Atomer består av en kjerne av protoner og nøytroner omgitt av en sky av i bane elektroner . I kjernereaksjoner er kjernen som er av betydning. Protoner er positivt ladede partikler , og det antall protoner i kjernen betegner element. For eksempel har alle atomer av karbon har seks protoner mens alle atomer av nitrogen har syv protoner i kjernen . Endring av antall protoner endrer elementet . Nøytroner blir nøytralt ladede partikler , og kan variere mellom atomer av samme element. Som et eksempel, hydrogenatomer hver har et proton , men kan ha null, en eller to nøytroner avhengig av isotopen . Kjemisk og fysisk alle isotoper av et atom oppfører seg på lignende måte . Kollektivt, protoner og nøytroner kalles nukleoner .
Atomic Binding Energy
massen til et atom er mindre enn summen av de enkelte nukleoner innenfor atom kjerne . Denne anomali resulterer fra bindingen energien som holder atomet sammen. Husk at energi og masse er relatert som fremgår av Einsteins berømte ligning . Dermed er forskjellen i masse mellom atom og summen av nukleoner er atombindingsenergi. Atom forpliktende energi av en alfapartikkel , egentlig en heliumkjerne av to protoner og to nøytroner , er mer enn en million ganger større enn energien mellom kjernen og elektronet .
Atomic Binding Energy Kurve
Atombindingsenergikan deles med antall nukleoner i kjernen for hvert element for å produsere en graf. Denne graf viser at to isotoper av jern , Fe - 56 og Fe -58 , og den 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 involverer typisk elementer på enden i hver retning .
Nuclear Fission
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 en million ganger den energien som frigjøres ved brenning ett gram av naturgass . Dessverre , gjennomgår U - 238 spontan fisjon til en svært langsom hastighet . Imidlertid , hvis det er nok materiale oppsamles , kjent som den kritiske masse , spalting kan induseres ved å målrette kjernen med et nøytron . Som U - 238 atom splittelse, er flere nøytroner frigjøres som kan splitte ytterligere atomer . Andre elementer kan brukes for lignende reaksjoner , for eksempel Pu- 239 . Mens disse reaksjonene er ofte identifisert med kjernefysiske reaktorer og ødeleggelsene i World War II av Hiroshima og Nagasaki , malmforekomster i Afrika tyder på at i jordens fjern fortid denne kjedereaksjon ble forekommer naturlig .
Nuclear Fusion
Fusion innebærer sammenslåing av lettere elementer for å danne tyngre grunnstoffer . Den mest opplagte stedet for kjernefysisk fusjon er i vår egen solen. Innenfor solen, er hydrogenkjerner smeltet sammen til heliumkjerner , slippe en enorm mengde energi , bare en liten del av dem når frem til jord. Som stjerner eksos deres hydrogendrivstoff , andre fusjonsprosesserbegynner, slik som blanding av helium inn i karbon. Fusjon reaksjoner har blitt duplisert på jorden i hydrogenbomber . I motsetning til fisjons forskning, som produseres kontrollerte reaksjoner før weaponization , fusjonsreaksjonerer ennå ikke kontrolleres på en slik måte at energiproduksjonen . Blant utfordringene knyttet til fusjonsforskning er containment , som høye temperaturer på fusjon reaksjoner fordampe noe substans i et plasma .