ما هو انقسام الذرة. قوة خارقة. البحث عن نظرية موحدة عن الطبيعة. إسقاط ، قذيفة ، كريستال

الانشطار النووي هو انقسام ذرة ثقيلة إلى جزأين متساوي الكتلة تقريبًا ، مصحوبًا بإطلاق كمية كبيرة من الطاقة.

بدأ اكتشاف الانشطار النووي حقبة جديدة - "العصر الذري". إن إمكانية استخدامه المحتمل ونسبة المخاطرة للاستفادة من استخدامه لم تولد فقط العديد من الإنجازات الاجتماعية والسياسية والاقتصادية والعلمية ، ولكن أيضًا مشاكل خطيرة. حتى من وجهة نظر علمية بحتة ، خلقت عملية الانشطار النووي عددًا كبيرًا من الألغاز والمضاعفات ، وتفسيرها النظري الكامل هو مسألة مستقبلية.

تقاسم مربح

تختلف طاقات الربط (لكل نواة) باختلاف النوى. الأثقل لها طاقات ربط أقل من تلك الموجودة في منتصف الجدول الدوري.

وهذا يعني أنه بالنسبة للنواة الثقيلة التي يزيد عددها الذري عن 100 ، يكون من المفيد التقسيم إلى جزأين أصغر ، وبالتالي إطلاق الطاقة ، والتي يتم تحويلها إلى الطاقة الحركية للشظايا. هذه العملية تسمى الانقسام

وفقًا لمنحنى الثبات ، الذي يُظهر اعتماد عدد البروتونات على عدد النيوترونات للنويدات المستقرة ، تفضل النوى الأثقل عددًا أكبر من النيوترونات (مقارنة بعدد البروتونات) على النوى الأخف. يشير هذا إلى أنه جنبًا إلى جنب مع عملية الانقسام ، ستنبعث بعض النيوترونات "الاحتياطية". بالإضافة إلى ذلك ، سوف يأخذون أيضًا بعض الطاقة المحررة. أظهرت دراسة الانشطار النووي لذرة اليورانيوم إطلاق 3-4 نيوترونات: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

العدد الذري (والكتلة الذرية) للجزء لا يساوي نصف الكتلة الذرية للجزء الأصل. عادة ما يكون الفرق بين كتل الذرات المتكونة نتيجة للانقسام حوالي 50 ذرة. صحيح أن سبب ذلك ليس واضحًا تمامًا بعد.

طاقات الربط لـ 238 U و 145 La و 90 Br هي 1803 و 1198 و 763 ميغا إلكترون فولت على التوالي. هذا يعني أنه نتيجة لهذا التفاعل ، يتم إطلاق الطاقة الانشطارية لنواة اليورانيوم ، والتي تساوي 1198 + 763-1803 = 158 إلكترون فولت.

الانقسام العفوي

عمليات الانقسام التلقائي معروفة في الطبيعة ، لكنها نادرة جدًا. يبلغ متوسط عمر هذه العملية حوالي 10 و 17 عامًا ، وعلى سبيل المثال ، يبلغ متوسط عمر تحلل ألفا لنفس النويدات المشعة حوالي 10 و 11 عامًا.

والسبب في ذلك هو أنه من أجل الانقسام إلى جزأين ، يجب أولاً أن يتم تشويه (شد) النواة إلى شكل بيضاوي ، ثم ، قبل الانقسام إلى جزأين ، تشكل "رقبة" في المنتصف.

الحاجز المحتمل

في الحالة المشوهة ، تعمل قوتان على القلب. أحدهما هو زيادة الطاقة السطحية (يفسر التوتر السطحي لقطرة سائل شكله الكروي) ، والآخر هو تنافر كولوم بين شظايا الانشطار. معًا ينتجون حاجزًا محتملاً.

