Maghasadásos reakció akkor következik be, amikor egy instabil elem atomjait neutronokkal bombázzák, az egyes atomok magját kisebb részekre osztva. Ha az egyes sejtek szétválásával több nagy sebességű neutron szabadul fel, amelyek aztán az elem több atommagját fel tudják hasítani, láncreakció megy végbe. Amint az extra neutronok több magot hasítanak, több energia szabadul fel, és a láncreakció robbanást eredményezhet, mint például egy atombomba. Ha a láncreakciót az extra neutronok egy részének eltávolításával szabályozzuk, az energia továbbra is hő formájában szabadul fel, de a robbanás elkerülhető. A nukleáris láncreakció a nukleáris reakciók három típusának egyike, amelyek eltérő jellemzőkkel bírnak és különböző módon alkalmazhatók.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A nukleáris láncreakció hasadási reakció, amely extra neutronokat szabadít fel. A neutronok további atomokat hasítanak, és még több neutron szabadul fel. Mivel a kibocsátott neutronok száma és az osztott atomok száma exponenciálisan növekszik, atomrobbanás következhet be.
A nukleáris reakciók három típusa
Az atom magja sok energiát tárol el, amely hasznos célokat szolgálhat. A nukleáris energiát használó háromféle nukleáris reakció a sugárzás, a hasadás és a fúzió. Az orvosi és ipari röntgengépek radioaktív elemekből származó sugárzást használnak a test képeinek létrehozásához vagy vizsgálati anyagokban. Az erőművek és a nukleáris fegyverek az atomhasadással energiát termelnek. A magfúzió a Napot működteti, de a tudósok nem tudtak hosszú távú magfúziós reakciót létrehozni a Földön, bár az erőfeszítések folytatódnak. E három típusú nukleáris reakció közül csak a hasadás hozhat létre láncreakciót.
Hogyan indul el a nukleáris láncreakció
A nukleáris láncreakció kulcsa annak biztosítása, hogy a reakció extra neutronokat generáljon, és hogy a neutronok több atomot hasítsanak. Mivel az urán-235 elem minden osztott atomhoz több neutront termel, ezt az urán izotópot használják az atomreaktorokban és az atomfegyverekben.
Az urán alakja és tömege befolyásolja, hogy láncreakció zajlik-e. Ha az urán tömege túl kicsi, akkor túl sok neutron bocsát ki az uránon kívül, és elveszik a reakció során. Ha az urán formája nem megfelelő, például lapos lap, akkor túl sok neutron is elvész. Az ideális forma egy szilárd tömeg, amely elég nagy ahhoz, hogy elindítsa a láncreakciót. Ebben az esetben az extra neutronok más atomokat ütnek meg, és a szorzási hatás a láncreakcióhoz vezet.
A nukleáris láncreakció irányítása vagy leállítása
A nukleáris láncreakció ellenőrzésének vagy leállításának egyetlen módja az, ha megakadályozzuk, hogy a neutronok több atomot hasítsanak. A neutronelnyelő elemből, például a bórból készült vezérlőrudak csökkentik a szabad neutronok számát, és kiveszik őket a reakcióból. Ezt a módszert használják a reaktor által termelt energia mennyiségének szabályozására és annak biztosítására, hogy a nukleáris reakció kontroll alatt maradjon.
Egy atomerőműben a vezérlőrudakat emelik és süllyesztik az urán-tüzelőanyagba. Teljes süllyesztéskor az összes rudat üzemanyag veszi körül, és elnyeli a neutronok nagy részét. Ebben az esetben a láncreakció leáll. Amint a rudak felemelkednek, az egyes rudak közül kevesebb vesz el neutronokat, és a láncreakció felgyorsul. Ily módon az atomerőmű üzemeltetői irányíthatják és leállíthatják az atomláncreakciót.
Nukleáris láncreakciókkal kapcsolatos problémák
Noha az atomerőművek láncreakciói világszerte jelentős mennyiségű villamos energiát szolgáltatnak, az atomerőműveknek két fő problémája van. Először is mindig fennáll annak a veszélye, hogy a vezérlőrudakon alapuló vezérlőrendszer nem fog működni műszaki hibák, emberi hibák vagy szabotázs miatt. Ebben az esetben robbanás vagy sugárzás szabadulhat fel. Másodszor, a használt üzemanyag nagyon radioaktív és évezredek alatt biztonságosan tárolandó. Ez a probléma még mindig nem megoldott, és a legtöbb esetben a használt atomerőművek maradnak a különböző atomerőművekben. Ennek eredményeként a nukleáris láncreakciók gyakorlati felhasználása sok országban csökkent, beleértve az Egyesült Államokat is.