La fisión nuclear es el partir del núcleo de un átomo en las piezas (núcleos más ligeros ) que producen a menudo los fotones (bajo la forma de rayos gama, neutrones libres y otras partículas subatómicas como subproductos. La fisión de elementos pesados es una reacción exotérmica que puede lanzar granes cantidades de la energía como radiación electromágnetica y como energía cinética de los fragmentos (calefacción el material a granel donde ocurre la fisión). La fisión es una forma de la transmutación elemental porque los fragmentos resultantes no son el mismo elemento que el átomo original.

La fisión nuclear produce la energía para la energía atómica y conducir la explosión de las armas nucleares ambas aplicaciones se hacen posibles porque ciertas sustancias llamadas los combustibles nucleares experimentan la fisión cuando son pegadas por los neutrones libres y alternadamente generan los neutrones cuando se rompen aparte. Esto hace posible una reacción en cadena independiente económicamente que lance energía a una tarifa controlada en un reactor nuclear o a una tarifa incontrolada muy rápida en un arma nuclear . La cantidad de la energía libre contenida en combustible nuclear es millones de épocas que la cantidad de energía libre contuvo en una masa similar del combustible químico tal como gasolina, haciendo fisión nuclear una fuente de energía muy tempting; sin embargo, los productos de la fisión nuclear son el radiactivo y permanecen tan para las cantidades de tiempo significativas, dando lugar a un problema inútil nuclear . Las preocupaciones por la acumulación de la basura nuclear y por el potencial destructivo de armas nucleares pueden contrapesar las calidades deseables de la fisión como fuente de energía, y dan lugar al discusión político en curso sobre energía atómica.

Descripción física

La fisión nuclear diferencia de otras formas del decaimiento radiactivo en que puede ser enjaezada y ser controlada vía una reacción en cadena : los neutrones libres que lanzó por cada acontecimiento de la fisión pueden accionar con todo más acontecimientos, que alternadamente lanzan más neutrones y causan más fisiones. Los isótopos químicos que pueden sostener una reacción en cadena de fisión se llaman los combustibles nucleares y reputan el fisible. Los combustibles nucleares mas comunes son el ²³⁵U (el isótopo del uranio con una masa atómica de 235 y del uso en reactores nucleares) y el ²³⁹Pu (el isótopo del plutonio con una masa atómica de 239). Estos combustibles se rompen aparte en una gama de elementos químicos con las masas atómicas cerca de 100 (los productos de fisión ). La mayoría de los combustibles nucleares experimentan la fisión espontánea solamente muy lentamente, decayendo principalmente vía una alfa /la cadena de decaimiento beta durante períodos de los milenios a los eones en un reactor nuclear o el arma nuclear, la mayoría de los acontecimientos de la fisión es inducida por el bombardeo con otra partícula tal como un neutrón.

Los acontecimientos típicos de la fisión lanzan cerca de doscientos millones de eV de energía para cada acontecimiento de la fisión. Por el contrario, la mayoría que las reacciones químicas de la oxidación del (tales como carbón ardiente o TNT ) lanzan a lo más alguno el eV por acontecimiento, así que el combustible nuclear contiene por lo menos diez millones de energías más usables de las épocas que el combustible químico. La energía de la fisión nuclear se lanza como energía cinética de los productos y de los fragmentos de fisión, y como radiación electromágnetica bajo la forma de rayos gama en un reactor nuclear, la energía se convierte al calor mientras que las partículas y los rayos gama chocan con los átomos que componen el reactor y su fluido operante, generalmente agua o de vez en cuando agua pesada . La fisión nuclear de elementos pesados produce energía porque la energía de enlace (energía de enlace específico por masa) de los núcleos de la intermedio-masa con los números atómicos y las masas atómicas cerca de ⁶¹Ni y de ⁵⁶Fe es mayor que la energía de enlace específica de núcleos muy pesados, para lanzar la energía cuando los núcleos pesados están separados quebrado.

Las masas de resto totales de los productos de fisión (P. ) de una sola reacción son menos que la masa del núcleo original del combustible ( M ). El Δm de exceso de la masa = M - la P. es la masa invariante de la energía que se lanza como fotones (rayos gama y energía cinética de los fragmentos de fisión, según el   masa-energía del E de la fórmula de la equivalencia ; =  bujía métrica ².

