Nuklearna fisija

Nuklearna fisija je proces u kojem se veliki nukleus može razbiti u dva nukleusa. U ovoj reakciji se također, kao propratna pojava, oslobađaju neutroni. Fisija elemenata sa velikom težinom izaziva exotermičku reakciju, što može da oslobodi ogromnu količinu energije.^[1]

Indukovana reakcija fisije. Jezgro urana-235 apsorbira neutron, pretvarajući ga nakratko u pobuđeno jezgro urana-236, uz energiju pobude koju obezbjeđuje kinetička energija neutrona plus sile koje vezuju neutron. Uran-236 se, zauzvrat, dijeli na lakše pokretne elemente (proizvode fisije) i oslobađa nekoliko slobodnih neutrona, jedan ili više "brzih gama zraka" (nije prikazano) i (proporcionalno) veliku količinu kinetičke energije.

Nuklearna fisija je glavni proces koji se koristi u nuklearnim elektranama. Isti ovaj proces je ponovljen u nuklearnoj bombi sa nekontrolisanom lančanom reakcijom.

Ima puno slobodne energije u nuklearnoj fisiji. Količina proizvedene energije je millionima puta veća nego ekvivalentna masa benzina. Ovo znači da je nuklearna fisija vrlo atraktivan način proizvodnje energije. Najveći nedostatak je u tome što je nuklearni otpad radioaktivan hiljadama godina što predstavlja realan problem.

Nuklearnu fisiju otkrili su 19. decembra 1938. u Berlinu njemački hemičari Otto Hahn i Fritz Strassmann. Fizičari Lise Meitner i njen nećak Otto Robert Frisch objasnili su to teoretski u januaru 1939. Frisch je nazvao proces "fisija" po analogiji sa biološkom fisijom živih ćelija. U svojoj drugoj publikaciji o nuklearnoj fisiji u februaru 1939., Hahn i Strassmann su predvidjeli postojanje i oslobađanje dodatnih neutrona tokom procesa fisije, otvarajući mogućnost nuklearne lančane reakcije.

Za teške nuklide, to je egzotermna reakcija koja može osloboditi velike količine energije i kao elektromagnetsko zračenje i kao kinetička energija fragmenata (zagrijavanje masivnog materijala gdje se odvija fisija). Poput nuklearne fuzije, da bi fisija proizvela energiju, ukupna energija vezivanja rezultirajućih elemenata mora biti veća od one početnog elementa.

Osim fisije izazvane neutronom, koju ljudi iskorištavaju i iskorištavaju, prirodni oblik spontanog radioaktivnog raspada (koji ne zahtijeva neutron) se također naziva fisijom, a javlja se posebno u izotopima vrlo velikog broja mase. Spontanu fisiju su 1940. otkrili Flyorov, Petrzhak i Kurchatov^[2] u Moskvi, u eksperimentu koji je trebao potvrditi da je, bez bombardiranja neutronima, stopa fisije uranijuma zanemarljiva, kao što je predvidio Niels Bohr; nije bilo zanemarljivo.^[2]

Fizika nuklearne fisije

Nuklearna fisija počinje kad neki neutron udari nukleus od nekog drugog atoma (najčešće je ²³⁵U). Ovaj atom postaje nestabilan i raspada se u dva ili više posebnih atoma. U ovom procesu se oslobađa više neutrona, koji udare u druge atome i na takav način započinje lančana reakcija.

Fisijski reaktori

Rashladni tornjevi nuklearne elektrane Philippsburg, u Njemačkoj.

Reaktori kritične fisije najčešći su tip nuklearnih reaktora. U kritičnom fisijskom reaktoru, neutroni proizvedeni fisijom atoma goriva koriste se za induciranje još više fisija, kako bi se održala kontrolisana količina oslobađanja energije. Uređaji koji proizvode konstruirane, ali nesamoodržive reakcije fisije su subkritični fisijski reaktori. Takvi uređaji koriste radioaktivni raspad ili akceleratore čestica kako bi pokrenuli fisije.

Reaktori kritične fisije izgrađeni su za tri primarne svrhe, koje obično uključuju različite inženjerske kompromise kako bi se iskoristila toplota ili neutroni proizvedeni lančanom reakcijom fisije:

energetski reaktori su namijenjeni za proizvodnju toplote za nuklearnu energiju, bilo kao dio proizvodne stanice ili lokalnog energetskog sistema kao što je nuklearna podmornica.
istraživački reaktori su namijenjeni za proizvodnju neutrona i/ili aktiviranje radioaktivnih izvora za naučne, medicinske, inženjerske ili druge istraživačke svrhe.
reaktori za razmnožavanje namijenjeni su za proizvodnju nuklearnog goriva u rasutom stanju iz obilnijih izotopa. Poznatiji brzi reaktor proizvodi ²³⁹ Pu (nuklearno gorivo) od prirodno vrlo bogatog ²³⁸ U (nije nuklearno gorivo). Termički reaktori koji su prethodno testirani koristeći ²³² Th za proizvodnju fisivnog izotopa ²³³ U (torijski gorivi ciklus) nastavljaju se proučavati i razvijati.

Reference

^ "Definicija i primjeri nuklearne fisije". hr.eferrit.com. Pristupljeno 21. 2. 2023.
^ ^a ^b Петржак, Константин (1989). "Как было открыто спонтанное деление" [How spontaneous fission was discovered]. u Черникова, Вера (ured.). Краткий Миг Торжества — О том, как делаются научные открытия [Brief Moment of Triumph — About making scientific discoveries] (jezik: ruski). Наука. str. 108–112. ISBN 5-02-007779-8.

Nedovršeni članak Nuklearna fisija koji govori o fizici treba dopuniti. Dopunite ga prema pravilima Wikipedije.

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: Nuklearna fisija

[1] "Definicija i primjeri nuklearne fisije". hr.eferrit.com. Pristupljeno 21. 2. 2023.

[PetrzhakChapter-2] Петржак, Константин (1989). "Как было открыто спонтанное деление" [How spontaneous fission was discovered]. u Черникова, Вера (ured.). Краткий Миг Торжества — О том, как делаются научные открытия [Brief Moment of Triumph — About making scientific discoveries] (jezik: ruski). Наука. str. 108–112. ISBN 5-02-007779-8.

[1]

[2]