Una reazione di fissione nucleare ha luogo quando gli atomi di un elemento instabile sono bombardati da neutroni, dividendo il nucleo di ciascun atomo in parti più piccole. Se la scissione di ciascun nucleo rilascia diversi neutroni ad alta velocità che possono quindi dividere più nuclei dell'elemento, avviene una reazione a catena. Mentre i neutroni extra dividono più nuclei, viene rilasciata più energia e la reazione a catena può provocare un'esplosione come quella di una bomba nucleare. Se la reazione a catena viene controllata rimuovendo alcuni dei neutroni extra, l'energia viene comunque rilasciata sotto forma di calore, ma è possibile evitare un'esplosione. La reazione a catena nucleare è uno dei tre tipi di reazioni nucleari che hanno caratteristiche diverse e può essere utilizzata in modi diversi.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Un nucleare la reazione a catena è una reazione di fissione che rilascia neutroni extra. I neutroni dividono gli atomi aggiuntivi rilasciando anche più neutroni. Quando il numero di neutroni emessi e il numero di atomi divisi aumenta esponenzialmente, può verificarsi un'esplosione nucleare.

I tre tipi di reazioni nucleari

Il nucleo di un atomo immagazzina molta energia che può servire a scopi utili. I tre tipi di reazioni nucleari che usano l'energia nucleare sono radiazioni, fissione e fusione. Le macchine mediche e industriali a raggi X utilizzano radiazioni da elementi radioattivi per creare immagini del corpo o nei materiali di prova. Le centrali elettriche e le armi nucleari utilizzano la fissione nucleare per produrre energia. La fusione nucleare alimenta il sole, ma gli scienziati non sono stati in grado di creare una reazione di fusione nucleare a lungo termine sulla Terra, sebbene gli sforzi continuino. Di questi tre tipi di reazioni nucleari, solo la fissione può creare una reazione a catena.

Comincia una reazione a catena nucleare

La chiave per una reazione a catena nucleare è garantire che la reazione generi neutroni extra e che i neutroni dividono più atomi. Poiché l'elemento uranio-235 produce diversi neutroni per ogni atomo diviso, questo isotopo dell'uranio viene utilizzato nei reattori nucleari e nelle armi nucleari.

La forma e la massa dell'uranio influenzano l'eventuale reazione a catena . Se la massa dell'uranio è troppo piccola, troppi neutroni vengono emessi all'esterno dell'uranio e vengono persi nella reazione. Se l'uranio ha una forma sbagliata, ad esempio un foglio piatto, anche molti neutroni vengono persi. La forma ideale è una massa solida abbastanza grande da iniziare la reazione a catena. In questo caso, i neutroni extra colpiscono altri atomi e l'effetto di moltiplicazione porta alla reazione a catena.

Controllare o fermare una reazione a catena nucleare

L'unico modo per controllare o fermare una catena nucleare la reazione è impedire ai neutroni di dividere più atomi. Le barre di controllo fatte di un elemento che assorbe i neutroni come il boro riducono il numero di neutroni liberi e li tolgono dalla reazione. Questo metodo viene utilizzato per controllare la quantità di energia prodotta da un reattore e per garantire che la reazione nucleare resti sotto controllo.

In una centrale nucleare, le barre di controllo vengono sollevate e abbassate nel combustibile di uranio. Quando completamente abbassate, tutte le barre sono circondate dal carburante e assorbono la maggior parte dei neutroni. In tal caso, la reazione a catena si arresta. Quando le aste vengono sollevate, meno di ciascuna asta assorbe neutroni e la reazione a catena accelera. In questo modo gli operatori della centrale nucleare possono controllare e fermare la reazione nucleare a catena.

Problemi con le reazioni a catena nucleare

Sebbene le reazioni a catena nucleare nelle centrali elettriche di tutto il mondo forniscano notevoli quantità di energia elettrica, le centrali nucleari hanno due problemi principali. Innanzitutto, c'è sempre il rischio che il sistema di controllo basato sulle barre di controllo non funzioni a causa di guasti tecnici, errore umano o sabotaggio. In quel caso potrebbe esserci un'esplosione o un rilascio di radiazioni. In secondo luogo, il combustibile usato è altamente radioattivo e deve essere immagazzinato in modo sicuro per migliaia di anni. Questo problema non è ancora stato risolto e nella maggior parte dei casi il combustibile usato rimane nelle varie centrali nucleari. Di conseguenza, gli usi pratici delle reazioni a catena nucleare sono diminuiti in molti paesi, compresi gli Stati Uniti.