บทความนี้บอกว่านิวเคลียร์ฟิชชันคืออะไร มีการค้นพบและอธิบายกระบวนการนี้อย่างไร เผยให้เห็นการใช้เป็นแหล่งพลังงานและอาวุธนิวเคลียร์
"แบ่งไม่ได้" อะตอม
ศตวรรษที่ยี่สิบเอ็ดเต็มไปด้วยสำนวนเช่น "พลังงานของอะตอม", "เทคโนโลยีนิวเคลียร์", "กากกัมมันตภาพรังสี" ในหัวข่าวของหนังสือพิมพ์เป็นระยะๆ มักมีข้อความแฟลชเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีในดิน มหาสมุทร น้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกา อย่างไรก็ตาม คนธรรมดามักไม่มีความคิดที่ดีว่าวิทยาศาสตร์สาขานี้คืออะไร และมีประโยชน์อย่างไรในชีวิตประจำวัน มันอาจจะคุ้มค่าที่จะเริ่มต้นด้วยประวัติศาสตร์ จากคำถามแรกที่ถามโดยคนที่แต่งตัวดีและแต่งตัวดี เขาสนใจว่าโลกนี้ทำงานอย่างไร ตามองเห็นอย่างไร หูได้ยินอย่างไร น้ำแตกต่างจากหินอย่างไร นี่คือสิ่งที่ทำให้นักปราชญ์กังวลตั้งแต่ครั้งอดีตกาล แม้แต่ในอินเดียและกรีกโบราณ ความอยากรู้อยากเห็นบางคนบอกว่ามีอนุภาคน้อยที่สุด (เรียกอีกอย่างว่า "แบ่งไม่ได้") ที่มีคุณสมบัติของวัสดุ นักเคมีในยุคกลางยืนยันการคาดเดาของปราชญ์ และคำจำกัดความสมัยใหม่ของอะตอมมีดังนี้: อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่เป็นผู้ถือคุณสมบัติ
ชิ้นส่วนของอะตอม
อย่างไรก็ตามการพัฒนาเทคโนโลยี (ในโดยเฉพาะอย่างยิ่งการถ่ายภาพ) ได้นำไปสู่ความจริงที่ว่าอะตอมไม่ถือว่าเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ของสสารอีกต่อไป และแม้ว่าอะตอมเดี่ยวจะเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าประกอบด้วยสองส่วนที่มีประจุต่างกัน จำนวนของชิ้นส่วนที่มีประจุบวกจะชดเชยจำนวนของชิ้นส่วนที่เป็นลบ ดังนั้นอะตอมจึงยังคงเป็นกลาง แต่ไม่มีแบบจำลองอะตอมที่ชัดเจน เนื่องจากฟิสิกส์คลาสสิกยังคงครอบงำในช่วงเวลานั้น จึงมีการตั้งสมมติฐานต่างๆ
รุ่นอะตอม
ในตอนแรก มีการเสนอโมเดล “ลูกเกด” ประจุบวกเติมเต็มพื้นที่ทั้งหมดของอะตอมและมีประจุลบกระจายไปในนั้นเหมือนลูกเกดในขนมปัง การทดลองที่มีชื่อเสียงของรัทเทอร์ฟอร์ดกำหนดดังต่อไปนี้: องค์ประกอบหนักมากที่มีประจุบวก (นิวเคลียส) ตั้งอยู่ใจกลางอะตอมและมีอิเล็กตรอนที่เบากว่ามาก มวลของนิวเคลียสหนักกว่าผลรวมของอิเล็กตรอนทั้งหมดหลายร้อยเท่า (คิดเป็น 99.9 เปอร์เซ็นต์ของมวลของอะตอมทั้งหมด) ดังนั้นแบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ของบอร์จึงถือกำเนิดขึ้น อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบบางอย่างขัดแย้งกับฟิสิกส์คลาสสิกที่ยอมรับในตอนนั้น ดังนั้นจึงมีการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัมขึ้นใหม่ ยุควิทยาศาสตร์ที่ไม่ธรรมดาก็เริ่มต้นขึ้นด้วยรูปลักษณ์ภายนอก
อะตอมและกัมมันตภาพรังสี