En acontecimientos de la fisión nuclear los núcleos pueden romperse en cualquier combinación de núcleos más ligeros, pero el acontecimiento más común no es fisión para igualar núcleos totales alrededor de la masa 120; el acontecimiento más común (dependiendo del isótopo y del proceso) es una fisión levemente desigual en cuál que siguen habiendo el núcleo de la hija tiene una masa de cerca de 90 100 al u y el otro los 130 140 al u . Las fisiones desiguales son enérgio más favorables porque ésta permite que un producto esté más cercano al cercano mínimo enérgio u (solamente un cuarto de la masa 60 de la masa fisionable media), mientras que el otro núcleo con el u de la masa 135 todavía no es lejano fuera de la gama de los núcleos lo más firmemente posible limitados (otra declaración de esto, es que la curva atómica de la energía de enlace es levemente más escarpada a la izquierda del u de la masa 120 que a la derecha de ella).

La variación en energía de enlace específica con número atómico es debido a la interacción de las dos fuerzas fundamentales que actúan en los nucleones componentes (los protones y los neutrones que componen el núcleo. Los núcleos son limitados por una fuerza nuclear fuerte atractivo entre los nucleones, que supera la repulsión electrostática entre los protones. Sin embargo, la fuerza nuclear fuerte actúa solamente sobre gamas extremadamente cortas, puesto que sigue un potencial de Yukawa. Por esta razón los núcleos grandes son menos limitados firmemente por masa de unidad que pequeños núcleos, y rompiendo un núcleo muy grande en dos o más energías intermedio-clasificadas de los lanzamientos de los núcleos.

Debido a el de corto alcance de la fuerza de enlace fuerte, los núcleos grandes deben contener proporcional más neutrones que encender los elementos, que son los más estables con un cociente 1-1 de protones y de neutrones. Los neutrones adicionales estabilizan elementos pesados porque agregan a la fuerte-fuerza que ata sin el adición a la repulsión del protón-protón. Los productos de fisión tienen, en promedio, el cociente casi igual de neutrones y protones como su núcleo del padre, y son por lo tanto generalmente inestables porque tienen proporcional demasiados neutrones comparados a los isótopos estables de Massachusetts similar. Ésta es la causa fundamental del problema del desperdicio de alto nivel radiactivo de los reactores nucleares. Los productos de fisión tienden a ser los emisores beta, que emite los electrones rápidos del para conservar la carga eléctrica mientras que exceso de los neutrones convierten a los protones dentro del núcleo de los átomos del producto de fisión. Los combustibles nucleares mas comunes, ²³⁵U y ²³⁹Pu, no son peligros radiológicos importantes solo: ²³⁵U tiene un período de aproximadamente 700 millones de años, y aunque ²³⁹Pu tenga un período de solamente cerca de 24.000 años, es un emisor puro de la partícula alfa y por lo tanto no particularmente peligroso a menos que esté injerido. Una vez que se ha utilizado un elemento combustible, el material restante del combustible se mezcla íntimo con los productos de fisión alto radiactivos que emiten las partículas beta enérgio y los rayos gama . Algunos productos de fisión tienen períodos tan cortos como segundos; otros tienen períodos de diez de millares de años, requiriendo el almacenamiento de larga duración en instalaciones tales como montaña de la yuca hasta que los productos de fisión decaigan en los isótopos estables no radiactivos.

Reacciones en cadena

considera también:

la reacción en cadena nuclear Muchos elementos pesados, tales como uranio, el torio, y el plutonio, experimentan ambo la fisión espontánea, una forma del decaimiento radiactivo y la fisión inducida, una forma de la reacción nuclear . Los isótopos elementales que experimentan la fisión inducida cuando son pegados por un neutrón libre se llaman el fisionable; los isótopos que experimentan la fisión cuando son pegados por un termal, neutrón de movimiento lento también se llaman el fisible. Algunos isótopos particularmente fisibles y fácilmente obtenibles (notablemente ²³⁵U y ²³⁹Pu) se llaman los combustibles nucleares porque pueden sostener una reacción en cadena y pueden ser obtenidos en bastante grandes cantidades para ser útiles.

