Las personas pueden crear y observar fácilmente la fisión nuclear.
Mostraré algunas fotos que reproducen, hasta cierto punto, el primer experimento de fisión en los Estados Unidos, que Herb Anderson realizó en la Universidad de Columbia en 1939 bajo la dirección de Enrico Fermi. Buscaban un método electrónico para confirmar los resultados de la investigación radioquímica de Hahn / Meitner / Strassmann en Alemania en la que se descubrió el efecto de fisión semanas antes. Anderson tuvo que trabajar muy duro en 1939, construyendo sus propios amplificadores y su propia fuente de neutrones de radión-berilio de 500 milicurios. Hoy, la tecnología nuclear se ha vuelto mucho más rutinaria y democratizada; la electrónica para hacer esto está disponible todos los días en eBay, y los materiales necesarios (uranio, una fuente de neutrones débil, etc.) son razonablemente accesibles para los aficionados dedicados.
Lo que tengo en las siguientes fotos es una cámara de iones de placa paralela en la que una de las placas es una pieza de uranio altamente enriquecido (“aleación oral”). Herb Anderson, por supuesto, no tenía oralloy; Tenía uranio natural. Y eso también funcionará, pero se beneficiará de una fuente de neutrones más potente.
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La siguiente imagen es una vista en corte de la construcción de la cámara de iones. Está diseñado para contener los dos electrodos en un entorno de gas controlado. Usaré la mezcla conocida como P-10 (10% de metano en argón) porque la movilidad del portador de carga en este gas es alta. Herb Anderson acaba de usar aire y argón en sus experimentos, y eso es aceptable. Lo que mejora P-10 es la capacidad de discriminar entre eventos de partículas alfa (el uranio es alfa radiactivo) y los productos de fisión. Si las cargas se mueven lentamente en el gas, los pulsos alfa pueden “acumularse” con el tiempo e inmiscuirse en la señal del producto de fisión. Puede comprar P-10 por su nombre en cualquier distribuidor de gas en estos días.
Ahora cerramos la tapa de la cámara de iones y establecemos una fuente de neutrones cerca. Este está hecho de fuentes de detector de humo Am-241 pegadas a una lámina de berilio, y es bueno para aproximadamente 2000 neutrones por segundo. Eso no es muy impresionante y no es demasiado difícil hacer mejores fuentes de neutrones. Los aficionados a menudo se sienten atraídos por los tipos de fuentes de neutrones de fusión Farnsworth-Fusor que pueden manejar cientos de miles o incluso millones de neutrones por segundo. Todas estas fuentes producen neutrones rápidos, y como Anderson y Fermi aprendieron rápidamente, desea que los neutrones lentos se fisionen en el U-235. Por lo tanto, hemos rodeado nuestro aparato con algunos bloques de polietileno que disminuyen la velocidad y reflejan los neutrones en la región de interés (es decir, la rodaja de uranio en la cámara de iones):
En la siguiente foto, conecté la cámara de iones a una fuente de alto voltaje (400 V negativos en el electrodo de uranio), el cilindro de gas P-10 y algunos dispositivos electrónicos. El electrodo positivo está conectado a un preamplificador sensible a la carga Cremat CR-110 (puede comprar uno de estos por aproximadamente cien dólares), y luego podemos buscar pulsos usando el osciloscopio o podemos ver la distribución de los tamaños de pulso utilizando un analizador multicanal. Mi MCA se basa en algunos módulos NIM de Canberra y una aplicación de LabVIEW que escribí. Observe que el aparato en el carrito está completamente rodeado de polietileno para ayudar con la economía de neutrones. ¡Con una fuente tan débil, cada neutrón cuenta!
Así es como se ve la fisión en el osciloscopio, y es el tipo de señal que Herb Anderson registró cuando informó los resultados de su experimento. La fisión libera mucha más energía que la desintegración alfa en el uranio, lo que provoca que se libere mucha más carga en el gas, y eso es lo que ves aquí.
Podemos separar fácilmente los resultados de la fisión inducida de los de la desintegración alfa natural simplemente quitando la fuente de neutrones, dejando el resto del experimento igual. En el siguiente gráfico, tenemos un espectro de altura de pulso. Los pulsos alfa forman la “cola” de baja energía a la izquierda, y los conteos de fisión llenan un continuo hacia energías más altas hacia la derecha. Es importante tener en cuenta que muchos productos de fisión se forman dentro del uranio y solo pueden escapar con parte de su energía, de ahí el continuo en lugar de la clásica distribución de energía de doble joroba con la que los físicos nucleares están familiarizados. Solo obtendría ese tipo de espectro si los productos de fisión se produjeran en un medio no atenuador.
Así que ahí lo tienen, una demostración residencial a pequeña escala de la fisión nuclear inducida en el U-235. ¿Puede un grupo de aficionados, o un solo individuo comprometido, crear y detectar fisión nuclear? Seguro. ¿Pueden construir un reactor nuclear? Probablemente no, debido a la escala requerida. Millones de dólares en suministros, un requisito para un gran taller y un estrecho monitoreo de cosas como el grafito de alta pureza y la minería / procesamiento de uranio a escala industrial significan que cualquier intento será notado y alentado gentilmente a cerrar, o lo hará tienen que cumplir con las mismas leyes de regulación nuclear con las que se enfrentan los grandes.