كما في حالة اضمحلال ألفا ، من أجل حدوث الانشطار التلقائي لنواة ذرة اليورانيوم ، يجب أن تتغلب الشظايا على هذا الحاجز باستخدام نفق الكم. يبلغ الحاجز حوالي 6 ميغا إلكترون فولت ، كما في حالة تحلل ألفا ، لكن احتمال حفر جسيم ألفا عبر نفق أكبر بكثير من احتمال وجود ناتج انشطار ذري أثقل بكثير.

تقسيم قسري

الاحتمال الأكبر هو الانشطار المستحث لنواة اليورانيوم. في هذه الحالة ، يتم تشعيع النواة الأم بالنيوترونات. إذا قام الوالد بامتصاصها ، فإنها تلتصق ، وتطلق طاقة ملزمة على شكل طاقة اهتزازية يمكن أن تتجاوز 6 MeV المطلوبة للتغلب على الحاجز المحتمل.

عندما تكون طاقة النيوترون الإضافي غير كافية للتغلب على الحاجز المحتمل ، يجب أن يكون للنيوترون الساقط الحد الأدنى من الطاقة الحركية حتى يكون قادرًا على تحفيز انقسام الذرة. في حالة 238 يو ، تبلغ طاقة الارتباط للنيوترونات الإضافية حوالي 1 ميغا إلكترون فولت. وهذا يعني أن انشطار نواة اليورانيوم يتم تحريضه فقط بواسطة نيوترون بطاقة حركية أكبر من 1 إلكترون فولت. من ناحية أخرى ، فإن النظير 235 يو يحتوي على نيوترون واحد غير مزاوج. عندما تمتص النواة نواة إضافية ، فإنها تشكل زوجًا معها ، ونتيجة لهذا الاقتران ، تظهر طاقة ارتباط إضافية. هذا يكفي لإطلاق كمية الطاقة اللازمة للنواة للتغلب على الحاجز المحتمل ويحدث الانشطار النظيري عند الاصطدام بأي نيوترون.

تسوس بيتا

على الرغم من أن التفاعل الانشطاري يصدر ثلاثة أو أربعة نيوترونات ، إلا أن الأجزاء لا تزال تحتوي على نيوترونات أكثر من نظيراتها المتساوية المستقرة. هذا يعني أن أجزاء الانقسام غير مستقرة بشكل عام ضد تسوس بيتا.

على سبيل المثال ، عندما يحدث انشطار اليورانيوم 238U ، يكون الأيزوبار المستقر مع A = 145 هو نيوديميوم 145Nd ، مما يعني أن جزء اللانثانوم 145La يتحلل في ثلاث خطوات ، في كل مرة ينبعث منها إلكترون ومضاد نيوترينو ، حتى يتم تكوين نوكليد مستقر. الأيزوبار المستقر مع A = 90 هو الزركونيوم 90 Zr ؛ لذلك ، يتحلل جزء الانقسام البروم 90 Br في خمس مراحل من سلسلة β-decay.

تُطلق سلاسل β-decay هذه طاقة إضافية ، يتم نقلها كلها تقريبًا بواسطة الإلكترونات ومضادات النيترينوهات.

التفاعلات النووية: انشطار نوى اليورانيوم

من غير المحتمل انبعاث نيوترون مباشر من نوكليدة مع الكثير منها لضمان استقرار النواة. النقطة هنا هي أنه لا يوجد تنافر كولوم ، وبالتالي فإن الطاقة السطحية تميل إلى إبقاء النيوترون في ارتباط مع الأم. ومع ذلك ، هذا يحدث في بعض الأحيان. على سبيل المثال ، ينتج جزء انشطار 90 Br في مرحلة اضمحلال بيتا الأولى الكريبتون 90 ، والذي يمكن أن يكون في حالة مثارة مع طاقة كافية للتغلب على الطاقة السطحية. في هذه الحالة ، يمكن أن يحدث انبعاث النيوترونات مباشرة مع تكوين الكريبتون 89. لا يزال غير مستقر فيما يتعلق بالتحلل β حتى يتم تحويله إلى yttrium-89 مستقر ، بحيث يتحلل الكريبتون 89 في ثلاث خطوات.