Todos los isótopos fisionables y fisibles experimentan una pequeña cantidad de fisión espontánea que lance algunos neutrones libres en cualquier muestra de combustible nuclear. Tales neutrones se escaparían rápido del combustible y se convirtieron en un neutrón libre, con un período de cerca de 15 minutos antes de que decayeron a los protones y a las partículas beta sin embargo, los neutrones afectan y son absorbidos casi invariable por otros núcleos en la vecindad mucho antes sucede éste (los neutrones de fisión creados recientemente están moviendo aproximadamente el 7% de la velocidad de la luz, e incluso los neutrones moderados están moviendo aproximadamente 8 veces la velocidad del sonido). Algunos neutrones afectarán núcleos del combustible e inducirán otras fisiones, liberación con todo más neutrones. Si bastante combustible nuclear está montado en un lugar, o si los neutrones de escape se contienen suficientemente, después estos neutrones recientemente generados exceden en número los neutrones que se escapan de la asamblea, y una reacción en cadena nuclear continua ocurrirá.

Llaman una asamblea que apoya una reacción en cadena nuclear continua un montaje crítico o, si hacen la asamblea casi enteramente de un combustible nuclear, una masa crítica . El " de la palabra; critical" refiere a un cambio de signo en el comportamiento de la ecuación diferencial que gobierna el número de neutrones libres presentes en el combustible: si menos que una masa crítica está presente, después la cantidad de neutrones es determinada por el decaimiento radiactivo, pero si una masa crítica o más está presente, después la cantidad de neutrones es controlada en lugar de otro por la física de la reacción en cadena. La masa real de una masa crítica combustible nuclear depende en gran medida de la geometría y de los materiales circundantes. No todos los isótopos fisionables pueden sostener una reacción en cadena. Por ejemplo, ²³⁸U, la forma más abundante de uranio, es fisionable pero no fisible: experimenta la fisión inducida cuando es afectado por un neutrón enérgio con sobre 1 MeV de energía cinética. Pero demasiados pocos de los neutrones producidos por la fisión de ²³⁸U son bastante enérgios inducir otras fisiones en ²³⁸U, así que no hay reacción en cadena posible con este isótopo. En lugar, ²³⁸U de bombardeo con los neutrones lentos la hace absorberlos (²³⁹U) que se convierte y decaimiento por la emisión beta a ²³⁹Np que entonces decae otra vez por el mismo proceso a ²³⁹Pu; que el proceso está utilizado para fabricar ²³⁹Pu en los reactores generadores pero no contribuye a una reacción en cadena del neutrón. Los isótopos fisionables, non-fissile se pueden utilizar como fuente de energía de fisión incluso sin una reacción en cadena. ²³⁸U de bombardeo con los neutrones rápidos induce las fisiones, lanzando energía mientras la fuente de neutrón externa esté presente. Que el efecto está utilizado para aumentar la energía lanzó por las armas termonucleares moderno jacketing el arma con ²³⁸U para reaccionar con los neutrones lanzados por la fusión nuclear en el centro del dispositivo.

Reactores de la fisión

Los reactores críticos de la fisión son el tipo más común del reactor nuclear . En un reactor crítico de la fisión, los neutrones producidos por la fisión de los átomos del combustible se utilizan para inducir con todo más fisiones, sostener una cantidad controlable de lanzamiento de la energía. Los dispositivos que el producto dirigió solamente las reacciones de no automantenimiento de la fisión son los reactores subcríticos de la fisión del . Tales dispositivos utilizan el decaimiento radiactivo o los aceleradores de partícula para accionar fisiones. Los reactores críticos de la fisión se construyen para tres propósitos primarios, que implican típicamente diversas compensaciones de la ingeniería para aprovecharse del calor o de los neutrones producidos por la reacción en cadena de fisión:
los reactores de energía

