V.4.1. Fisiunea nucleară.
Fisiunea nucleară este o reacție nucleară care are drept efect ruperea unui nucleu greu în două fragmente de masă aproximativ egală, neutroni rapizi, radiații și energie termică.
Fisiunea nucleară poate fi spontană sau stimulată.
Majoritatea combustibililor nucleari suferă fisiuni spontane extrem de rar, dezintegrându-se în principal prin reacții alfa/beta timp de milenii.
Într-un reactor nuclear sau o armă nucleară, cele mai multe evenimente de fisiune sunt induse prin bombardament cu alte particule, cum ar fi neutronii.
Multe elemente grele (de exemplu, uraniu, thoriu, plutoniu) suferă ambele tipuri de fisiuni: fisiunea spontană, ca o formă a dezintegrării radioactive și fisiunea indusă, o formă a reacției nucleare.
În reacțiile de fisiune nucleară, nucleele se pot sparge în orice combinație de nuclee mai ușoare. Cel mai comun eveniment este fisiunea asimetrică în care un nucleu rezultat are o masă de aproximativ 130 – 140 uam (unități atomice de masă) și celălalt nucleu de aproximativ 90 – 100 uam.
Clasificarea izotopilor radioactivi în funcție de tipul neutronului ce produce reacția de fisiune:
- Izotopi fisionabili, care fisionează când sunt loviți de un neutron rapid (liber).
- Izotopi fisili, care fisionează când sunt loviți cu neutroni lenți (neutroni termici).
🔦 Observații
Reacțiile nucleare în care se eliberează energie nucleară sub formă de energie cinetică a produselor rezultate din reacție se numesc reacții exoenergetice.
Pentru a demonstra că reacția de fisiune este o reacție exoenergetică, vom considera următoarea reacție de fisiune a uraniului:
Masa totală după fisiune este mai mică decât masa totală înainte de fisiune cu :
Δm = 236,126483 u - 235,914394 u = 0,212089 u
Energia eliberată în reacția de fisiune este:
ΔE = Δm ∙ c2 = 0,212089 u ∙ 931 MeV/u = 197,5 MeV
Observăm că reacția de fisiune eliberează câteva sute de MeV de energie pentru fiecare atom fisionat, acesta fiind și motivul pentru care fisiunea nucleară este folosită ca sursă de energie. Prin contrast, cele mai multe reacții chimice de oxidare (cum ar fi arderea cărbunelui sau TNT) eliberează, în general, câteva zeci de eV per eveniment, astfel încât combustibilul nuclear conține cel puțin de zece milioane de ori mai multă energie utilizabilă decât combustibilul chimic.
Energia fisiunii nucleare este eliberată ca energie cinetică a produșilor și fragmentelor de fisiune și ca radiație electromagnetică sub formă de raze gamma.