انشطار نوى اليورانيوم: تفاعل متسلسل

يمكن امتصاص النيوترونات المنبعثة في تفاعل الانشطار بواسطة نواة أصل أخرى ، والتي تخضع بعد ذلك للانشطار المستحث. في حالة اليورانيوم 238 ، تخرج النيوترونات الثلاثة التي يتم إنتاجها بطاقات أقل من 1 ميغا إلكترون فولت (الطاقة المنبعثة أثناء انشطار نواة اليورانيوم - 158 ميغا إلكترون فولت - يتم تحويلها بشكل أساسي إلى الطاقة الحركية لشظايا الانشطار) ، لذلك لا يمكنهم التسبب في مزيد من الانشطار لهذه النويدات. ومع ذلك ، عند التركيز الكبير للنظير النادر 235 يو ، يمكن التقاط هذه النيوترونات الحرة بواسطة نوى 235 يو ، والتي يمكن أن تسبب بالفعل الانشطار ، لأنه في هذه الحالة لا توجد عتبة طاقة لا يتم تحفيز الانشطار تحتها.

هذا هو مبدأ التفاعل المتسلسل.

أنواع التفاعلات النووية

لنفترض أن k هو عدد النيوترونات المنتجة في عينة من المادة الانشطارية في المرحلة n من هذه السلسلة ، مقسومًا على عدد النيوترونات المنتجة في المرحلة n - 1. سيعتمد هذا الرقم على عدد النيوترونات المنتجة في المرحلة n - 1 والتي يتم امتصاصها من النواة ، والتي قد تضطر إلى الانقسام.

إذا كان ك< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

إذا كان k> 1 ، فإن التفاعل المتسلسل سينمو حتى يتم استخدام كل المواد الانشطارية. ويتحقق ذلك عن طريق تخصيب الخام الطبيعي للحصول على تركيز كبير بما فيه الكفاية من اليورانيوم 235. بالنسبة للعينة الكروية ، تزداد قيمة k مع زيادة احتمالية امتصاص النيوترون ، والتي تعتمد على نصف قطر الكرة. لذلك ، يجب أن تتجاوز الكتلة U كمية معينة من أجل حدوث انشطار نواة اليورانيوم (تفاعل متسلسل).

إذا كان k = 1 ، فسيحدث تفاعل محكوم. يستخدم هذا في عملية يتم التحكم فيها عن طريق توزيع قضبان الكادميوم أو البورون بين اليورانيوم ، والتي تمتص معظم النيوترونات (هذه العناصر لديها القدرة على التقاط النيوترونات). يتم التحكم في انشطار نواة اليورانيوم تلقائيًا عن طريق تحريك القضبان بطريقة تجعل قيمة k تساوي واحدًا.

غالبًا ما يقال أن هناك نوعين من العلوم - العلوم الكبيرة والصغيرة. انقسام الذرة علم كبير. لديها مرافق تجريبية عملاقة ، وميزانيات ضخمة ، وتحصل على نصيب الأسد من جوائز نوبل.

لماذا احتاج الفيزيائيون إلى شطر الذرة؟ الجواب البسيط - لفهم كيفية عمل الذرة - يحتوي فقط على جزء بسيط من الحقيقة ، ولكن هناك أيضًا سبب أكثر عمومية. إن الحديث حرفيًا عن انقسام الذرة ليس صحيحًا تمامًا. في الواقع ، نحن نتحدث عن تصادم جسيمات عالية الطاقة. في تصادم الجسيمات دون الذرية التي تتحرك بسرعات عالية ، يولد عالم جديد من التفاعلات والحقول. شظايا من المادة تحمل طاقة هائلة ، متناثرة بعد الاصطدامات ، تخفي أسرار الطبيعة ، التي ظلت منذ "خلق العالم" مدفونة في أحشاء الذرة.