'se piensan para producir el calor para la energía atómica, como parte de un que genera la estación o de un sistema eléctrico local tal como un submarino nuclear .
los reactores de investigación de 'se piensan para producir los neutrones y/o para activar las fuentes radiactivas para los propósitos científicos, médicos, que dirigen, u otros de la investigación.
los reactores generadores 'se piensan para producir los combustibles nucleares en bulto de isótopos más abundantes . El reactor generador rápido más conocido hace ²³⁹Pu (un combustible nuclear) del ²³⁸U naturalmente muy abundante (no un combustible nuclear). Los reactores generadores termales probaron previamente con ²³²Th continúan siendo estudiados y siendo convertidos. Mientras que, en principio, todos los reactores de la fisión pueden actuar en las tres capacidades, las tareas llevan en la práctica a las metas en conflicto de la ingeniería y la mayoría de los reactores se han construido con solamente uno de las tareas antedichas en mente. (Hay varios contraejemplos tempranos, tales como el reactor N de Hanford, ahora desarmado). Los reactores de energía convierten generalmente la energía cinética de los productos de fisión en el calor, que se utiliza para calentar un fluido operante y para conducir un motor de calor que genere corriente mecánica o eléctrica. El fluido operante es generalmente agua con una turbina de vapor, pero algunos diseños utilizan otros materiales tales como helio gaseoso . Los reactores de investigación producen los neutrones que se utilizan en varias maneras, con el calor de la fisión siendo tratado como residuo inevitable. Los reactores generadores son una forma especializada de reactor de investigación, con la advertencia que la muestra que es irradiada es generalmente el combustible sí mismo, una mezcla de ²³⁸U y ²³⁵U. Para una descripción más detallada de la física y de los principios de funcionamiento de los reactores críticos de la fisión, ver la física del reactor nuclear. Para una descripción de su social, los aspectos políticos, y ambientales, consideran el reactor nuclear .

Bombas de fisión

Una clase del arma nuclear, de una bomba de fisión del (no ser confundido con la bomba de fusión del ), si no conocido como una bomba atómica del o bomba atómica del, es un reactor de la fisión diseñado para liberar tanta energía como sea posible lo más rápido posible, antes de que la energía lanzada haga el reactor estallar (y la reacción en cadena parar). El desarrollo de armas nucleares era la motivación detrás de la investigación temprana en la fisión nuclear: el proyecto de Manhattan los E. militar durante la Segunda Guerra Mundial realizó la mayor parte de el trabajo científico temprano sobre las reacciones en cadena de fisión, culminando en las bombas gordas que fueron estalladas sobre los sitios de prueba, el Hiroshima de las ciudades, y el Nagasaki, Japón Little Boy y del hombre y de la trinidad en agosto 1945 .

Incluso las primeras bombas de fisión eran millares de épocas más explosivo que una masa comparable del explosivo químico . Por ejemplo, Little Boy pesó un total de cerca de cuatro toneladas (cuyo 60 kilogramos eran combustible nuclear) y tenía 11 pies de largo; también rindió una explosión equivalente a cerca de 15.000 toneladas TNT, destruyendo una parte grande de la ciudad Hiroshima . Las armas nucleares modernas (que incluyen una fusión termonuclear del así como uno o más etapas de la fisión) son literalmente centenares de épocas más enérgias para su peso que las bombas atómicas de la primera fisión pura, de modo que una sola bomba moderna de la cabeza del misil que pesa menos que 1/8o tanto como Little Boy (véase por ejemplo el W88 ) tiene una producción de 475.000 toneladas de TNT, y podrían traer a destrucción a 10 veces el área de la ciudad. Mientras que la física fundamental de la reacción en cadena de la fisión en un arma nuclear es similar a la física de un reactor nuclear controlado, los dos tipos de dispositivo se deben dirigir absolutamente diferentemente (véase la física del reactor nuclear). Es el imposible para convertir un reactor nuclear para causar una explosión nuclear verdadera, o para que un reactor nuclear estalle la manera un explosivo nuclear hace, (aunque han ocurrido las fusiones parciales del combustible y las explosiones del vapor), y semejantemente difícil extraer energía útil de un explosivo nuclear (sin embargo por lo menos un sistema de propulsión de Rocket, proyecto Orion, fue pensado para trabajar estallando bombas de fisión detrás de un vehículo masivo rellenado!).

La importancia estratégica de armas nucleares es una razón principal por la que la tecnología de la fisión nuclear es político sensible. Los diseños viables de la bomba de fisión están, discutible, dentro de las capacidades de los estudiantes brillantes (véase el Juan Aristotle Phillips ) que son increíble simples, pero el combustible nuclear para realizar los diseños es probablemente difícil obtener ser raro (véase el enriquecimiento de uranio y el ciclo del combustible nuclear ).

