En kärnfissionreaktion äger rum när atomerna i ett instabilt element bombarderas med neutroner och delar upp kärnan i varje atom i mindre delar. Om delningen av varje kärna släpper ut flera höghastighetsnutroner som sedan kan dela upp mer av elementets kärnor sker en kedjereaktion. Eftersom de extra neutronerna delar upp fler kärnor, frigörs mer energi och kedjereaktionen kan leda till en explosion som en atomvapen. Om kedjereaktionen styrs genom att ta bort några av de extra neutronerna, frigörs energi fortfarande i form av värme, men en explosion kan undvikas. Kärnkedjereaktionen är en av tre typer av kärnreaktioner som har olika egenskaper och kan användas på olika sätt.

TL; DR (för länge, läste inte)

Ett kärnämne kedjereaktion är en fissionsreaktion som frigör extra neutroner. Neutronerna delar ytterligare atomer som frigör ännu mer neutroner. När antalet neutroner emitteras och antalet atomer delas upp exponentiellt, kan en kärn explosion resultera.

De tre typerna av kärnreaktioner

En atoms kärna lagrar mycket energi som kan tjäna användbara ändamål. De tre typerna av kärnreaktioner som använder kärnkraft är strålning, klyvning och fusion. Medicinska och industriella röntgenapparater använder strålning från radioaktiva ämnen för att skapa bilder av kroppen eller i testmaterial. Kraftverk och kärnvapen använder kärnklyvning för att producera energi. Kärnfusion driver solen, men forskare har inte kunnat skapa en långsiktig kärnfusionreaktion på jorden, även om insatserna fortsätter. Av dessa tre typer av kärnreaktioner kan endast klyvning skapa kedjereaktion.

Hur en kärnkedjereaktion börjar

Nyckeln till en kärnreaktion är att säkerställa att reaktionen genererar extra neutroner och att neutronerna delar fler atomer. Eftersom uran-235-elementet producerar flera neutroner för varje splitatom används denna isotop av uran i kärnkraftsreaktorer och i kärnvapen.

Urans form och vikt påverkar huruvida en kedjereaktion kan äga rum . Om massan av uran är för liten, utsöndras för många av neutronerna utanför uran och förloras för reaktionen. Om uran är fel form, till exempel ett platt ark, förloras alltför många neutroner. Den ideala formen är en solid massa som är tillräckligt stor för att starta kedjereaktionen. I det här fallet träffar de extra neutronerna andra atomer, och multiplikationseffekten leder till kedjereaktionen.

Styra eller stoppa en kärnkedjereaktion

Det enda sättet att kontrollera eller stoppa en kärnkedja reaktionen är att stoppa neutronerna från att dela upp flera atomer. Styrstavar gjorda av ett neutronabsorberande element, såsom bor, reducerar antalet fria neutroner och tar dem ut ur reaktionen. Metoden används för att styra mängden energi som produceras av en reaktor och för att säkerställa att kärnreaktionen förblir under kontroll.

I en kärnkraftverk höjs och sänks styrstavarna i uranbränslet. När de sänks helt, är alla stavar omgivna av bränsle och absorberar de flesta neutronerna. I så fall stannar kedjereaktionen. När stavarna lyfts upp absorberar mindre av varje stav neutroner, och kedjereaktionen ökar. På så sätt kan operatörerna av kärnkraftverket styra och stoppa kärnreaktionen.

Problem med kärnkedjereaktioner

Även om kärnkedjereaktioner i kraftverk över hela världen levererar stora mängder elkraft, kärnkraftverk har två huvudproblem. För det första finns det alltid en risk för att styrsystemet baserat på styrstavar inte fungerar på grund av tekniska fel, mänskliga fel eller sabotage. I så fall kan det finnas en explosion eller en strålningslösning. För det andra är använt bränsle mycket radioaktivt och måste förvaras säkert under tusentals år. Detta problem är fortfarande inte löst och i de flesta fall används använt bränsle vid olika kärnkraftverk. Som ett resultat har praktiska användningar för kärnkedjereaktioner minskat i många länder, bland annat i USA