المرافق التي يتم فيها تنفيذ تصادمات الجسيمات عالية الطاقة - مسرعات الجسيمات - تدهش بحجمها وتكلفتها. يصل طولها إلى عدة كيلومترات ، وبالمقارنة معها ، تبدو المعامل التي تدرس فيها اصطدامات الجسيمات صغيرة جدًا. في مجالات البحث العلمي الأخرى ، توجد المعدات في المختبر ؛ وفي فيزياء الطاقة العالية ، تُلحق المعامل بالمُسرِّع. في الآونة الأخيرة ، خصص المركز الأوروبي للأبحاث النووية (CERN) ، الواقع بالقرب من جنيف ، عدة مئات من الملايين من الدولارات لبناء معجل دائري. يصل محيط النفق الجاري إنشاؤه لهذا الغرض إلى 27 كم. تم تصميم المسرع ، المسمى LEP (حلقة الإلكترون-البوزيترون الكبيرة) ، لتسريع الإلكترونات وجسيماتها المضادة (البوزيترونات) إلى سرعات "شعرة" مختلفة عن سرعة الضوء. للحصول على فكرة عن مقياس الطاقة ، تخيل أنه بدلاً من الإلكترونات ، يتم تسريع عملة معدنية إلى مثل هذه السرعات. في نهاية دورة التسارع ، سيكون لديها طاقة كافية لتوليد ما قيمته 1،000 مليون دولار من الكهرباء! ليس من المستغرب أن يتم تصنيف مثل هذه التجارب عادة على أنها فيزياء عالية الطاقة. تتحرك شعاعي الإلكترونات والبوزيترونات تجاه بعضها البعض داخل الحلقة ، وتختبر تصادمات وجهاً لوجه ، حيث تفنى الإلكترونات والبوزيترونات ، وتطلق طاقة كافية لتكوين العشرات من الجسيمات الأخرى.

ما هذه الجسيمات؟ بعضها عبارة عن "لبنات" بنينا منها: البروتونات والنيوترونات التي تشكل نوى الذرة ، والإلكترونات التي تدور حول النوى. عادة لا توجد جسيمات أخرى في المادة من حولنا: عمرها قصير للغاية ، وبعد انتهاء صلاحيتها ، تتحلل إلى جسيمات عادية. عدد أنواع هذه الجسيمات غير المستقرة قصيرة العمر مذهل: مئات منها معروفة بالفعل. مثل النجوم ، الجسيمات غير المستقرة كثيرة جدًا بحيث لا يمكن تمييزها "بالاسم". تتم الإشارة إلى العديد منهم بالأحرف اليونانية فقط ، والبعض الآخر مجرد أرقام.

من المهم أن تضع في اعتبارك أن كل هذه الجسيمات غير المستقرة العديدة والمتنوعة ليست بأي حال من الأحوال بالمعنى الحرفي الأجزاء المكونةالبروتونات أو النيوترونات أو الإلكترونات. لا تتشتت الإلكترونات والبوزيترونات المتصادمة عالية الطاقة على الإطلاق في العديد من الشظايا دون الذرية. حتى في تصادم البروتونات عالية الطاقة ، والتي تتكون بشكل واضح من أجسام أخرى (كواركات) ، فإنها ، كقاعدة عامة ، لا تنقسم إلى الأجزاء المكونة لها بالمعنى المعتاد. ما يحدث في مثل هذه الاصطدامات يُنظر إليه بشكل أفضل على أنه إنتاج مباشر لجسيمات جديدة من طاقة الاصطدام.

منذ حوالي عشرين عامًا ، كان الفيزيائيون مذهولين تمامًا من وفرة وتنوع الجسيمات دون الذرية الجديدة ، والتي بدت وكأنها بلا نهاية. كان من المستحيل أن نفهم لماذاالكثير من الجسيمات. ربما تكون الجسيمات الأولية مثل سكان حديقة الحيوان مع انتمائهم الضمني إلى العائلات ، ولكن بدون أي تصنيف واضح. أو ربما ، كما يعتقد بعض المتفائلين ، الجسيمات الأولية هي مفتاح الكون؟ ما هي الجسيمات التي لاحظها الفيزيائيون: شظايا غير مهمة وعشوائية من المادة أو الخطوط العريضة لنظام مدرك بشكل غامض يظهر أمام أعيننا ، مما يشير إلى وجود بنية غنية ومعقدة للعالم دون النووي؟ اليوم لا شك في وجود مثل هذا الهيكل. العالم المصغر له ترتيب عميق ومنطقي ، ونبدأ في فهم معنى كل هذه الجسيمات.

