Kjernefisjon

Kjernefisjon er prosessen der en tung atomkjerne spaltes i to eller flere lettere kjerner, ofte etter å ha blitt truffet av et nøytron. Fissile materialer som uran-235, plutonium-239 og uran-233 kan gjennomgå kjedereaksjon når de fanger et nøytron. Energi frigjøres fordi de resulterende kjernene har større bindingsenergi per nucleon enn utgangskjernen. Energiutbyttet per fisjon er omtrent 200 MeV, hvor mesteparten går til kinetisk energi i fragmentene og senere omdannes til varme i materialet.

En fissil kjerne kan utløse flere fisjoner når den spaltes, og hvert steg frigjør flere nøytroner (vanligvis 2–3). Disse nøytronene kan forårsake nye fisjon hos andre kjerner, noe som gir en kjedereaksjon. Avhengig av geometri, materiale og neutronenes energi, kan kjedereaksjonen være subkritisk, kritisk eller superkritisk. I kjernekraftverk brukes kontrollstaver og en moderatoren (oftest vann) for å regulere reaksjonen og overføre varmen.

I praksis brukes kjernefisjon i kraftproduksjon, forskning og skipfart. Drivstoffet er vanligvis beriket uran (U-235) i form av drivstoffstaver. I vannkjølte reaktorer fungerer vannet både som kjøler og nøytronmoderator. Andre design bruker tungtvann eller grafitt som moderator. Avfall fra brenselet er radioaktivt og krever langvarig håndtering og lagring. Prolifereringsrisiko og miljøpåvirkning er viktige hensyn.

Historisk ble kjernefisjon oppdaget i 1938 av Hahn, Meitner og Strassmann og utviklet videre i 1940-årene. Etterkrigstidens kraftverk og våpenprogram har formet teknologien og reguleringen. Moderne forskning søker å forbedre sikkerhet, effektivitet og avfallshåndtering, blant annet gjennom ulike reaktordesign og passive sikkerhetstiltak.