Historia

Mientras que muchos creen que sintió bien el Rutherford de Ernesto a la primera persona para partir deliberadamente el átomo bombardeando el nitrógeno con las partículas alfa naturales de los materiales radioactivos y observando un protón emitido con la energía más alta que la partícula alfa, éste es incorrecto. El Rutherford forzó los protones fuera del núcleo pero no partió el núcleo, como una reacción de la fisión requiere. Su Juan Cockcroft 1932 de los estudiantes y el Ernesto Walton, trabajando bajo dirección del Rutherford, intentaron partir el núcleo por medios enteramente artificiales, usar un acelerador de partícula de bombardear el litio con los protones de tal modo que producían dos partículas alfa. Esto todavía no dio lugar a la fisión nuclear.

Los resultados del bombardeo del uranio por los neutrones habían probado interesante y el desconcierto. Primero estudiado por el Enrique Fermi y sus colegas en el 1934, no fueron interpretados correctamente hasta varios años más tarde.

Después de la publicación de Fermi, el Lise Meitner, el Otto Hahn y el Fritz Strassmann comenzaron a realizar experimentos similares en Alemania. Meitner, judío austríaco, perdido su ciudadanía con el Anschluss en 1938. Ella huyó e hiere para arriba en Suecia, pero continuado colaborando por correo y con reuniones con Hahn en Suecia. Por coincidencia su Otto Roberto Frisch, también refugiado del sobrino, estaba también en Suecia cuando Meitner recibió una letra de Hahn que describía su resistente a sustancias químicas que algo del producto del bombardeo del uranio con los neutrones era bario (el peso atómico del bario es mitad el del uranio). Frisch era escéptico, pero Meitner creyó que Hahn era un químico demasiado bueno haber incurrido en una equivocación. Según Frisch:

¿Era un error? No, dijo Lise Meitner; Hahn era un químico demasiado bueno para eso. Pero cómo podría el bario ser ¿formado del uranio? No hay fragmentos más grandes que los protones o los núcleos del helio (partículas alfa) nunca saltado lejos de núcleos, y saltar de un gran número no casi bastante energía estaba disponible. Ni era posible que el núcleo de uranio se habría podido hender a la derecha a través. Un núcleo no era como a sólido frágil que puede ser hendido o estar roto; George Gamow había sugerido a principios de, y Bohr había dado buenas discusiones que un núcleo era mucho más bién una gota líquida. Quizás una gota podía dividirse en dos gotas más pequeñas en una manera más gradual, primero convirtiéndose alargaron, entonces constricted, y finalmente ¿siendo rasgado algo que roto en dos? Sabíamos que había las granes fuerzas que resistirían tal a el proceso, apenas como la tensión de superficie de una gota líquida ordinaria tiende a resistir su división en dos más pequeños unos. Pero los núcleos diferenciaron de gotas ordinarias en una manera importante: fueron cargados eléctricamente, y eso era sabida para contrariar la tensión de superficie.

La carga de un núcleo de uranio, encontramos, éramos de hecho bastante grandes superar el efecto de la superficie tensión casi totalmente; el núcleo de uranio pudo asemejarse tan de hecho mismo a una gota inestable del giro excéntrico, alistar para dividirse en la provocación más leve, tal como el impacto de un solo neutrón. Pero había otro problema. Después de la separación, las dos gotas serían conducidas aparte por su mutuo la repulsión eléctrica y adquiriría la velocidad y por lo tanto una energía muy grande, MeV cerca de 200 en todos; ¿de dónde podía esa energía venir? … Lise Meitner… se resolvió que los dos núcleos formaron por la división de un uranio el núcleo junto sería más ligero que el núcleo de uranio original por cerca de un quinto de la masa de a protón. Ahora siempre que desaparezca la masa la energía se crea, según la fórmula E=mc2 de Einstein, y un quinto de una masa del protón era apenas equivalente a 200MeV. Tan aquí estaba la fuente para esa energía; él todo ¡cabido!

El descubrimiento básico y el resistente a sustancias químicas Otto Hahn y Fritz Strassmann que un isótopo del bario fue producido por el bombardeo del neutrón del uranio fueron publicados en un papel en Alemania en el Naturwissenschaften del diario, el 6 de enero, el 1939 ) y ganaron a Hahn un Premio Nobel

Frisch confirmado rápido experimental por medio de un compartimiento de nube que el átomo de uranio había sido partido de hecho por la acción de neutrones. Una idea fundamental de este experimento fue sugerida a Frisch por el George Placzek . Dos papeles fueron enviados a Inglaterra el 16 de enero de 1939, el primer en la interpretación del aspecto del bario como átomo que parte por Meitner y Frisch, el segundo en la confirmación experimental por Frisch (que omite extraño la contribución importante de Placzek, sin embargo). El primer papel apareció el 11 de febrero, el segundo el 28 de febrero.