تم اتخاذ الخطوة الأولى نحو فهم العالم المصغر نتيجة لتنظيم جميع الجسيمات المعروفة ، تمامًا كما حدث في القرن الثامن عشر. قام علماء الأحياء بتجميع كتالوجات مفصلة للأنواع النباتية والحيوانية. أهم خصائص الجسيمات دون الذرية هي الكتلة والشحنة الكهربائية والدوران.

نظرًا لأن الكتلة والوزن مرتبطان ، غالبًا ما يشار إلى الجسيمات ذات الكتلة الكبيرة على أنها "ثقيلة". علاقة اينشتاين E \ u003d mc ^ 2 يشير إلى أن كتلة الجسيم تعتمد على طاقته وبالتالي على سرعته. الجسيم المتحرك أثقل من الجسيم في حالة السكون. عندما يتحدث الناس عن كتلة الجسيم ، فإنهم يقصدونها. الراحة،لأن هذه الكتلة مستقلة عن حالة الحركة. يتحرك جسيم بدون كتلة سكون بسرعة الضوء. أوضح مثال على جسيم بدون كتلة سكون هو الفوتون. يُعتقد أن الإلكترون هو أخف الجسيمات مع كتلة راحة غير صفرية. إن البروتون والنيوترون أثقل بنحو 2000 مرة ، بينما تبلغ كتلة أثقل جسيم تم إنشاؤه في المختبر (جسيمات Z) حوالي 200000 ضعف كتلة الإلكترون.

تختلف الشحنة الكهربائية للجسيمات في نطاق ضيق نوعًا ما ، ولكن كما أشرنا ، فهي دائمًا مضاعف للوحدة الأساسية للشحنة. بعض الجسيمات ، مثل الفوتونات والنيوترينوات ، ليس لها شحنة كهربائية. إذا تم أخذ شحنة بروتون موجب الشحنة على أنها +1 ، فإن شحنة الإلكترون هي -1.

بوصة. في الشكل 2 ، قدمنا خاصية أخرى للجسيمات - الدوران. كما أنه يأخذ دائمًا قيمًا تعد من مضاعفات بعض الوحدات الأساسية ، والتي يتم اختيارها لتكون 1 لأسباب تاريخية /2. وهكذا ، فإن البروتون والنيوترون والإلكترون لها دوران 1/2, ودوران الفوتون هو 1. الجسيمات ذات الدوران 0 و 3/2 و 2 معروفة أيضًا ، ولم يتم العثور على الجسيمات الأساسية ذات السبين الأكبر من 2 ، ويعتقد المنظرون أن الجسيمات التي تحتوي على مثل هذه الدورات غير موجودة.

يُعد دوران الجسيم خاصية مهمة ، ووفقًا لقيمته ، تنقسم جميع الجسيمات إلى فئتين. تسمى الجسيمات ذات السبينات 0 و 1 و 2 "البوزونات" - تكريما للفيزيائي الهندي شاتيندراناث بوز ، والجسيمات ذات الدوران نصف الصحيح (أي مع الدوران 1/2 أو 3/2 - "الفرميونات" تكريما لإنريكو فيرمي. ربما يكون الانتماء إلى إحدى هاتين الفئتين هو الأهم في قائمة خصائص الجسيمات.

