Ketjureaktioita

Ketjureaktioita ovat reaktiosarjoja, joissa muodostuneet välituotteet toimivat seuraavien reaktioiden lähteenä ja siten ylläpitävät prosessin jatkuvuuden. Ketjureaktiot esiintyvät sekä kemiallisessa palamisessa ja polymeerien valmistuksessa että ydinenergiaan liittyvissä reaktioissa. Keskeistä on, että reaktiot voivat jatkua pitkään ilman jatkuvaa ulkoista sytytystä, koska kussakin vaiheessa syntyvät reaktiiviset keskitetyt yhdisteet, kuten radikaalit tai neutronit, edistävät seuraavaa askelta.

Kemialliset ketjureaktiot voidaan hahmottaa kolmena vaiheena: alustus, propagaatio ja lopetus. Alustuksessa syntyy reaktiivisia keskittymisiä, kuten radikaaleja. Propagaatiossa nämä keskittymät reagoivat toisten molekyylien kanssa muodostaen uusia radikaaleja ja jatkaen ketjua. Lopetuksessa radikaalit poistuvat, jolloin ketju päättyy. Tällaisia mekanismeja esiintyy muun muassa vapaaradikaalireaktioissa, palamisreaktioissa ja radikaalipolymerisaatiossa.

Nukleaariset ketjureaktiot perustuvat fissio- tai fuusioon liittyviin tapahtumiin. Fission tapauksessa neutronit voivat aiheuttaa uusia fissioita ja vapauttaa energiaa sekä lisää neutronien määrää, mikä mahdollistaa ketjun jatkumisen. Hallittu ketjureaktio käytännössä edellyttää kriittisyyden hallintaa: subkriittinen tila ei ylläpidä ketjua, kriittinen tila ylläpitää sitä, ja superkriittinen tila voi nopeuttaa tilannetta hallitsemattomasti. Viivästetyt neutronit vaikuttavat reaktorin reaktionopeuteen ja turvallisuuteen.

Ketjureaktioilla on sekä teoreettinen että käytännön merkitys: ne selittävät nopeiden reaktioiden ilmiöitä kemiallisissa prosesseissa sekä mahdollistavat ydinenergian turvallisen ja tehokkaan hyödyntämisen. Tutkimus kattaa reaktionaskelien mekanismit, energianjaon sekä reaktiivien kulun kontrollin ja turvallisuuskäytännöt.