Een kernsplitsingsreactie vindt plaats wanneer de atomen van een onstabiel element worden gebombardeerd met neutronen, waarbij de kern van elk atoom in kleinere delen wordt gesplitst. Als de splitsing van elke kern meerdere hoge-snelheid neutronen vrijgeeft die vervolgens meer van de kernen van het element kunnen splitsen, vindt een kettingreactie plaats. Naarmate de extra neutronen meer kernen splitsen, komt meer energie vrij en kan de kettingreactie resulteren in een explosie zoals die van een atoombom. Als de kettingreactie wordt geregeld door een deel van de extra neutronen te verwijderen, wordt er nog steeds energie afgegeven in de vorm van warmte, maar een explosie kan worden voorkomen. De nucleaire kettingreactie is een van de drie typen kernreacties die verschillende kenmerken hebben en op verschillende manieren kunnen worden gebruikt.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Een nucleaire kettingreactie is een splijtingsreactie die extra neutronen vrijgeeft. De neutronen splitsen extra atomen waardoor nog meer neutronen vrijkomen. Naarmate het aantal neutronen dat wordt uitgestoten en het aantal gesplitste atomen exponentieel stijgt, kan een nucleaire explosie het gevolg zijn.

De drie typen kernreacties

De kern van een atoom slaat veel energie op die kan nuttige doelen dienen. De drie soorten kernreacties die kernenergie gebruiken zijn straling, kernsplijting en fusie. Medische en industriële röntgentoestellen gebruiken straling van radioactieve elementen om afbeeldingen van het lichaam te maken of in testmaterialen. Krachtcentrales en kernwapens gebruiken kernsplijting om energie te produceren. Kernfusie drijft de zon aan, maar wetenschappers zijn er niet in geslaagd om een ​​kernfusiereactie op lange termijn op aarde te creëren, hoewel de inspanningen worden voortgezet. Van deze drie soorten kernreacties kan alleen splijting een kettingreactie veroorzaken.

Hoe een kernketenreactie start

De sleutel tot een nucleaire kettingreactie is ervoor te zorgen dat de reactie extra neutronen genereert en dat de neutronen meer atomen splitsen. Omdat het element uranium-235 verschillende neutronen produceert voor elk gespleten atoom, wordt deze isotoop van uranium gebruikt in kernreactoren en in kernwapens.

De vorm en massa van het uranium beïnvloeden of een kettingreactie kan plaatsvinden . Als de massa van uranium te klein is, worden te veel van de neutronen uitgestoten buiten het uranium en gaan ze verloren voor de reactie. Als het uranium de verkeerde vorm heeft, bijvoorbeeld een vlakke plaat, gaan ook te veel neutronen verloren. De ideale vorm is een vaste massa die groot genoeg is om de kettingreactie te starten. In dit geval raken de extra neutronen andere atomen, en het vermenigvuldigingseffect leidt tot de kettingreactie.

Besturen of stoppen van een kernkettingreactie

De enige manier om een ​​nucleaire keten te controleren of te stoppen reactie is om te voorkomen dat de neutronen meer atomen splitsen. Regelstaven gemaakt van een neutronenabsorberend element zoals boor verminderen het aantal vrije neutronen en verwijderen ze uit de reactie. Deze methode wordt gebruikt om de hoeveelheid energie die door een reactor wordt geproduceerd te regelen en om ervoor te zorgen dat de kernreactie onder controle blijft.

In een kerncentrale worden de regelstaven omhoog en omlaag gebracht in de uraniumbrandstof. Wanneer ze volledig zijn neergelaten, zijn alle staven omgeven door brandstof en absorberen ze de meeste neutronen. In dat geval stopt de kettingreactie. Naarmate de stangen hoger worden, absorbeert minder van elke staaf neutronen en versnelt de kettingreactie. Op deze manier kunnen de operators van de kerncentrale de nucleaire kettingreactie controleren en stoppen.

Problemen met kernketenreacties

Hoewel kernketenreacties in energiecentrales over de hele wereld aanzienlijke hoeveelheden elektrische stroom, kerncentrales hebben twee hoofdproblemen. Ten eerste bestaat altijd het risico dat het besturingssysteem op basis van regelstaven niet werkt vanwege technische storingen, menselijke fouten of sabotage. In dat geval kan er een explosie of een vrijzetting van straling zijn. Ten tweede, gebruikte brandstof is zeer radioactief en moet veilig worden opgeslagen gedurende duizenden jaren. Dit probleem is nog steeds niet opgelost en gebruikte brandstof blijft in de meeste gevallen op verschillende kerncentrales. Als gevolg hiervan zijn praktische toepassingen voor kernketenreacties in veel landen, waaronder in de Verenigde Staten, afgenomen