Aatomid võivad energiat juurde saada või kaotada, kui elektron liigub tuuma ümber kõrgemalt orbiidilt madalamale. Aatomituuma lõhestamisel vabaneb aga tunduvalt rohkem energiat kui kõrgemalt orbiidilt madalamale orbiidile naasval elektronil. Aatomi lõhenemist nimetatakse tuuma lõhustumiseks ja korduvat aatomite lõhustumist ahelreaktsiooniks. Tuuma lõhustumine toimub elektrijaamades energia tootmiseks. Teadlased jagasid aatomeid, et uurida aatomeid ja väiksemaid osi, milleks need lagunevad. See ei ole protsess, mida saab kodus läbi viia. Tuuma lõhustamist saab teha ainult nõuetekohaselt varustatud laboris või tuumajaamas.
1
Valige õige isotoop. Kõik isotoobid ei ole võrdsed, kui on vaja neid kergesti lõhustada. Kõige tavalisema uraani isotoobi aatommass on 238, mis koosneb 92 prootonist ja 146 neutronist, kuid need tuumad kipuvad neutroneid neelama, ilma et need jaguneksid teiste elementide väiksemateks tuumadeks. Uraani isotoopi, millel on 3 vähem neutronit, 235U, saab palju kergemini eraldada kui 238U; Sellist isotoopi nimetatakse lõhustuvaks. Uraani lõhenemisel (lõhustumisel) eraldub 3 neutronit, mis põrkuvad kokku teiste uraani aatomitega, tekitades seega ahelreaktsiooni. Mõnda isotoopi saab lõhustada liiga lihtsalt, nii kiiresti, et pidev lõhustumisreaktsioon ei saa toimuda hooldatud. Seda nimetatakse spontaanseks lõhustumiseks; plutooniumi isotoop 240Pu on selline isotoop, erinevalt isotoobist 239Pu, mille lõhustumise kiirus on aeglasem.
2
Võtke piisavalt isotoopi, et tagada lõhustumise jätkumine pärast esimese aatomi lõhenemist. See nõuab teatud minimaalse lõhustuva isotoobi kogust, et muuta lõhustumisreaktsioon jätkusuutlikuks; seda nimetatakse kriitiliseks massiks. Kriitilise massi saavutamiseks on isotoobi jaoks vaja piisavalt lähtematerjali, et suurendada lõhustumise tõenäosust.
3
Tuli sama isotoobi üks aatomituum teise vastu. Kuna lahtisi subatomilisi osakesi on raske kätte saada, on sageli vaja neid aatomitest, mille osaks nad kuuluvad, välja sundida. Üks meetod seda teha on antud isotoobi aatomite tulistamine sama isotoobi teiste aatomite vastu. Seda meetodit kasutati Hiroshimale heidetud 235U aatomipommi loomiseks. Uraani südamikuga relvataoline relv tulistas 235 U aatomit teise 235 U kandva materjali tüki pihta piisavalt kiiresti, et nende vabastatud neutronid paiskuksid loomulikult teiste 235 U aatomite tuumadesse ja lõhuksid need laiali. Aatomite lõhenemisel vabanevad neutronid omakorda lööksid ja lõhestavad teisi 235 U aatomit. Lõpptulemuseks oli tohutu plahvatus.
4
Pommitage lõhustuva isotoobi tuumasid subatomaarsete osakestega. Üksik subatomiline osake võib tabada 235 U aatomit, lõhestades selle teiste elementide kaheks eraldi aatomiks ja vabastades 3 neutronit. Need osakesed võivad pärineda modereeritud allikast (nt neutronkahurist) või tekkida tuumade põrkumisel. Tavaliselt kasutatakse kolme tüüpi subatomaarseid osakesi.Prootonid. Nendel subatomilistel osakestel on mass ja positiivne laeng. Prootonite arv aatomis määrab, millise elemendiga aatom on.Neutronid. Nende subatomaarsete osakeste mass on prootonitena, kuid mitte laengut. Alfaosakesed. Need osakesed on heeliumi aatomite tuumad, mis on eraldatud nende tiirlevatest elektronidest. Need koosnevad 2 prootonist ja 2 neutronist.
5
Saada radioaktiivse isotoobi kriitiline mass. Teil on vaja piisavalt toorainet, et tagada lõhustumise jätkumine. Pidage meeles, et mõne elemendi (näiteks plutooniumi) antud proovis on teil rohkem kui 1 isotoop. Veenduge, et olete välja arvutanud, kui palju soovitud lõhustuvat isotoopi teie proovis on.
6
Rikastage isotoopi. Mõnikord on vaja suurendada lõhustuva isotoobi suhtelist kogust proovis, et tagada jätkusuutlik lõhustumisreaktsioon. Seda nimetatakse rikastamiseks. Radioaktiivsete materjalide rikastamiseks on mitu võimalust. Mõned neist on: gaasi difusioon tsentrifuug elektromagnetiline eraldamine vedeliku termiline difusioon
7
Pigistage aatomiproov tihedalt, lähendades lõhustuvaid aatomeid üksteisele. Mõnikord lagunevad aatomid ise liiga kiiresti, et neid üksteise pihta tulistada. Sel juhul suurendab aatomite üksteisele lähendamine võimalust, et vabanenud subatomaarsed osakesed löövad vastu ja lõhestavad teisi aatomeid. Seda saab teha lõhkeainete abil, et sundida lõhustuvaid aatomeid üksteisele.239Pu aatomid.Seda meetodit kasutati Nagasakile heidetud 239Pu aatomipommi loomisel. Tavalised lõhkeained rõngastasid plutooniumi massi; detoneerimisel surusid nad plutooniumi massi kokku, viies 239Pu aatomid üksteisele piisavalt lähedale, et nende vabastatud neutronid saaksid pidevalt pihta ja lõhestada teisi plutooniumi aatomeid. See tekitas tohutu plahvatuse.
8
Katke radioaktiivsed materjalid metalli sisse. Asetage radioaktiivne materjal kuldsesse korpusesse. Kasutage korpuse kinnitamiseks oma kohale vasest hoidikut. Pidage meeles, et nii lõhustuvad kui ka metallid muutuvad pärast lõhustumist radioaktiivseks.
9
Ergastage elektronid laservalgusega. Pevatise (1015 vatise) laserite väljatöötamisega on nüüd võimalik radioaktiivset ainet ümbritsevates metallides elektronide ergastamiseks laservalguse abil aatomeid jagada. Samamoodi võite metallis olevate elektronide ergastamiseks kasutada 50-teravatist (5 x 1012 vatti) laserit.
10
Peatage laser. Kui elektronid naasevad oma tavalistele orbiitidele, vabastavad nad suure energiaga gammakiirgust, mis tungib läbi kulla ja vase tuuma. See vabastab nendest tuumadest neutronid. Seejärel põrkuvad need neutronid kulla all oleva uraaniga ja lõhestavad uraani aatomeid.