Nuclear fissionfissionfission is a type of nuclearnuclearnuclear reaction in which the nucleus splits into smaller fragments with smaller mass. In the fission process free neutrons and gamma rays are produced. The process is associated with a large amount of released energy.

Nuclear fission is carried out in a nuclear reactor or occurs spontaneously.

Two isotopes in common use as nuclear fuels are: uranium ${}_{}{}^{235}U$ and plutonium ${}_{}{}^{239}\mathrm{Pu}$.

The released neutrons may hit other nuclei and cause them to split. Even more neutrons are then released, which in turn can split more nuclei. This is called a chain reactionchain reactionchain reaction. The chain reaction in nuclearnuclearnuclear reactors is controlled to stop it going too fast. The chain reaction is ongoing so long as the nuclei, that can undergo fission, are present in the sample.

Forced fissionfissionfission to occur requires the supply of a minimum energy.

The excitation energy of a nucleus determines how much the energy of the excited nucleus is greater than the energy of the nucleus in its ground state. The minimum excitation energy required for fission to occur must be above a certain level and is called the critical energy (EIndeks dolny c_c) or threshold energy. The critical energy depends on the nuclearnuclearnuclear structure.

Critical masscritical massCritical mass is the minimum amount of fissile material necessary to achieve a self‑sustaining fission chain reactionchain reactionchain reaction, characteristic of a given izotop.

Uranium is the most widely used fuel for nuclear fissionfissionfission. NuclearnuclearNuclear power plants use uranium enrichedenrichedenriched in the isotope ${}_{}{}^{235}U$ as the fuel. This isotope, in contrast to the more common uranium ${}_{}{}^{238}U$, can fission.

The fission of uranium ${}_{}{}^{235}U$ is triggered by the absorption of a moving neutron with low energy (below 10 eV) called slow neutron and unstable ${}_{}{}^{236}U$ is formed. High energy neutrons (0,5 – 15 MeV), called fast neutrons, are not captured. Hence, these particles must be slow down in the process of moderation in the reactor. The average number of neutrons released per fission is 2,4.

The example reaction of ${}_{}{}^{235}U$ fission:

is schematically presented in the figure below:

RRYApUTLJ6ssE1

Na rysunku przedstawiona jest przykładowa reakcja rozszczepienia uranu-235. Rozszczepienie uranu-235 jest wyzwalane przez absorpcję poruszającego się neutronu o niskiej energii, zwanego neutronem powolnym (termicznym), po czym powstaje niestabilny izotop uran-236. W wyniku rozpadu uranu-236 powstają nowe jądra izotopów ciężkich pierwiastków baru-144 i kryptonu-89 oraz trzy neutrony. Bombardujący neutron oraz neutrony powstałe w reakcji oznaczone są małym białym kółkiem. Jądra biorące udział w reakcji zaznaczone są jako zbiory ściśle do siebie przylegających kółek białych i czerwonych. Poszczególne stadia reakcji oddzielone są od siebie strzałkami, wskazującymi kierunek przebiegu reakcji. Białe kółko podpisane n, obok znak plus, obok zbiór kółek podpisany w indeksie górnym 235, w indeksie dolnym 92, U. Od niego strzałka pozioma skierowana w prawo do zbioru kółek podpisanego w indeksie górnym 236, w indeksie dolnym 92, U. Od niego pięć strzałek w prawo do (od góry): zbioru kółek podpisanego w indeksie górnym 144, w indeksie dolnym 56, Ba; kółka białego podpisanego n, kółka białego podpisanego n, kółka białego podpisanego n, zbioru kółek podpisanego w indeksie górnym 89, w indeksie dolnym 36, Kr.

rozszczepienie

jądrowy

energia krytyczna

masa krytyczna

reakcja łańcuchowa

reaktor jądrowy

neutrony powolne

wzbogacony