จากทั้งหมดที่กล่าวมา จะเห็นได้ชัดว่านิวเคลียสนั้นเป็นส่วนที่หนักและมีประจุบวกของอะตอม ซึ่งประกอบเป็นมวลของมัน เมื่อการควอนไทซ์ของพลังงานและตำแหน่งของอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอมเป็นที่เข้าใจกันดีแล้ว ก็ถึงเวลาทำความเข้าใจธรรมชาติของนิวเคลียสของอะตอม กัมมันตภาพรังสีที่แยบยลและค้นพบโดยไม่คาดคิดได้รับการช่วยเหลือ ช่วยในการเปิดเผยแก่นแท้ของส่วนกลางหนักของอะตอม เนื่องจากแหล่งที่มาของกัมมันตภาพรังสีคือการแตกตัวของนิวเคลียร์ ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่สิบเก้าและยี่สิบ การค้นพบต่างๆ ตกลงมาทีละนิด การแก้ปัญหาทางทฤษฎีของปัญหาหนึ่งจำเป็นต้องมีการทดลองใหม่ ผลการทดลองทำให้เกิดทฤษฎีและสมมติฐานที่ต้องได้รับการยืนยันหรือหักล้าง บ่อยครั้งที่การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นเพียงเพราะนั่นคือวิธีที่สูตรคำนวณได้ง่าย (เช่น ควอนตัมของ Max Planck) แม้แต่ในช่วงเริ่มต้นของยุคการถ่ายภาพ นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าเกลือยูเรเนียมทำให้ฟิล์มไวต่อแสงสว่างขึ้น แต่พวกเขาไม่ได้สงสัยว่าการแตกตัวของนิวเคลียร์เป็นพื้นฐานของปรากฏการณ์นี้ จึงมีการศึกษากัมมันตภาพรังสีเพื่อให้เข้าใจธรรมชาติของการสลายตัวของนิวเคลียส เห็นได้ชัดว่าการแผ่รังสีเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของควอนตัม แต่ก็ยังไม่ชัดเจนนัก Curies ขุดแร่เรเดียมและพอโลเนียมบริสุทธิ์ซึ่งทำงานเกือบด้วยมือในแร่ยูเรเนียมเพื่อตอบคำถามนี้
ประจุของกัมมันตภาพรังสี
รัทเทอร์ฟอร์ดศึกษาโครงสร้างของอะตอมเป็นอย่างมากและมีส่วนในการศึกษาว่านิวเคลียสของอะตอมเกิดขึ้นได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์วางรังสีที่ปล่อยออกมาจากธาตุกัมมันตภาพรังสีในสนามแม่เหล็กและได้ผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์ ปรากฎว่ารังสีประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: หนึ่งเป็นกลางและอีกสองมีประจุบวกและลบ การศึกษาการแยกตัวของนิวเคลียร์เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของส่วนประกอบ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่านิวเคลียสสามารถแบ่งตัวออกจากประจุบวกได้
โครงสร้างของนิวเคลียส
ต่อมาปรากฎว่านิวเคลียสของอะตอมไม่เพียงประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีประจุบวกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอนุภาคที่เป็นกลางของนิวตรอนด้วย พวกมันรวมกันเรียกว่านิวเคลียส (จาก "นิวเคลียส" ในภาษาอังกฤษคือนิวเคลียส) อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์พบปัญหาอีกครั้ง: มวลของนิวเคลียส (นั่นคือจำนวนของนิวคลีออน) ไม่สอดคล้องกับประจุของมันเสมอไป ในไฮโดรเจน นิวเคลียสมีประจุ +1 และมวลสามารถเป็นสาม สอง และหนึ่ง ฮีเลียมถัดไปในตารางธาตุมีประจุนิวเคลียร์ที่ +2 ในขณะที่นิวเคลียสของมันมีนิวคลีออนตั้งแต่ 