السمة المهمة الأخرى للجسيم هي عمره. حتى وقت قريب كان يعتقد أن الإلكترونات والبروتونات والفوتونات والنيوترينوات مستقرة تمامًا ، أي لها عمر لانهائي. يظل النيوترون ثابتًا طالما أنه "مغلق" في النواة ، لكن النيوترون الحر يتحلل في حوالي 15 دقيقة. جميع الجسيمات الأخرى المعروفة غير مستقرة بدرجة كبيرة ، وتتراوح أعمارها من بضعة ميكروثانية إلى 10-23 ثانية. مثل هذه الفترات الزمنية يبدو صغيرا بشكل غير مفهوم ، لكن لا ينبغي أن ننسى أن الجسيم يطير بسرعة قريبة من سرعة الضوء (ومعظم الجسيمات المولودة في مسرعات تتحرك بهذه السرعة بالضبط) يتمكن من الطيران لمسافة 300 متر في جزء من الثانية.

تخضع الجسيمات غير المستقرة للاضمحلال ، وهي عملية كمومية ، وبالتالي يوجد دائمًا عنصر عدم القدرة على التنبؤ في الاضمحلال. لا يمكن التنبؤ بعمر جسيم معين مسبقًا. بناءً على الاعتبارات الإحصائية ، يمكن فقط توقع متوسط العمر. عادة ما يتحدث المرء عن عمر النصف للجسيم ، وهو الوقت الذي يستغرقه عدد السكان من الجسيمات المتطابقة إلى النصف. توضح التجربة أن الانخفاض في عدد السكان يحدث بشكل أسي (انظر الشكل 6) وأن نصف العمر هو 0.693 من متوسط العمر.

لا يكفي أن يعرف الفيزيائيون بوجود هذا الجسيم أو ذاك - فهم يسعون إلى فهم دوره. تعتمد إجابة هذا السؤال على خصائص الجسيمات المذكورة أعلاه ، وكذلك على طبيعة القوى المؤثرة على الجسيم من الخارج والداخل. بادئ ذي بدء ، يتم تحديد خصائص الجسيم من خلال قدرته (أو عدم قدرته) على المشاركة في تفاعل قوي. تشكل الجسيمات المشاركة في التفاعل القوي فئة خاصة وتسمى أندرونس.تسمى الجسيمات التي تشارك في التفاعل الضعيف ولا تشارك في التفاعل القوي اللبتوناتوهو ما يعني "الرئتين". دعونا نلقي نظرة سريعة على كل من هذه العائلات.

من المهم أن تضع في اعتبارك أن كل هذه الجسيمات غير المستقرة العديدة والمتنوعة ليست بأي حال من الأحوال مكونات حرفيًا للبروتونات أو النيوترونات أو الإلكترونات. لا تتشتت الإلكترونات والبوزيترونات المتصادمة عالية الطاقة على الإطلاق في العديد من الشظايا دون الذرية. حتى في تصادم البروتونات عالية الطاقة ، والتي تتكون من كائنات أخرى (كواركات) ، فإنها ، كقاعدة عامة ، لا تنقسم إلى الأجزاء المكونة لها بالمعنى المعتاد. ما يحدث في مثل هذه الاصطدامات يُنظر إليه بشكل أفضل على أنه إنتاج مباشر لجسيمات جديدة من طاقة الاصطدام.

منذ حوالي عشرين عامًا ، كان الفيزيائيون مذهولين تمامًا من وفرة وتنوع الجسيمات دون الذرية الجديدة ، والتي بدت وكأنها بلا نهاية. كان من المستحيل أن نفهم سبب وجود الكثير من الجسيمات. ربما تكون الجسيمات الأولية مثل سكان حديقة الحيوان مع انتمائهم الضمني إلى العائلات ، ولكن بدون أي تصنيف واضح. أو ربما ، كما يعتقد بعض المتفائلين ، الجسيمات الأولية هي مفتاح الكون؟ ما هي الجسيمات التي لاحظها الفيزيائيون: شظايا غير مهمة وعشوائية من المادة أو الخطوط العريضة لنظام مدرك بشكل غامض يظهر أمام أعيننا ، مما يشير إلى وجود بنية غنية ومعقدة للعالم دون النووي؟ اليوم لا شك في وجود مثل هذا الهيكل. العالم المصغر له ترتيب عميق ومنطقي ، ونبدأ في فهم معنى كل هذه الجسيمات.

