ydinketjureaktiota

Ydinketjureaktio tarkoittaa tilannetta, jossa fissioytimien hajoaminen vapauttaa neutroneja, jotka voivat aiheuttaa lisäfissioita ja siten ylläpitää ketjureaktiota. Fissioiden yhteydessä vapautuu yleensä noin kaksi–kolme neutroneja, joista osa on välittömästi vapautuvia (nopeat neutroneja) ja osa syntyy fissiotuotteiden hajoamisen jälkikuormana (viive-neutronit). Viive-neutronit ovat kriittisiä reaktion hallinnan kannalta, koska niiden avulla voidaan säätää reaktionopeutta.

Kertalukua, k, käytetään kuvaamaan ketjureaktion voimakkuutta: k < 1 tarkoittaa subkriittistä tilaa, jossa reaktio hiipuu; k = 1 kriittistä tilaa, jossa reakio pysyy vakaana; k > 1 superkriittistä tilaa, jossa energiaa vapautuu kiihtyvällä tavalla. Säätelemätön, voimakas superkriittinen tila johtaisi nopeasti epätoivottuihin purkauksin. Teollisuudessa ketjureaktio pidetään hallinnassa moderoinnilla, säätövaroilla ja heijastimilla sekä huolellisella suunnittelulla.

Ydinketjureaktioja hyödynnetään sekä ydinvoimalaitoksissa että tutkimuskäytössä. Lämpöreaktoreissa neutroneja hidastetaan moderaattoreilla (esimerkiksi vedellä tai grafiitilla) parantamaan fissioiden todennäköisyyttä fissileihin aineisiin kuten U-235 ja Pu-239. Pikareaktoreissa ne ovat nopeita neutronit, jolloin ketjureaktio etenee eri ominaisuuksin.

Historian merkittävä virstanpylväs oli ensimmäinen kontrolloitu ketjureaktio Chicago Pile-1:ssa vuonna 1942, johtajinaan Enrico Fermi. Ydinketjureaktiot liittyvät sekä energiantuotantoon että tutkimukseen, ja niiden turvallinen hallinta on keskeinen osa nykyaikaista ydinalan toimintaa.