateşlenmek için kendi kendilerine hızlı bir şekilde ayrışırlar. Bu durumda, atomları birbirine yakın hale getirmek, serbestleşmiş atom altı partiküllerin diğer atomlara çarpıp onları parçalama şansını daha da arttırır.
-Bu metod Nagasaki’ye atılan 239Pu atom bombası yapılırken kullanıldı. Konvansiyonel patlayıcılar Plütonyum kütlesini çembere aldı, patlayınca Plütonyum kütlelerini birbirine itti. Plütonyum kütleleri bir araya geldi, böylelikle nötronlar serbestleşti ve diğer 239Pu atomlarının çarpışıp parçalanması sürekli olarak devam etti.
3-Lazer ışığıyla elektronları uyarma
Petawatt(1015 watt) lazerlerin gelişmesiyle birlikte, radyoaktif madde içeren metallerdeki elektronların lazerle uyarılmasıyla atomları parçalamak mümkün hâle gelmiştir.
– 2000 yılında Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Laboratuvarı’nda yapılan bir testte, uranyum altın ile kaplanarak bakır bir kapta tutuldu. 260-joule atımlı bir kızılötesi lazer ile kutu ve kap yakıldı ve elektronları uyarıldı. Elektronlar normal orbit seviyelerine döndüklerinde, bakır çekirdeğine ve altına nüfuz edecek seviyede yüksek enerjili gama ışıması açığa çıktı ve serbestleşen nötronlar, altının altındaki uranyum atomlarının arasına geçerek onları parçaladı. (Deney sonucuna göre, altın ve bakır radyoaktifleşti.)
-Benzer bir test de Büyük Britanya’daki Rutherford Appleton Laboratuvarı’nda yapıldı. 50 terawatt’lık (5 x 1012 watt) bir lazer kullanılarak tantal bir levha, arkasına çeşitli maddeler konularak (Potasyum, gümüş, çinko ve uranyum) yakıldı. Bunun sonucunda hepsinin başarılı bir şekilde atomları parçalandı.