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Text File  |  1991-06-30  |  4.6 KB  |  91 lines
  1. If atomic particles with like charges repel each other, how is
  2. it possible for two or more protons to remain bonded together in
  3. the nucleus? What mysterious force holds them in place together
  4. with the neutrons?
  5.  
  6. Albert Einstein correctly understood that the force holding the
  7. nucleus together is totally different from other forces with
  8. which scientists had long been familiar, such as gravitational
  9. force and electromagnetic force. He called it the "strong
  10. force," for it is stronger than the force of repulsion between
  11. the protons.
  12.  
  13. What is more important, Einstein understood that a tremendous
  14. amount of energy is released when the strong force is overcome
  15. and the nucleus loses any of its particles (protons or
  16. neutrons). Atoms of some elements, such as radium, lose
  17. particles naturally at a steady rate through a process of
  18. radioactive decay. Whenever any part of their nuclear mass
  19. separates from the atom, some of that mass is converted into
  20. energy. (This accounts for the glow of radium in a darkened
  21. room.) Atoms of uranium and plutonium can lose particles and
  22. generate energy when they are fissioned (split). Fission, unlike
  23. decay, does not occur naturally, however--at least not on our
  24. earth. Under controlled conditions, the uranium nucleus can be
  25. split by striking it with a neutron. Einstein said that the
  26. inert mass of any atomic nucleus (i.e., the mass of any of the
  27. matter in our world) contains a tremendous amount of latent
  28. energy. Scientists now know that 25 grammes of matter can yield
  29. more energy through fission than a tonne of coal can yield
  30. through simple burning.
  31.  
  32. Under normal conditions, most atoms do not lose particles from
  33. their nuclei. The protons and neutrons are held in place by the
  34. strong force. However, as the number of protons increases, so
  35. does the total strength of the force pushing them apart.
  36. Nitrogen has only seven protons, so the force of repulsion
  37. between them is easily overcome. Uranium, however, with its 92
  38. protons, is less stable because the total force of repulsion
  39. between the protons is so great that the strong force can hardly
  40. overcome it.
  41.  
  42. Atoms are grouped into categories (called elements) according to
  43. the number of protons in their nuclei. Thus, all atoms
  44. containing 92 protons are atoms of uranium. However, the number
  45. of neutrons in the atom of a particular element may vary. Thus,
  46. there is a uranium atom with a total of 238 neutrons and protons
  47. (92 protons and 146 neutrons) and another with 235 (92 + 143).
  48. These two different atoms are known as isotopes of uranium.
  49.  
  50. Uranium 235 is an especially unstable isotope and, like radium,
  51. it decays at a steady rate. When it does so, radioactive energy
  52. is released. Only a very small fraction of the uranium mined
  53. from the earth contains this isotope; 99% of the uranium
  54. obtained from ore is uranium 238. When a small quantity of U235
  55. is separated from its ore and compressed, it emits so much
  56. energy in such a concentrated area that a heat explosion can
  57. easily occur.
  58.  
  59. Such an explosion once actually did occur in a South African
  60. uranium mine. The mine explosion was not like the explosion of
  61. an atomic bomb, however, because there was no chain reaction.
  62. The particles thrown out of the nuclei were not able to split
  63. other nuclei; they simply continued on their way. They were
  64. moving so fast that they went through neighbouring nuclei
  65. without stopping.
  66.  
  67. Nuclear energy as we know it was not possible until a scientist
  68. named Fermi found a way to slow down the particles thrown out of
  69. the U235 nucleus. He placed a piece of graphite between two
  70. pieces of uranium. The graphite reduced the velocity of the
  71. particles so much that they could be used to smash other atoms
  72. of the uranium. The pieces of uranium had to be of a certain
  73. size. If they were too small, the chances of a particle hitting
  74. a nucleus would be very small. If they were too large, then the
  75. number of neutrons released through chain reaction would exceed
  76. the number of neutrons forming into new nuclei, and a true
  77. atomic explosion would occur.
  78.  
  79. Fermi's nuclear reactor was controlled not only by regulating
  80. the size of the uranium pieces, but by using cadmium rods to
  81. reduce the heat of the fission. The cadmium absorbed the flying
  82. neutrons, so if the uranium began to overheat, the cadmium rods
  83. could be lowered down between them.
  84.  
  85. So far, the awesome power of the atom has been used mainly for
  86. peaceful purposes. However, even in the controlled environment
  87. of the nuclear power plant, nuclear fission is still considered
  88. dangerous. One of the major questions of our age concerns the
  89. suitability of nuclear energy as a replacement for conventional
  90. fuels, such as oil and coal.
  91.