Nükleer Zincirleme Reaksiyon Nedir?

Kararsız bir elementin atomları nötronlarla bombardıman edildiğinde, her atomun çekirdeğini daha küçük parçalara böldüğünde bir nükleer fisyon reaksiyonu gerçekleşir. Her bir çekirdeğin bölünmesi, daha sonra elementin çekirdeğinin çoğunu bölebilen birkaç yüksek hızlı nötron salıyorsa, bir zincirleme reaksiyon meydana gelir. Ekstra nötronlar daha fazla çekirdeği böldükçe daha fazla enerji açığa çıkar ve zincirleme reaksiyon nükleer bomba gibi bir patlamaya neden olabilir. Zincirleme reaksiyon, ekstra nötronların bir kısmı kaldırılarak kontrol edilirse, enerji hala ısı şeklinde serbest bırakılır, ancak bir patlama önlenebilir. Nükleer zincir reaksiyonu, farklı özelliklere sahip ve farklı şekillerde kullanılabilen üç tip nükleer reaksiyondan biridir.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Bir nükleer zincir reaksiyonu, fazladan nötron salan bir fisyon reaksiyonudur. Nötronlar, daha fazla nötron bırakarak ek atomları böler. Yayılan nötronların sayısı ve parçalanan atomların sayısı katlanarak arttığı için nükleer bir patlama meydana gelebilir.

Bir atomun çekirdeği, faydalı amaçlara hizmet edebilecek çok fazla enerji depolar. Nükleer enerjiyi kullanan üç tür nükleer reaksiyon radyasyon, fisyon ve füzyondur. Tıbbi ve endüstriyel X-ray makineleri, vücudun görüntülerini oluşturmak veya test malzemelerinde radyoaktif elementlerden radyasyon kullanır. Enerji santralleri ve nükleer silahlar, enerji üretmek için nükleer fisyon kullanır. Nükleer füzyon güneşe güç veriyor, ancak bilim adamları, çabalar devam etmesine rağmen Dünya üzerinde uzun vadeli bir nükleer füzyon reaksiyonu oluşturamadılar. Bu üç nükleer reaksiyon türünden yalnızca fisyon zincirleme reaksiyon oluşturabilir.

Bir nükleer zincir reaksiyonunun anahtarı, reaksiyonun ekstra nötronlar üretmesini ve nötronların daha fazla atomu ayırmasını sağlamaktır. Uranyum-235 elementi her bölünmüş atom için birkaç nötron ürettiğinden, bu uranyum izotopu nükleer güç reaktörlerinde ve nükleer silahlarda kullanılır.

Uranyumun şekli ve kütlesi zincirleme reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini etkiler. Uranyum kütlesi çok küçükse, çok fazla nötron uranyum dışına yayılır ve reaksiyonda kaybolur. Uranyum yanlış şekildeyse, örneğin düz bir levhaysa, çok fazla nötron da kaybolur. İdeal şekil, zincirleme reaksiyonu başlatmak için yeterince büyük katı bir kütledir. Bu durumda ekstra nötronlar diğer atomlara çarpar ve çarpma etkisi zincirleme reaksiyona yol açar.

Bir nükleer zincir reaksiyonunu kontrol etmenin veya durdurmanın tek yolu, nötronların daha fazla atomu bölmesini durdurmaktır. Bor gibi nötron emici bir elementten yapılan kontrol çubukları, serbest nötronların sayısını azaltır ve bunları reaksiyondan çıkarır. Bu yöntem, bir reaktör tarafından üretilen enerji miktarını kontrol etmek ve nükleer reaksiyonun kontrol altında kalmasını sağlamak için kullanılır.

Bir nükleer santralde, kontrol çubukları kaldırılır ve uranyum yakıtına indirilir. Tamamen indirildiğinde, tüm çubuklar yakıtla çevrilidir ve nötronların çoğunu emer. Bu durumda zincirleme reaksiyon durur. Çubuklar yükseldikçe, her bir çubuktan daha azı nötronları emer ve zincirleme reaksiyon hızlanır. Bu şekilde nükleer santralin operatörleri nükleer zincirleme reaksiyonu kontrol edebilir ve durdurabilir.

Dünyanın dört bir yanındaki enerji santrallerinde nükleer zincirleme reaksiyonlar önemli miktarda elektrik enerjisi sağlamasına rağmen, nükleer santrallerin iki ana sorunu vardır. Birincisi, teknik arızalar, insan hatası veya sabotaj nedeniyle kontrol çubuklarına dayalı kontrol sisteminin çalışmama riski her zaman vardır. Bu durumda bir patlama veya radyasyon salınımı olabilir. İkinci olarak, kullanılmış yakıt oldukça radyoaktiftir ve binlerce yıl boyunca güvenli bir şekilde saklanması gerekir. Bu sorun hala çözülmedi ve çoğu durumda kullanılmış yakıt çeşitli nükleer santrallerde kalıyor. Sonuç olarak, Amerika Birleşik Devletleri de dahil olmak üzere birçok ülkede nükleer zincir reaksiyonlarının pratik kullanımları azalmıştır.