Basics fissão nuclear

O debate sobre as usinas nucleares já se arrasta há algum tempo, com os físicos nucleares e legisladores tanto jogando em torno de termos como fissão nuclear, massa crítica, e reação em cadeia. Mas como funciona a fissão nuclear, exatamente?

Na década de 1930, os cientistas descobriram que algumas reações nucleares pode ser iniciado e controlado. Os cientistas normalmente realizado esta tarefa, bombardeando um grande isótopo com um segundo, um menor - geralmente um nêutron. A colisão causou o isótopo maior para separar em dois ou mais elementos, que é chamado ficão nuclear. A Figura 1 mostra a equação para a fissão nuclear do urânio-235.

Figura 1: A equação para a fissão nuclear.

As reacções deste tipo também liberta uma grande quantidade de energia. Onde é que a energia vem? Bem, se você fizer muito medição precisa das massas de todos os átomos e partículas subatômicas que você começar e todos os átomos e partículas subatômicas você acabar com, e então comparar os dois, você achar que há alguma massa "em falta". Matéria desaparece durante a reacção nuclear. Esta perda de massa é chamado o defeito de massa. A matéria em falta é convertida em energia.

Você pode realmente calcular a quantidade de energia produzida durante uma reação nuclear com uma equação bastante simples desenvolvido por Einstein: E = mc². Nesta equação, E representa a quantidade de energia produzida, m é a "falta" de massa, ou o defeito de massa, e c é a velocidade da luz, que é um número bastante grande. A velocidade da luz é elevado ao quadrado, fazendo aquela parte da equação um muito grande número de que, mesmo quando multiplicado por uma pequena quantidade de massa, produz um grande quantidade de energia.

Tome um outro olhar para a equação para a fissão do U-235. Observe que um nêutron foi usada, mas três foram produzidos. Estes três nêutrons, se eles encontram outros U-235 átomos, pode iniciar outras fissões, produzindo ainda mais nêutrons. É o efeito dominó de idade. Em termos de química nuclear, é uma cascata contínua de fissões nucleares chamado de reação em cadeia. A reacção em cadeia de U-235 é mostrado na Figura 2.

Figura 2: Reação em cadeia.

Esta reacção em cadeia depende da libertação de neutrões mais do que foram usadas durante a reacção nuclear. Se você fosse escrever a equação para a fissão nuclear do U-238, o isótopo mais abundante do urânio, você usaria um nêutron e só tem uma volta para fora. Você não pode ter uma reação em cadeia com U-238. Mas isótopos que produzem uma excesso neutrões de fissão em seu suporte a uma reacção em cadeia. Este tipo de isótopo é dito ser físsil, e há apenas dois principais isótopos físseis usados ​​durante reações nucleares - o urânio-235 e plutônio-239.

Uma certa quantidade mínima de matéria físsil é necessário para suportar uma reação em cadeia auto-sustentável, e está relacionada com esses nêutrons. Se a amostra é pequena, então os nêutrons são susceptíveis de atirar para fora da amostra antes de bater um núcleo de U-235. Se eles não atingiu um núcleo de U-235, há elétrons extras e nenhuma energia são liberados. A reação apenas fizzles. A quantidade mínima de material físsil necessário para assegurar que uma reacção em cadeia ocorre é o chamado massa crítica. Qualquer coisa menos do que esse valor é chamado subcritical.