Kernespaltning
Kernespaltning deler en tung kerne i to hovedfragmenter, normalt sammen med flere neutroner og en stor energiudvikling. Energien frigives ikke blot, fordi kernen “går i stykker”: produkterne er i gennemsnit stærkere bundet pr. nukleon.
Fra neutronindfangning til to fragmenter
En fissil kerne som uran-235 kan indfange en neutron og danne en exciteret sammensat kerne. Deformationen kan vokse, indtil kernen spaltes. Fission giver ikke ét bestemt datterpar, men en fordeling af fragmentmasser og kinetiske energier.
Ladning og antal nukleoner bevares i hver fissionskanal. Fragmenterne dannes stærkt exciterede og kan udsende prompte neutroner og gammafotoner, før senere henfald fører dem mod mere stabile nuklider.
Hvor omtrent 200 MeV kommer fra
Energiregnskabet beskrives med Q-værdien: Q = (mfør − mefter)c². For mange fissioner af tunge kerner er Q omkring 200 MeV. Det meste bliver fragmenternes kinetiske energi; resten findes i neutroner, gammastråling og efterfølgende henfald.
Kurven for bindingsenergi pr. nukleon forklarer retningen. Kerner med middelstor masse er generelt stærkere bundet pr. nukleon end meget tunge kerner. Faldet i systemets samlede hvilemasse svarer præcist til den frigivne energi.
Hvorfor neutroner kan opretholde en kæde
En fission kan frigive flere neutroner, som kan fremkalde nye fissioner. Multiplikationsfaktoren k opsummerer balancen: k<1 dør kæden ud, k=1 er stationær, og k>1 vokser den. “Kritisk” betyder her k=1, ikke “eksplosiv”.
k afhænger af neutronproduktion, lækage, absorption uden fission og sandsynligheden for, at tilbageværende neutroner fremkalder ny fission. Derfor betyder geometri, materialsammensætning og neutronernes energi noget.
Prompte og forsinkede komponenter
De fleste fissionsneutroner udsendes næsten øjeblikkeligt. En lille del kommer senere fra bestemte fissionsprodukter. Disse forsinkede neutroner er få, men forlænger den relevante tidskala for styring af en kædereaktion markant.
Også energien frigives i etaper: hurtige fragmenter og prompt stråling efterfølges af beta- og gammahenfald fra fissionsprodukterne. Et fuldt energiregnskab skal derfor angive tidsinterval og hvilke produkter der medregnes.
Gennemregnede eksempler
1. Bevar nukleontal og ladning
Løsning
I ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n er massetallet 236 på begge sider: 235+1 = 141+92+3. Kernens ladning opfylder også 92 = 56+36.
2. Hvad betyder k = 0,97?
Løsning
Da k<1, giver hver generation færre effektive neutroner end den foregående. Kæden dør ud.
3. Energiens oprindelse
Løsning
Produkterne har lavere samlet hvilemasse og højere gennemsnitlig bindingsenergi pr. nukleon. Masseforskellen frigives som energi via Q=Δmc².