Meitner y la teoría y la prueba matemática del descubrimiento de Hahn y resistente a sustancias químicas de Frisch de los productos del bario del bombardeo del uranio eran la fundación de la investigación posterior sobre la fisión nuclear. El conceder del Premio Nobel 1944 Del en la química a Hahn solamente es una controversia de muchos años.

En el el 1939 del 16 de enero, Niels Bohr Copenhague, Dinamarca, llegó en el Estados Unidos para pasar varios meses en el Princeton, New Jersey, y estaba particularmente impaciente por discutir algunos problemas abstractos con el Albert Einstein . (Cuatro años más adelante de Bohr eran escaparse a Suecia del nazi - Dinamarca ocupada en un bote pequeño, junto con millares de otros judíos daneses, en la operación del gran escala.) Momentos antes de Bohr salió de Dinamarca, Frisch y Meitner le dio sus cálculos.

Bohr había prometido guardar el secreto de papel de Meitner/Frisch hasta que fuera publicado para preservar prioridad, pero en el barco él lo discutió con el Léon Rosenfeld, y olvidó decirle mantenerlo secreto. Rosenfeld inmediatamente sobre llegada dijo cada uno en la Universidad de Princeton, y de ellos las noticias se separaron verbalmente a los físicos vecinos incluyendo el Enrique Fermi en la Universidad de Columbia . Fermi sobre viajar para recibir el Premio Nobel Para su trabajo anterior. algo que vuelta a Italia fascista con su esposa judía. Como resultado de conversaciones entre Fermi, el Juan R. Pegram, una búsqueda fue emprendida en Colombia para los pulsos pesados de la ionización que serían esperados de los fragmentos del vuelo del núcleo de uranio . El el 26 de enero, 1939, había una conferencia sobre la física teórica en el Washington, C., patrocinada en común por la universidad de George Washington y la institución de Carnegie de Washington. Antes de que la reunión en Washington hubiera terminado, varios otros experimentos para confirmar la fisión habían sido iniciados, y la confirmación experimental positiva fue divulgada.

equipo de s del Joliot-Curie Frédéric el 'en París descubrió que los neutrones secundarios están lanzados durante la fisión de uranio así que hace una reacción en cadena factible. Cerca de dos neutrones que eran emitidos con la fisión nuclear del uranio fueron verificados independiente por el Leo Szilard y el Gualterio Zinn . El número de neutrones emitidos con la fisión nuclear de 235uranium entonces fue divulgado en 3.5/fission, y corregido más adelante a 2.6/fission por el Joliot-Curie de Frédéric, el Juan von Halban y el Lew Kowarski .

" Quot de las reacciones en cadena ; en aquel momento estaba un fenómeno sabido en la química del, pero el proceso análogo en la física nuclear usar los neutrones había sido previsto desde 1933 por el Leo Szilard, aunque Szilard en aquel momento no tuviera ninguna idea con qué materiales pudo ser iniciado el proceso. Szilard, judío húngaro-nacido, continente también huido Europa después de la subida de Hitler, aterrizando eventual en los E.

En el verano Fermi y Szilard propusieron la idea de un reactor nuclear (pila) con uranio natural como el combustible y grafito como asesor de la energía del neutrón.

En agosto los refugiados Húngaro-Judíos Szilard, caja y Wigner persuadieron a refugiado Austríaco-Judío Einstein de advertir a presidente Roosevelt de la amenaza alemana. La letra sugirió la posibilidad de la bomba de uranio entregable en nave. El presidente la recibió en 1939.11 poco después de que WWII comenzó.

En el James Chadwick de Inglaterra propuso una bomba atómica que utilizaba el uranio natural basado en un papel por el Rudolf Peierls con la masa necesaria para el estado crítico que era 30-40 toneladas.

En diciembre, Heisenberg entregó un informe al departamento de Alemania de guerra en la posibilidad de una bomba de uranio.