4 ถึง 6 นิวเคลียส องค์ประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถมีมวลที่แตกต่างกันมากขึ้นสำหรับประจุเดียวกัน การแปรผันของอะตอมดังกล่าวเรียกว่าไอโซโทป ยิ่งกว่านั้นไอโซโทปบางตัวกลับกลายเป็นว่าค่อนข้างเสถียรในขณะที่ไอโซโทปบางชนิดสลายตัวอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีลักษณะเฉพาะจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ หลักการใดที่สอดคล้องกับจำนวนนิวคลีออนของความเสถียรของนิวเคลียส เหตุใดการเพิ่มนิวตรอนเพียง 1 นิวเคลียสในนิวเคลียสที่หนักและค่อนข้างคงที่จึงนำไปสู่การแตกตัวของกัมมันตภาพรังสี น่าแปลกที่ยังไม่พบคำตอบสำหรับคำถามสำคัญนี้ จากการทดลองพบว่าการกำหนดค่าที่เสถียรของนิวเคลียสอะตอมสอดคล้องกับโปรตอนและนิวตรอนจำนวนหนึ่ง หากมีนิวตรอนและ/หรือโปรตอนจำนวน 2, 4, 8, 50 ตัวในนิวเคลียส นิวเคลียสจะมีความเสถียรแน่นอน ตัวเลขเหล่านี้เรียกว่าเวทย์มนตร์ (และนักวิทยาศาสตร์ผู้ใหญ่ นักฟิสิกส์นิวเคลียร์เรียกพวกมันว่า) ดังนั้นฟิชชันของนิวเคลียสจึงขึ้นอยู่กับมวลของพวกมัน นั่นคือจำนวนของนิวคลีออนที่รวมอยู่ในพวกมัน
ดรอป เชลล์ คริสตัล
ขณะนี้ไม่สามารถระบุปัจจัยที่รับผิดชอบต่อความเสถียรของแกนกลางได้ มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับแบบจำลองโครงสร้างของอะตอม ทั้งสามที่มีชื่อเสียงและพัฒนามักจะขัดแย้งกันในประเด็นต่างๆ ตามข้อแรก นิวเคลียสคือหยดของของเหลวนิวเคลียร์ชนิดพิเศษ เช่นเดียวกับน้ำ ลักษณะการไหล แรงตึงผิว การรวมตัวและการเสื่อมสลาย ในแบบจำลองเปลือกนอก ยังมีระดับพลังงานบางอย่างในนิวเคลียสซึ่งเต็มไปด้วยนิวคลีออน สถานะที่สามว่าแกนกลางเป็นสื่อที่มีความสามารถในการหักเหของคลื่นพิเศษ (de Broglie) ในขณะที่ดัชนีการหักเหของแสงคือพลังงานศักย์ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีแบบจำลองใดที่สามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์ว่าทำไม นิวเคลียร์ฟิชชันจึงเริ่มต้นขึ้นในมวลวิกฤตจำนวนหนึ่งขององค์ประกอบทางเคมีนี้
การเลิกราเป็นอย่างไร
กัมมันตภาพรังสีดังที่กล่าวไว้ข้างต้นพบได้ในสารที่สามารถพบได้ในธรรมชาติ ได้แก่ ยูเรเนียม พอโลเนียม เรเดียม ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียมบริสุทธิ์ที่ขุดขึ้นมาใหม่มีกัมมันตภาพรังสี กระบวนการแยกในกรณีนี้จะเกิดขึ้นเอง หากไม่มีอิทธิพลจากภายนอก อะตอมของยูเรเนียมจำนวนหนึ่งจะปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา และเปลี่ยนเป็นทอเรียมโดยธรรมชาติ มีตัวบ่งชี้ที่เรียกว่าครึ่งชีวิต มันแสดงให้เห็นว่าช่วงเวลาใดจากจำนวนเริ่มต้นของส่วนประมาณครึ่งหนึ่งจะยังคงอยู่ สำหรับธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ ค่าครึ่งชีวิตจะแตกต่างกัน - จากเศษเสี้ยววินาทีสำหรับแคลิฟอร์เนียถึงหลายร้อยหลายพันปีสำหรับยูเรเนียมและซีเซียม แต่ยังมีการบังคับกัมมันตภาพรังสี หากนิวเคลียสของอะตอมถูกทิ้งระเบิดด้วยโปรตอนหรืออนุภาคแอลฟา (นิวเคลียสฮีเลียม) ด้วยพลังงานจลน์สูง พวกมันสามารถ "แยก" ได้ แน่นอนว่ากลไกของการเปลี่ยนแปลงนั้นแตกต่างไปจากแจกันใบโปรดของแม่ที่แตกหัก อย่างไรก็ตาม มีความคล้ายคลึงบางอย่าง
