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 divisione di ciascun nucleo rilascia diversi neutroni ad alta velocità che possono quindi dividere più nuclei dell'elemento, si verifica una reazione a catena. Man mano che 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 si può evitare un'esplosione. La reazione a catena nucleare è uno dei tre tipi di reazioni nucleari che hanno caratteristiche diverse e possono essere utilizzate in diversi modi.

TL; DR (troppo lungo; non letto)

Un nucleare la reazione a catena è una reazione di fissione che rilascia ulteriori neutroni. I neutroni dividono altri atomi rilasciando ancora più neutroni. Man mano che 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 utile scopi. I tre tipi di reazioni nucleari che usano l'energia nucleare sono radiazioni, fissione e fusione. Le macchine a raggi X per uso medico e industriale utilizzano le radiazioni provenienti da elementi radioattivi per creare immagini del corpo o nei materiali di prova. Le centrali elettriche e le armi nucleari usano 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.
Come inizia una reazione a catena nucleare

La chiave per una reazione a catena nucleare è garantire che la reazione generi neutroni extra e che il 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 la possibilità di una reazione a catena . Se la massa di uranio è troppo piccola, troppi neutroni vengono emessi all'esterno dell'uranio e si perdono a causa della reazione. Se l'uranio ha la forma sbagliata, ad esempio un foglio piatto, si perdono anche troppi neutroni. 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 moltiplicazione porta alla reazione a catena.
Controllo o arresto di una reazione a catena nucleare

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

In una centrale nucleare, le barre di controllo vengono sollevate e abbassate nel combustibile di uranio. Quando sono completamente abbassati, tutte le aste sono circondate da carburante e assorbono la maggior parte dei neutroni. In tal caso, la reazione a catena si interrompe. Quando le aste vengono sollevate, una parte inferiore di ciascuna asta assorbe i neutroni e la reazione a catena accelera. In questo modo gli operatori della centrale nucleare possono controllare e arrestare la reazione a catena nucleare.
Problemi con le reazioni alla 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, esiste sempre il rischio che il sistema di controllo basato su barre di controllo non funzioni a causa di guasti tecnici, errori umani o sabotaggi. In tal caso potrebbe esserci un'esplosione o un rilascio di radiazioni. In secondo luogo, il carburante usato è altamente radioattivo e deve essere conservato in sicurezza per migliaia di anni. Questo problema non è ancora risolto e nella maggior parte dei casi il combustibile usato rimane in varie centrali nucleari. Di conseguenza, gli usi pratici per le reazioni a catena nucleare sono diminuiti in molti paesi, compresi gli Stati Uniti.