Reakcija nuklearne fisije odvija se kada se atomi nestabilnog elementa bombardiraju neutronima, dijeleći jezgru svakog atoma na manje dijelove. Ako razdvajanjem svake jezgre otpusti nekoliko neutrona velike brzine koji tada mogu podijeliti više jezgara elementa, odvija se lančana reakcija. Kako se dodatni neutroni razdvajaju više jezgara, oslobađa se više energije i lančana reakcija može rezultirati eksplozijom poput nuklearne bombe. Ako se lančanom reakcijom upravlja uklanjanjem nekih dodatnih neutrona, energija se i dalje oslobađa u obliku topline, ali eksplozija se može izbjeći. Nuklearna lančana reakcija jedna je od tri vrste nuklearnih reakcija koje imaju različite karakteristike i mogu se koristiti na različite načine.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Nuklearna lančana reakcija je fisiona reakcija koja oslobađa dodatne neutrone. Neutroni dijele dodatne atome oslobađajući još više neutrona. Kako se broj emitiranih neutrona i broj podijeljenih atoma eksponencijalno povećava, može doći do nuklearne eksplozije.
Tri vrste nuklearnih reakcija
Jezgra atoma pohranjuje puno energije koja može poslužiti u korisne svrhe. Tri vrste nuklearnih reakcija koje koriste nuklearnu energiju su zračenje, fisija i fuzija. Medicinski i industrijski rendgenski aparati koriste zračenje radioaktivnih elemenata za stvaranje slika tijela ili za ispitivanje materijala. Elektrane i nuklearno oružje koriste nuklearnu fisiju za proizvodnju energije. Nuklearna fuzija pokreće Sunce, ali znanstvenici nisu uspjeli stvoriti dugotrajnu reakciju nuklearne fuzije na Zemlji, iako se napori nastavljaju. Od ove tri vrste nuklearnih reakcija, samo fisija može stvoriti lančanu reakciju.
Kako započinje nuklearna lančana reakcija
Ključ nuklearne lančane reakcije je osigurati da reakcija generira dodatne neutrone i da neutroni podijele više atoma. Budući da element uran-235 proizvodi nekoliko neutrona za svaki podijeljeni atom, ovaj se izotop urana koristi u nuklearnim reaktorima i nuklearnom oružju.
Oblik i masa urana utječu na to može li se odvijati lančana reakcija. Ako je masa urana premala, previše neutrona se emitira izvan urana i gubi se u reakciji. Ako je uran pogrešnog oblika, na primjer ravni lim, gubi se i previše neutrona. Idealan oblik je čvrsta masa dovoljno velika da započne lančanu reakciju. U ovom slučaju, dodatni neutroni pogađaju druge atome, a efekt množenja dovodi do lančane reakcije.
Kontrola ili zaustavljanje nuklearne lančane reakcije
Jedini način da se kontrolira ili zaustavi nuklearna lančana reakcija je zaustaviti neutrone u cijepanju više atoma. Kontrolne šipke izrađene od elementa koji apsorbira neutron, poput bora, smanjuju broj slobodnih neutrona i uklanjaju ih iz reakcije. Ova se metoda koristi za kontrolu količine energije koju stvara reaktor i za osiguravanje da nuklearna reakcija ostane pod nadzorom.
U nuklearnoj elektrani kontrolne šipke se podižu i spuštaju u uranovo gorivo. Kad su potpuno spuštene, sve su šipke okružene gorivom i apsorbiraju većinu neutrona. U tom slučaju lančana reakcija prestaje. Kako se šipke podižu, manje od svake šipke apsorbira neutrone, a lančana reakcija se ubrzava. Na taj način operateri nuklearne elektrane mogu kontrolirati i zaustaviti nuklearnu lančanu reakciju.
Problemi s nuklearnim lančanim reakcijama
Iako nuklearne lančane reakcije u elektranama širom svijeta isporučuju znatne količine električne energije, nuklearne elektrane imaju dva glavna problema. Prvo, uvijek postoji rizik da upravljački sustav zasnovan na upravljačkim šipkama neće raditi zbog tehničkih kvarova, ljudske pogreške ili sabotaže. U tom slučaju može doći do eksplozije ili ispuštanja zračenja. Drugo, rabljeno gorivo je visoko radioaktivno i mora se sigurno skladištiti tijekom tisuća godina. Ovaj problem još uvijek nije riješen, a rabljeno gorivo u većini slučajeva ostaje u raznim nuklearnim elektranama. Kao rezultat toga, praktična upotreba nuklearnih lančanih reakcija smanjila se u mnogim zemljama, uključujući i Sjedinjene Države.