Fissione nucleare
La fissione nucleare divide un nucleo pesante in due frammenti principali, di solito accompagnati da diversi neutroni e da un grande rilascio di energia. La ragione profonda del rilascio non è semplicemente che il nucleo «si spezza»: i prodotti sono, in media, più fortemente legati per nucleone.
Dalla cattura di un neutrone a due frammenti
Un nucleo fissile come l’uranio-235 può assorbire un neutrone e formare un nucleo composto eccitato. L’eccitazione può deformare il nucleo fino a separarlo in due frammenti principali. La fissione non produce una sola coppia possibile di nuclei figli: esiste una distribuzione di masse dei frammenti.
Da dove provengono circa 200 MeV
I nuclei di massa intermedia si trovano più in alto sulla curva dell’energia di legame per nucleone rispetto ai nuclei molto pesanti. Dopo la fissione, i prodotti finali hanno quindi una massa totale a riposo leggermente inferiore al sistema iniziale. La differenza di massa appare come energia secondo Q = Δmc². Una tipica fissione dell’uranio-235 libera dell’ordine di 200 MeV, soprattutto come energia cinetica dei frammenti pesanti, con ulteriore energia in neutroni, raggi gamma e decadimenti radioattivi successivi.
Perché i neutroni possono sostenere una reazione a catena
In un evento di fissione vengono comunemente emessi diversi neutroni. Alcuni sfuggono o vengono assorbiti senza provocare fissione; altri possono innescarne una nuova. Il fattore di moltiplicazione efficace k riassume il bilancio medio tra generazioni: con k < 1 la catena diminuisce, con k = 1 resta stazionaria in media e con k > 1 cresce. «Critico» è quindi un’affermazione matematica su questo bilancio, non un sinonimo di esplosione.
Componenti prompt e ritardate
La maggior parte dei neutroni di fissione compare quasi immediatamente, ma una piccola frazione nasce più tardi da prodotti di fissione radioattivi. Questi neutroni ritardati sono importanti nella fisica dei reattori controllati perché allungano la scala temporale di risposta. I prodotti di fissione sono spesso ricchi di neutroni e continuano a decadere tramite processi beta e gamma dopo l’evento iniziale.
Esempi svolti
1. Controllare un’equazione schematica
Per ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n, i numeri di massa danno 236 su entrambi i lati e i numeri atomici 92 su entrambi i lati. L’equazione supera quindi il controllo di conservazione di A e Z.
2. Interpretare k
Se k = 0,97, ogni generazione produce in media meno fissioni successive, quindi la reazione a catena si spegne.
3. Individuare la sorgente dell’energia
L’energia non nasce dal semplice «rompere un legame». Deriva dal fatto che i prodotti finali hanno massa totale a riposo minore e maggiore energia di legame per nucleone rispetto al sistema iniziale.