Hvad er en nuklear kædereaktion?

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Et nukleart kædereaktion er en fissionsreaktion, der frigiver ekstra neutroner. Neutronerne deler yderligere atomer, der frigiver endnu mere neutroner. Da antallet af neutroner udledes og antallet af atomer splittet stiger eksponentielt, kan en nuklear eksplosion resultere.

De tre typer af nukleare reaktioner

Kernen i et atom lagrer meget energi, som kan tjene nyttige formål. De tre typer af atomreaktioner, der bruger kernekraft, er stråling, fission og fusion. Medicinske og industrielle røntgenmaskiner bruger stråling fra radioaktive elementer til at skabe billeder af kroppen eller i testmaterialer. Kraftværker og atomvåben bruger atomfission til at producere energi. Kernefusion styrker solen, men forskere har ikke været i stand til at skabe en langsigtet atomfusionreaktion på jorden, selvom indsatsen fortsætter. Af disse tre typer nukleare reaktioner kan kun fission skabe en kædereaktion.

Sådan starter en atomkædereaktion

Nøglen til en nuklear kædereaktion er at sikre, at reaktionen genererer ekstra neutroner og at neutronerne splitter flere atomer. Fordi elementet uran-235 producerer flere neutroner for hvert splitatom, anvendes denne isotop af uran i atomkraftreaktorer og i atomvåben.

Uranernes form og masse påvirker, om en kædereaktion kan finde sted . Hvis uranmassen er for lille, udsendes for mange af neutronerne uden for uran og går tabt til reaktionen. Hvis uran er den forkerte form, for eksempel et fladt ark, går også for mange neutroner tabt. Den ideelle form er en solid masse, der er stor nok til at starte kædereaktionen. I dette tilfælde rammer de ekstra neutroner andre atomer, og multiplikationseffekten fører til kædereaktionen.

Kontrol eller standsning af en nuklear kædereaktion

Den eneste måde at styre eller stoppe en nuklear kæde på Reaktionen er at stoppe neutronerne fra at splitte flere atomer. Kontrolstavler fremstillet af et neutronabsorberende element, såsom bor, reducerer antallet af frie neutroner og fjerner dem fra reaktionen. Denne metode bruges til at styre mængden af ​​energi produceret af en reaktor og for at sikre, at den nukleare reaktion forbliver under kontrol.

I et atomkraftværk hæves styrestængerne og sænkes ned i uranbrændstoffet. Når de sænkes helt, er alle stængerne omgivet af brændstof og absorberer de fleste neutroner. I så fald stopper kædereaktionen. Når stængerne hæves, absorberer mindre af hver stang neutroner, og kædereaktionen øges. På denne måde kan operatørerne af kernekraftværket styre og stoppe atomkædereaktionen.

Problemer med atomkraftkædereaktioner

Selvom atomkædereaktioner i kraftværker verden over leverer betydelige mængder elkraft, atomkraftværker har to hovedproblemer. For det første er der altid en risiko for, at styresystemet baseret på styrestænger ikke virker på grund af tekniske fejl, menneskelige fejl eller sabotage. I så fald kan der være en eksplosion eller en udledning af stråling. For det andet er brugt brændstof meget radioaktivt og skal opbevares sikkert i tusindvis af år. Dette problem er stadig ikke løst, og brugt brændstof forbliver hos forskellige atomkraftværker i de fleste tilfælde. Som følge heraf er praktiske anvendelser for nukleare kædereaktioner faldet i mange lande, herunder i USA