Ce este o reacție în lanț nuclear?

O reacție de fisiune nucleară are loc atunci când atomii unui element instabil sunt bombardați cu neutroni, împărțind nucleul fiecărui atom în părți mai mici. Dacă împărțirea fiecărui nucleu eliberează mai mulți neutroni de mare viteză care pot împărți mai mulți nuclei ai elementului, are loc o reacție în lanț. Pe măsură ce neutronii suplimentari împart mai mulți nuclei, se eliberează mai multă energie și reacția în lanț poate duce la o explozie precum cea a unei bombe nucleare. Dacă reacția în lanț este controlată prin îndepărtarea unora dintre neutronii suplimentari, energia este încă eliberată sub formă de căldură, dar o explozie poate fi evitată. Reacția nucleară în lanț este unul dintre cele trei tipuri de reacții nucleare care au caracteristici diferite și pot fi utilizate în moduri diferite.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

O reacție în lanț nuclear este o reacție de fisiune care eliberează neutroni suplimentari. Neutronii împart atomi suplimentari eliberând și mai mulți neutroni. Pe măsură ce numărul de neutroni emiși și numărul de atomi divizați crește exponențial, poate rezulta o explozie nucleară.

Nucleul unui atom stochează multă energie care poate servi unor scopuri utile. Cele trei tipuri de reacții nucleare care utilizează energia nucleară sunt radiațiile, fisiunea și fuziunea. Mașinile cu raze X medicale și industriale utilizează radiații din elemente radioactive pentru a crea imagini ale corpului sau în testarea materialelor. Centralele electrice și armele nucleare folosesc fisiunea nucleară pentru a produce energie. Fuziunea nucleară alimentează soarele, dar oamenii de știință nu au reușit să creeze o reacție de fuziune nucleară pe termen lung pe Pământ, deși eforturile continuă. Dintre aceste trei tipuri de reacții nucleare, numai fisiunea poate crea o reacție în lanț.

Cheia unei reacții nucleare în lanț este să se asigure că reacția generează neutroni suplimentari și că neutronii împart mai mulți atomi. Deoarece elementul uraniu-235 produce mai mulți neutroni pentru fiecare atom divizat, acest izotop al uraniului este utilizat în reactoarele nucleare și în armele nucleare.

Forma și masa uraniului influențează dacă poate avea loc o reacție în lanț. Dacă masa uraniului este prea mică, prea mulți neutroni sunt emiși în afara uraniului și sunt pierduți de reacție. Dacă uraniul are o formă greșită, de exemplu o foaie plată, se pierd și prea mulți neutroni. Forma ideală este o masă solidă suficient de mare pentru a începe reacția în lanț. În acest caz, neutronii suplimentari lovesc alți atomi, iar efectul de multiplicare duce la reacția în lanț.

Singura modalitate de a controla sau opri o reacție nucleară în lanț este de a opri neutronii să împartă mai mulți atomi. Tijele de control formate dintr-un element absorbant de neutroni, cum ar fi borul, reduc numărul de neutroni liberi și îi scot din reacție. Această metodă este utilizată pentru a controla cantitatea de energie produsă de un reactor și pentru a se asigura că reacția nucleară rămâne sub control.

Într-o centrală nucleară, tijele de control sunt ridicate și coborâte în combustibilul pentru uraniu. Când sunt complet coborâte, toate tijele sunt înconjurate de combustibil și absorb cea mai mare parte a neutronilor. În acest caz, reacția în lanț se oprește. Pe măsură ce tijele sunt ridicate, mai puțin din fiecare tijă absoarbe neutroni, iar reacția în lanț accelerează. În acest fel, operatorii centralei nucleare pot controla și opri reacția în lanț nuclear.

Deși reacțiile în lanț nuclear din centralele electrice din întreaga lume produc cantități substanțiale de energie electrică, centralele nucleare au două probleme principale. În primul rând, există întotdeauna riscul ca sistemul de control bazat pe tije de control să nu funcționeze din cauza unor defecțiuni tehnice, erori umane sau sabotaj. În acest caz, ar putea exista o explozie sau o eliberare de radiații. În al doilea rând, combustibilul uzat este foarte radioactiv și trebuie depozitat în siguranță pe parcursul a mii de ani. Această problemă nu este încă rezolvată, iar combustibilul uzat rămâne la diferite centrale nucleare în majoritatea cazurilor. Ca urmare, utilizările practice pentru reacțiile în lanț nuclear au scăzut în multe țări, inclusiv în Statele Unite.