En Birmingham, el Otto Roberto Frisch de Inglaterra teamed para arriba con el Rudolf Peierls que también había huido de leyes anti-Judías alemanas de la raza. Concibieron la idea de utilizar un isótopo purificado del uranio, uranium-235, y se resolvieron que una bomba de uranio enriquecida podría tener una masa crítica de solamente 600 G. en vez de toneladas, y que la explosión resultante sería enorme. (la cantidad resultada realmente para ser 15 kilogramos.) en febrero de 1940 entregaron el memorándum de Frisch-Peierls, sin embargo, oficialmente los consideraban " aliens" enemigo; cuando.

El Glenn Seaborg, el Joe Kennedy, el arte Wahl y el Italiano-Judío Emilio Segre del refugiado descubrieron el plutonio y lo determinaron para ser fisionables como U-235. (Paga de Lorenzo Segre polémico caído por mitad cuando él lo aprendió fue atrapado en los E. por las leyes de la raza de Mussolini.)

El 28 de junio de 1941, la oficina de la investigación y desarrollo científica fue formada para movilizar recursos científicos y para aplicar los resultados de la investigación a la defensa nacional. En septiembre Fermi montó su primera pila nuclear en un intento por crear una reacción en cadena inducida del neutrón lento en uranio. pero el experimento falló.

Producir una reacción en cadena de fisión en el combustible de uranio está lejos de trivial. Los reactores nucleares tempranos no utilizaron el uranio isotópico enriquecido, y en consecuencia fueron requeridos para utilizar granes cantidades de grafito alto purificado como materiales de la moderación del neutrón. El uso del agua ordinaria (en comparación con el agua pesada ) en reactores nucleares requiere el combustible enriquecido--- la separación parcial y el enriquecimiento relativo del isótopo raro de ²³⁵U del isótopo lejos más común de ²³⁸U. Típicamente, los reactores también requieren la inclusión de los materiales extremadamente químicamente puros del asesor del neutrón tales como deuterio (en el agua pesada ), helio, berilio, o carbón, generalmente como el grafito . (Se requiere la pureza elevada porque muchas impurezas químicas tales como el componente boron-10 del boro natural, son amortiguadores de neutrón y así el veneno muy fuertes la reacción en cadena.)

La producción de tales materiales en la escala industrial tuvo que ser solucionada para que la generación de energía atómica y la producción de las armas sean logradas. Hasta el 1940, la cantidad total de metal de uranio producida en los E. no era más que algunos gramos e incluso éste estaban de pureza dudosa; del berilio metálico no más que algunos kilogramos; óxido de deuterio concentrado (agua pesada ) no más que algunos kilogramos; y finalmente el carbón nunca había sido producido en cantidad con cualquier cosa como la pureza requerida de un asesor.

El problema de producir granes cantidades de uranio de la pureza elevada fue solucionado por el Frank Spedding usar el proceso de Thermite . El laboratorio de Ames fue establecido en 1942 para producir las granes cantidades de uranio (unenriched) natural que serían necesarias para que venga la investigación. El éxito Chicago Pile-1 que utilizó el uranio (natural) unenriched, como todo el " atómico; piles" cuál produjo el plutonio para la bomba atómica, era también deuda específicamente a la realización de Szilard que el grafito muy puro se podría utilizar para el asesor incluso del " del uranio natural; piles". En el tiempo de guerra Alemania, la falta de apreciar las calidades del grafito muy puro llevó a los diseños del reactor dependientes en el agua pesada, que alternadamente fue negada a alemanes por ataques aliados en Noruega, en donde el agua pesada fue producida. Estas dificultades evitaron que los nazis construyeran un reactor nuclear capaz de criticalidad durante la guerra.

El desconocido hasta 1972 (pero postulado por Paul Kuroda en 1956), cuando el francés Francisco Perrin del físico descubrió los reactores fósiles de Oklo, naturaleza había batido a seres humanos al sacador enganchando a reacciones en cadena de uranio en grande de fisión, unos 2.000 millones de años en el pasado. Este proceso antiguo podía utilizar el agua normal como asesor, sólo porque 2.000 millones de años en el pasado, el uranio natural era " enriched" con el isótopo fisible corto-vivo ²³⁵U, con respecto al uranio natural disponible hoy.

Para más detalle en el desarrollo temprano de los reactores nucleares y de las armas nucleares ven el proyecto de Manhattan .

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