พลังงานอะตอม
จนถึงตอนนี้ เรายังไม่ได้ตอบคำถามเชิงปฏิบัติ: พลังงานมาจากไหนในระหว่างการแยกตัวของนิวเคลียร์ ในการเริ่มต้นจะต้องชี้แจงว่าในระหว่างการก่อตัวของนิวเคลียสนั้นกองกำลังนิวเคลียร์พิเศษกระทำการซึ่งเรียกว่าปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง เนื่องจากนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนเชิงบวกจำนวนมาก คำถามยังคงอยู่ว่าพวกมันเกาะติดกันอย่างไร เพราะแรงไฟฟ้าสถิตจะต้องผลักพวกมันออกจากกันค่อนข้างแรง คำตอบนั้นเรียบง่ายและไม่ใช่ในเวลาเดียวกัน: นิวเคลียสถูกยึดเข้าด้วยกันโดยการแลกเปลี่ยนอย่างรวดเร็วระหว่างนิวคลีออนของอนุภาคพิเศษ - pi-mesons การเชื่อมต่อนี้สั้นอย่างไม่น่าเชื่อ ทันทีที่การแลกเปลี่ยน pi-meson หยุดลง นิวเคลียสก็จะสลายตัว เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามวลของนิวเคลียสมีค่าน้อยกว่าผลรวมของนิวคลีออนที่เป็นส่วนประกอบทั้งหมด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความบกพร่องของมวล อันที่จริง มวลที่หายไปคือพลังงานที่ใช้ในการรักษาความสมบูรณ์ของนิวเคลียส ทันทีที่บางส่วนแยกออกจากนิวเคลียสของอะตอม พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาและเปลี่ยนเป็นความร้อนในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ นั่นคือพลังงานของนิวเคลียร์ฟิชชันเป็นการสาธิตที่ชัดเจนของสูตรที่มีชื่อเสียงของไอน์สไตน์ จำได้ว่าสูตรบอกว่า: พลังงานและมวลสามารถเปลี่ยนเป็นกันและกันได้ (E=mc2)
ทฤษฎีกับการปฏิบัติ
ตอนนี้เราจะบอกคุณว่าการค้นพบเชิงทฤษฎีนี้ใช้ในชีวิตเพื่อผลิตไฟฟ้าเป็นกิกะวัตต์ได้อย่างไร ประการแรก ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาควบคุมนั้นใช้การแตกตัวของนิวเคลียร์แบบบังคับ ส่วนใหญ่มักจะเป็นยูเรเนียมหรือพอโลเนียมซึ่งถูกโจมตีด้วยนิวตรอนเร็ว ประการที่สอง เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่เข้าใจว่าการแยกตัวของนิวเคลียร์มาพร้อมกับการสร้างนิวตรอนใหม่ ส่งผลให้จำนวนนิวตรอนในเขตปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นิวตรอนแต่ละนิวตรอนชนกับนิวเคลียสใหม่ที่ยังไม่บุบสลาย แตกตัวออก ซึ่งนำไปสู่การปล่อยความร้อนเพิ่มขึ้น นี่คือปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ฟิชชัน จำนวนนิวตรอนที่เพิ่มขึ้นอย่างควบคุมไม่ได้ในเครื่องปฏิกรณ์สามารถนำไปสู่การระเบิดได้ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในปี 