Fisiune Spontană Si Fisiunea Indusă, Reactii în Lant

Fisiune spontană și fisiunea indusă, reacții în lanț

?

?

Concentrația de combustibil care permite menținerea unei reacții nucleare în lanț se numește concentrație critică; dacă concentrarea de material este formată în totalitate de nuclee de combustibil avem de a face cu masa critică. Cuvântul „critic” se referă la extremul unei ecuații diferențiale care guvernează numărul de neutroni liberi prezenți în combustibil; dacă sunt mai puțini decât masa critică, atunci numărul de neutroni este determinat de dezintegrarea radioactivă; dar dacă sunt mai mulți neutroni sau cel puțin masa critică, atunci numărul neutronilor este controlat mai degrabă de fizica reacției în lanț. Valoarea masei critice a unui combustibil nuclear depinde puternic de geometrie și materialele ambiante (înconjurătoare).

Multe elemente grele, cum ar fi uraniu, toriu și plutoniu, suferă ambele tipuri de fisiuni: fisiunea spontană, ca o formă a dezintegrării radioactive și fisiunea indusă, o formă a reacției nucleare. Izotopii elementari fisionează când sunt loviți de un neutron liber (rapid) se numesc fisionabili; izotopii care fisionează când sunt loviți cu neutroni lenți (neutroni termici) sunt numiți fisili. Câțiva fisili particulari și izotopii ușor de obținut (ca 235U și 239Pu) se numesc combustibili nucleari deoarece ei pot să susțină o reacție în lanț și pot fi obținuți în cantități destul de mari pentru a fi utilizați.

Nu toți izotopii fisionabili pot susține o reacție în lanț. De exemplu, 238U, cel mai abundent al uraniului, este fisionabil dar nu fisil: el suferă fisiuni induse când este lovit de un neutron energetic cu o energie cinetică de peste 1 MeV . Dar prea puțini neutroni produși de fisiunea 238U sunt suficient de energetici pentru a induce o următoare fisiune în 238U, astfel încât nu este posibilă o reacție în lanț pentru acest izotop. În schimb, bombardând 238U cu neutroni termici există posibilitatea ca aceștia să fie absorbiți, obținându-se 239U, izotop care se dezintegrează prin emisie beta către 239Pu; acest proces este folosit pentru a obține 239Pu în reactoarele regeneratoare, dar nu contribuie la reacția nucleară în lanț.Izotopii fisionabili dar nefisili pot fi folosiți ca sursă de energie de fisiune fără reacție în lanț. Bombardând 238U cu neutroni rapizi se induc fisiuni și se degajă energie atâta timp cât este prezentă sursa de neutroni. Acest efect este folosit pentru creșterea energiei eliberate de armele termonucleare, prin blindarea bombelor cu 238U ce interacționează cu neutronii eliberați de fuziunea nucleară din centrul bombei.

Toți izotopii fisionabili și fisili suferă și un număr mic de fisiuni spontane care eliberează un număr mic de neutroni liberi (rapizi) în interiorul eșantionului de combustibil nuclear. Neutronii emiși rapid din combustibil devin neutroni liberi, cu un timp de înjumătățire de aproape 15 minute înainte să se dezintegreze în protoni și radiații beta. În mod normal, neutronii se ciocnesc și sunt absorbiți de către alte nuclee din vecinătate înainte ca dezintegrarea lor să se realizeze. Totuși, unii neutroni vor lovi nuclee combustibile și vor induce următoarele fisiuni, eliberându-se astfel mai mulți neutroni. Dacă se dispune de o cantitate (concentrare) suficientă de combustibil nuclear sau dacă numărul de neutronii eliberați este suficient de mare, atunci neutronii proaspăt emiși sunt mai mulți decât neutronii pierduți din material și poate să aibă loc întreținerea unei reacții nucleare în lanț.

How Nuclear Power Plants Work / Nuclear Energy (Animation)