Kärnklyvning
Kärnklyvning delar en tung kärna i två huvudfragment, vanligen tillsammans med flera neutroner och en stor energifrigörelse. Energin frigörs inte bara för att kärnan “går sönder”: produkterna är i genomsnitt starkare bundna per nukleon.
Från neutroninfångning till två fragment
En fissil kärna som uran-235 kan fånga in en neutron och bilda en exciterad sammansatt kärna. Deformationen kan växa tills kärnan klyvs. Fission ger inte ett enda bestämt dotterpar utan en fördelning av fragmentmassor och kinetiska energier.
Laddning och antal nukleoner bevaras i varje fissionskanal. Fragmenten bildas starkt exciterade och kan avge prompta neutroner och gammafotoner innan senare sönderfall för dem mot stabilare nuklider.
Var ungefär 200 MeV kommer ifrån
Energibalansen beskrivs med Q-värdet: Q = (mföre − mefter)c². För många fissioner av tunga kärnor ligger Q kring 200 MeV. Största delen blir fragmentens kinetiska energi; resten finns i neutroner, gammastrålning och senare sönderfall.
Kurvan för bindningsenergi per nukleon förklarar riktningen. Kärnor med medelstor massa är i allmänhet starkare bundna per nukleon än mycket tunga kärnor. Minskningen i systemets totala vilomassa motsvarar exakt den frigjorda energin.
Varför neutroner kan upprätthålla en kedja
En fission kan frigöra flera neutroner som kan orsaka nya fissioner. Multiplikationsfaktorn k sammanfattar balansen: k<1 dör kedjan ut, k=1 är stationärt och k>1 växer den. “Kritisk” betyder här k=1, inte “explosiv”.
k beror på neutronproduktion, läckage, absorption utan fission och sannolikheten att kvarvarande neutroner orsakar ny fission. Därför spelar geometri, materialsammansättning och neutronenergi roll.
Prompta och fördröjda komponenter
De flesta fissionsneutroner avges nästan omedelbart. En liten andel kommer senare från vissa fissionsprodukter. Dessa fördröjda neutroner är få men förlänger den relevanta tidskalan för styrning av en kedjereaktion avsevärt.
Även energin frigörs i steg: snabba fragment och prompt strålning följs av beta- och gammasönderfall från fissionsprodukterna. En fullständig energibalans måste därför ange tidsintervall och vilka produkter som räknas med.
Lösta exempel
1. Bevara nukleontal och laddning
Lösning
I ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n är masstalet 236 på båda sidor: 235+1 = 141+92+3. Kärnladdningen uppfyller också 92 = 56+36.
2. Vad betyder k = 0,97?
Lösning
Eftersom k<1 ger varje generation färre effektiva neutroner än den föregående. Kedjan dör ut.
3. Varifrån kommer energin?
Lösning
Produkterna har lägre sammanlagd vilomassa och högre genomsnittlig bindningsenergi per nukleon. Masskillnaden frigörs som energi via Q=Δmc².