1986 ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล ดังนั้นในเขตปฏิกิริยาจึงมีสารที่ดูดซับนิวตรอนส่วนเกินอยู่เสมอเพื่อป้องกันภัยพิบัติ เป็นกราไฟท์เป็นแท่งยาว อัตราการแตกตัวของนิวเคลียร์สามารถชะลอตัวลงได้โดยการจุ่มแท่งเข้าไปในเขตปฏิกิริยา สมการของปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้รับการรวบรวมไว้โดยเฉพาะสำหรับสารกัมมันตภาพรังสีแต่ละชนิดและอนุภาคที่ระเบิด (อิเล็กตรอน โปรตอน อนุภาคแอลฟา) อย่างไรก็ตาม พลังงานที่ส่งออกสุดท้ายคำนวณตามกฎการอนุรักษ์: E1+E2=E3+E4 นั่นคือพลังงานทั้งหมดของนิวเคลียสและอนุภาคดั้งเดิม (E1 + E2) จะต้องเท่ากับพลังงานของนิวเคลียสที่เป็นผลลัพธ์และพลังงานที่ปล่อยออกมาในรูปแบบอิสระ (E3 + E4) สมการปฏิกิริยานิวเคลียร์ยังแสดงให้เห็นว่าได้สารชนิดใดจากการสลายตัว ตัวอย่างเช่น สำหรับยูเรเนียม U=Th+He, U=Pb+Ne, U=Hg+Mg ไอโซโทปของธาตุต่างๆ ไม่ได้ระบุไว้ที่นี่อย่างไรก็ตามนี่เป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น มีความเป็นไปได้สูงสุดสามประการสำหรับการแยกตัวของยูเรเนียม ซึ่งไอโซโทปของตะกั่วและนีออนจะก่อตัวต่างกัน ในกรณีเกือบร้อยเปอร์เซ็นต์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันจะผลิตไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี นั่นคือการสลายตัวของยูเรเนียมทำให้เกิดทอเรียมกัมมันตภาพรังสี ทอเรียมสามารถสลายตัวเป็นโพรแทกทิเนียม ไปจนถึงแอกทิเนียม เป็นต้น ทั้งบิสมัทและไททาเนียมสามารถมีกัมมันตภาพรังสีได้ในซีรีส์นี้ แม้แต่ไฮโดรเจนซึ่งมีโปรตอนสองตัวในนิวเคลียส (ในอัตราหนึ่งโปรตอน) ก็เรียกว่าต่างกัน - ดิวเทอเรียม น้ำที่เกิดจากไฮโดรเจนดังกล่าวเรียกว่า น้าหนัก และเติมวงจรปฐมภูมิในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
อะตอมที่ไม่สงบ
สำนวนเช่น "การแข่งขันอาวุธ" "สงครามเย็น" "ภัยคุกคามนิวเคลียร์" อาจดูเหมือนเป็นประวัติศาสตร์และไม่เกี่ยวข้องกับบุคคลสมัยใหม่ แต่กาลครั้งหนึ่ง ทุกข่าวที่เผยแพร่ไปทั่วโลกมักมาพร้อมกับรายงานเกี่ยวกับจำนวนอาวุธนิวเคลียร์ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นและวิธีจัดการกับอาวุธเหล่านี้ ผู้คนสร้างบังเกอร์ใต้ดินและสะสมไว้ในกรณีที่เกิดฤดูหนาวนิวเคลียร์ ทั้งครอบครัวทำงานเพื่อสร้างที่พักพิง แม้แต่การใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันอย่างสันติก็สามารถนำไปสู่หายนะได้ ดูเหมือนว่าเชอร์โนบิลจะสอนมนุษยชาติให้ระมัดระวังในพื้นที่นี้ แต่องค์ประกอบของโลกกลับกลายเป็นว่าแข็งแกร่งขึ้น: แผ่นดินไหวในญี่ปุ่นทำลายป้อมปราการที่เชื่อถือได้มากของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะ พลังงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นง่ายต่อการทำลายล้างมาก นักเทคโนโลยีจำเป็นต้องจำกัดพลังของการระเบิดเท่านั้น