اختر النظير المناسب.تخضع بعض العناصر أو النظائر للاضمحلال الإشعاعي ، وقد تتصرف النظائر المختلفة بشكل مختلف. أكثر نظائر اليورانيوم شيوعًا لها وزن ذري يبلغ 238 ويتكون من 92 بروتونًا و 146 نيوترونًا ، لكن نواته عادةً تمتص النيوترونات دون الانقسام إلى نوى عناصر أخف. نظير اليورانيوم ، الذي تحتوي نواته على ثلاثة نيوترونات أقل ، 235 يو ، ينشطر بسهولة أكبر بكثير من 238 يو ، ويسمى النظير الانشطاري.

يطلق انشطار اليورانيوم ثلاثة نيوترونات تتصادم مع ذرات يورانيوم أخرى ، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل.
تنشطر بعض النظائر بسهولة وبسرعة بحيث يستحيل الحفاظ على تفاعل نووي ثابت. تسمى هذه الظاهرة بالتحلل العفوي أو التلقائي. على سبيل المثال ، يخضع نظير البلوتونيوم 240 Pu لمثل هذا الانحلال ، على عكس 239 Pu مع معدل انشطار أقل.

لكي يستمر التفاعل بعد تحلل الذرة الأولى ، يجب جمع نظير كافٍ.للقيام بذلك ، من الضروري أن يكون لديك حد أدنى معين من النظائر الانشطارية التي ستدعم التفاعل. هذه الكمية تسمى الكتلة الحرجة. مطلوب مادة بدء كافية للوصول إلى الكتلة الحرجة وزيادة احتمال الاضمحلال.

أطلق نواة ذرية لنظير على نواة أخرى من نفس النظير.نظرًا لأن الجسيمات دون الذرية الحرة نادرة جدًا ، فمن الضروري غالبًا فصلها عن الذرات التي تحتوي على هذه الجسيمات. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في إطلاق ذرة من النظير على أخرى من نفس النوع.

تم استخدام هذه الطريقة لإنشاء القنبلة الذرية 235 يو التي تم إسقاطها على هيروشيما. أطلق سلاح شبيه بالمدفع مع قلب من اليورانيوم 235 ذرة من اليورانيوم على هدف من ذرات اليورانيوم المتماثلة 235. تحركت الذرات بسرعة كافية بحيث اخترقت النيوترونات المنبعثة منها نوى ذرات اليورانيوم 235 الأخرى وشطرتها. وأطلق الانشطار ، بدوره ، النيوترونات ، التي قسمت ذرات اليورانيوم 235 التالية.

النار على نوى النظير الانشطاري مع الجسيمات دون الذرية.يمكن لجسيم دون ذري واحد أن يصطدم بذرة يو إس بي 235 ويقسمها إلى ذرتين منفصلتين من عناصر أخرى ، مما ينتج عنه ثلاثة نيوترونات. يمكن الحصول على الجسيمات دون الذرية من مصدر خاضع للرقابة (مثل مدفع نيوتروني) أو إنشاؤها من الاصطدامات النووية. يتم استخدام ثلاثة أنواع من الجسيمات دون الذرية بشكل شائع.

البروتونات. هذه الجسيمات دون الذرية لها كتلة وشحنة كهربائية موجبة. يحدد عدد البروتونات في الذرة العنصر الذي تنتمي إليه الذرة.
نيوترونات. كتلة هذه الجسيمات دون الذرية تساوي كتلة البروتون ، لكنها محايدة (ليس لها شحنة كهربائية).
جسيمات ألفا. هذه الجسيمات هي نوى خالية من الإلكترون من ذرات الهليوم. تتكون من بروتونين واثنين من النيوترونات.