En kjernefysisk fisjonreaksjon finner sted når atomene til et ustabilt element blir bombardert med nøytroner, og deler kjernen til hvert atom i mindre deler. Hvis splittelsen i hver kjerne frigjør flere høyhastighets nøytroner som deretter kan dele flere av elementets kjerner, finner en kjedereaksjon sted. Etter hvert som de ekstra nøytronene deler flere kjerner, frigjøres mer energi, og kjedereaksjonen kan resultere i en eksplosjon som for en atombombe. Hvis kjedereaksjonen styres ved å fjerne noen av de ekstra nøytronene, frigjøres fremdeles energi i form av varme, men en eksplosjon kan unngås. Kjernekjedereaksjonen er en av tre typer kjernefysiske reaksjoner som har forskjellige egenskaper og kan brukes på forskjellige måter.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
En kjernefysisk kjedereaksjon er en fisjonreaksjon som frigjør ekstra nøytroner. Nøytronene deler flere atomer som frigjør enda flere nøytroner. Ettersom antall nøytroner som slippes ut og antallet atomer som splittes øker eksponentielt, kan det resultere i en kjernefysisk eksplosjon.
De tre typene atomreaksjoner
Kjernen til et atom lagrer mye energi som kan tjene nyttige formål. De tre typene kjernefysiske reaksjoner som bruker kjernekraft er stråling, fisjon og fusjon. Medisinske og industrielle røntgenmaskiner bruker stråling fra radioaktive elementer for å lage bilder av kroppen eller i testmaterialer. Kraftverk og atomvåpen bruker kjernefisjon for å produsere energi. Kjernefusjon driver solen, men forskere har ikke vært i stand til å skape en langsiktig kjernefusjonsreaksjon på jorden selv om innsatsen fortsetter. Av disse tre typene kjernefysiske reaksjoner er det bare fisjon som kan skape en kjedereaksjon.
Hvordan en kjernefysisk reaksjon starter
Nøkkelen til en kjernefysisk kjedereaksjon er å sikre at reaksjonen genererer ekstra nøytroner og at nøytronene deler flere atomer. Fordi elementet uran-235 produserer flere nøytroner for hvert delt atom, brukes denne isotopen i atomkraftreaktorer og i atomvåpen.
Uranens form og masse påvirker om en kjedereaksjon kan finne sted. Hvis uranmassen er for liten, slippes for mange av nøytronene utenfor uranet og blir tapt for reaksjonen. Hvis uran har feil form, for eksempel et flatt ark, går også for mange nøytroner tapt. Den ideelle formen er en solid masse som er stor nok til å starte kjedereaksjonen. I dette tilfellet treffer de ekstra nøytronene andre atomer, og multiplikasjonseffekten fører til kjedereaksjonen.
Kontrollere eller stoppe en kjernekjedereaksjon
Den eneste måten å kontrollere eller stoppe en kjernekjedereaksjon på er å stoppe nøytronene fra å dele flere atomer. Kontrollstenger laget av et nøytronabsorberende element som bor reduserer antall frie nøytroner og tar dem ut av reaksjonen. Denne metoden brukes til å kontrollere mengden energi produsert av en reaktor og for å sikre at kjernereaksjonen forblir under kontroll.
I et kjernekraftverk blir kontrollstavene hevet og senket ned i uranbrenselet. Når de er senket helt, er alle stengene omgitt av drivstoff og absorberer det meste av nøytronene. I så fall stopper kjedereaksjonen. Når stengene heves, absorberer mindre av hver stang nøytroner, og kjedereaksjonen øker. På denne måten kan operatørene av atomkraftverket kontrollere og stoppe kjernekjedereaksjonen.
Problemer med kjernekjedereaksjoner
Selv om kjernekjedereaksjoner i kraftverk over hele verden leverer betydelige mengder elektrisk kraft, har atomkraftverk to hovedproblemer. For det første er det alltid en risiko for at kontrollsystemet basert på kontrollstenger ikke fungerer på grunn av tekniske feil, menneskelige feil eller sabotasje. I så fall kan det være en eksplosjon eller en frigjøring av stråling. For det andre er brukt drivstoff svært radioaktivt og må lagres trygt i tusenvis av år. Dette problemet er fremdeles ikke løst, og brukt drivstoff forblir i de fleste kjernekraftverk i de fleste tilfeller. Som et resultat har praktisk bruk for kjernefysiske kjedereaksjoner redusert i mange land, inkludert i USA.