เพื่อไม่ให้ทำลายโลกทั้งใบโดยไม่ได้ตั้งใจ ระเบิดที่ "มีมนุษยธรรม" ที่สุด ถ้าคุณสามารถเรียกมันว่าระเบิดได้ อย่าทำให้สิ่งแวดล้อมเสียด้วยรังสี โดยทั่วไปมักใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ สิ่งที่พวกเขาพยายามหลีกเลี่ยงที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยวิธีทั้งหมดนั้นประสบความสำเร็จในการทิ้งระเบิดในลักษณะดั้งเดิม สำหรับธาตุกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติใดๆ มีมวลวิกฤตของสารบริสุทธิ์อยู่จำนวนหนึ่งซึ่งปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นเอง ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียมมีน้ำหนักเพียงห้าสิบกิโลกรัม เนื่องจากยูเรเนียมมีน้ำหนักมาก จึงเป็นเพียงลูกโลหะขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12-15 เซนติเมตร ระเบิดปรมาณูลูกแรกที่ทิ้งบนฮิโรชิมาและนางาซากิถูกสร้างขึ้นตามหลักการนี้ทุกประการ: ยูเรเนียมบริสุทธิ์สองส่วนที่ไม่เท่ากันเพียงแค่รวมกันและสร้างการระเบิดที่น่าสะพรึงกลัว อาวุธสมัยใหม่น่าจะซับซ้อนกว่า อย่างไรก็ตาม สิ่งหนึ่งที่ไม่ควรลืมเกี่ยวกับมวลวิกฤต: ต้องมีอุปสรรคระหว่างวัสดุกัมมันตภาพรังสีบริสุทธิ์ปริมาณเล็กน้อยระหว่างการจัดเก็บ เพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนเชื่อมต่อ
แหล่งกำเนิดรังสี
ธาตุทั้งหมดที่มีประจุนิวเคลียร์มากกว่า 82 เป็นกัมมันตภาพรังสี องค์ประกอบทางเคมีที่เบากว่าเกือบทั้งหมดมีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี นิวเคลียสที่หนักกว่า นิวเคลียสจะสั้นลง ธาตุบางอย่าง (เช่น แคลิฟอร์เนีย) ได้มาจากการปลอมแปลงเท่านั้น - โดยการชนอะตอมหนักกับอนุภาคที่เบากว่า ส่วนใหญ่มักใช้เครื่องเร่งความเร็ว เนื่องจากพวกมันไม่เสถียรมาก พวกมันจึงไม่มีอยู่ในเปลือกโลก: ในระหว่างการก่อตัวของดาวเคราะห์ พวกมันจะสลายตัวเป็นองค์ประกอบอื่นๆ อย่างรวดเร็ว สามารถขุดสารที่มีนิวเคลียสเบา เช่น ยูเรเนียม ได้ กระบวนการนี้ใช้เวลานาน ยูเรเนียมเหมาะสำหรับการสกัดแม้ในแร่ที่อุดมสมบูรณ์มาก มีน้อยกว่าร้อยละหนึ่ง วิธีที่สามอาจบ่งชี้ว่ายุคทางธรณีวิทยาใหม่ได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว นี่คือการสกัดธาตุกัมมันตรังสีจากกากกัมมันตภาพรังสี หลังจากใช้เชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าแล้ว บนเรือดำน้ำหรือเรือบรรทุกเครื่องบิน จะได้ส่วนผสมของยูเรเนียมดั้งเดิมและสารสุดท้ายซึ่งเป็นผลมาจากการแยกตัว ในขณะนี้ถือเป็นขยะกัมมันตภาพรังสีที่เป็นของแข็งและมีคำถามอย่างเฉียบพลันว่าต้องกำจัดอย่างไรเพื่อไม่ให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม มีแนวโน้มว่าในอนาคตอันใกล้ สารกัมมันตภาพรังสีเข้มข้นสำเร็จรูป (เช่น พอโลเนียม) จะถูกขุดจากของเสียเหล่านี้
