Avaa päävalikko

Muutokset

514 merkkiä lisätty ,  1 vuosi sitten
vapautuva energia tarkemmin, +viitteitä
[[Kuva:Nuclear_fission.svg|230px|thumb|Fissioreaktio, jossa U<sup>235</sup> halkeaa termisen neutronin osuttua siihen. Lopputuotteina syntyvät [[krypton]]in ja [[barium]]in isotoopit <sup>92</sup>Kr ja <sup>141</sup>Ba.]]
__NOTOC__
'''Fissio''' on ilmiö tai [[Fysiikka|ydinfysiikan]] reaktio, jossa raskaan [[atomi]]n [[atomiydin|ydin]] hajoaa kahdeksi tai useammaksi pienemmäksi tytärytimeksi ja samalla vapautuu [[energia]]a (ja muita hiukkasia). Energia on ns. [[Sidosenergia|sidosenergiaa]], sen määrä vastaa lähtöytimen ja tytärydinten välistä [[Massavaje|massavajetta]]. Fissiolle vastakkainen reaktio on [[fuusioreaktio|fuusio]], jossa taas kevyet [[atomi]]en [[atomiydin|ytimet]] fuusioituvat raskaammaksi ytimeksi.<ref>Benson s. 913-916</ref>
 
Monissa aineissa atomiytimien hajoamisia tapahtuu luonnostaan hitaasti kaiken aikaa. Tällaisiä aineita kutsutaan [[radioaktiivisuus|radioaktiiviseksi]]. Yleensä raskaistakin ytimistä kuitenkin irtoaa vain pieni osanen kuten [[alfahiukkanen]]. Jotkin raskaat atomiytimet, esimerkiksi [[uraani-235]]-neutronin ydin, voivat myös hajota spontaanisti suunnilleen keskeltä kahtia kahdeksi keskiraskaaksi ytimeksi, jolloin samalla vapautuu [[neutroni|neutroneja]]. Ilmiötä sanotaan ''spontaaniksi fissioksi''. Kuitenkin myös U-235-atomeista paljon pienempi osa fissioituu spontaanisti kuin hajoaa alfahajoamisella. Tietyissä olosuhteissa tällainen ytimien hajoaminen aiheuttaa kuitenkin vuorostaan yhä useampia uusia hajoamisia, jolloin syntyy [[ketjureaktio (fysiikka)|ketjureaktio]].
Fissiolle ei voi esittää yhtä yksiselitteistä [[reaktioyhtälö]]ä, vaan se voi tapahtua monella tavalla. Kun U-235-ytimeen osuu [[neutroni]], se voi fissioitua esimerkiksi seuraavasti: <sup>235</sup><sub>92</sub>U + <sup>1</sup><sub>0</sub>n ⇒ <sup>92</sup><sub>36</sub>Kr + <sup>141</sup><sub>56</sub>Ba + 3 <sup>1</sup><sub>0</sub>n. Syntyvät fissiotuotteet voivat olla muitakin kuin [[krypton]] (Kr) ja [[barium]] (Ba), kunhan niiden [[massaluku]]jen summa vapautuvat neutronit mukaan luettuina on 236 ja [[järjestysluku (kemia)|järjestyslukujen]] summa 92. Fissiotuotteina syntyvät ytimet ovat yleensä [[beetahajoaminen|beeta-aktiivisia]], joten ne muuttuvat vähitellen toisiksi [[nuklidi|nuklideiksi]], joilla on sama [[massaluku]] mutta korkeampi [[järjestysluku (kemia)|järjestysluku]]. Useimmat fissiotuotteista ovat varsin lyhytikäisiä, mutta esimerkiksi [[cesium-137]]:n ja [[strontium-90]]:n puoliintumisajat ovat kymmeniä vuosia.
 
[[Otto Hahn]] ja [[Fritz Strassmann]] havaitsivat ensimmäisinä vuonna 1939, että uraanin pommittaminen neutroneilla tuottaa todellakin alkuaine bariumia, eikä vain jotain jolla on samankaltaisia kemiallisia ominaisuuksia. Tämän perusteella [[Lise Meitner]] ja [[Otto Robert Frisch|Otto Frisch]] esittivät samana vuonna, että uraaniydin halkeaa kahteen lähes yhtä suureen osaan. Termi ''fissio'' on lainattu biologian [[solunjakautuminen|solunjakautumista]] koskevasta käsitteestä.<ref>Krane s. 478</ref><ref>Benson s. 913-914</ref>
 
Ketjureaktio johtuu siitä, että spontaanissa fissiossa ytimestä vapautuu 1–5 (luonnon uraanille keskimäärin 2,5<ref>Krane s. 501</ref>) vapaata neutronia. Neutronien osuessa uusiin ytimiin, halkeavat ne myös vapauttaen lisää vapaita neutroneja ja runsaasti energiaa sekä lämmön että [[gammasäteily]]n muodossa. Jos fissiokelpoista ainetta on vähän, suurin osa neutroneista joutuu kappaleen ulkopuolelle eikä saa aikaan uusia fissioita. Mutta jos sellaista ainetta on riittävästi, [[kriittinen massa|kriittistä massaa]] suurempi määrä, ketjureaktio jatkuu yhä useamman ytimen haljetessa niin, että voi tapahtua jopa [[ydinräjähdys]].
[[Ydinvoima|Ydinvoimaloiden]] sähköntuotanto perustuu tällaisesta ketjureaktiosta saadun lämpöenergian hyväksikäyttöön hallituissa olosuhteissa. Jos ketjureaktio pääsee jostain syystä kiihtymään liiaksi, lämmöntuotanto kasvaa hyvin nopeasti. Tehon hallitsematon nousu on kaupallisessa energiantuotannossa käytetyissä kevytvesireaktoreissa estetty perustavanlaatuisilla luonnollisilla takaisinkytkennöillä siten, että lämpötilan nousu hidastaa välittömästi ketjureaktiota ja teho pienenee. Reaktorin jäähdytyksen menettäminen kuitenkin saattaa pahimmillaan aiheuttaa ydinvoimalan reaktorisydämen sulamisen, eli ns. [[sydämen sulamisonnettomuus]]. Syynä tähän on jälkilämpö, jota fissioissa syntyneiden kevyempien ytimien [[beetahajoaminen]] ja [[gammasäteily]] tuottavat ketjureaktion sammuttamisen jälkeen merkittäviä määriä 1–2 vuorokauden ajan. Jäähdytysvesikierron estyminen voi tällöin aiheuttaa sydämen ylikuumenemisen ja vaurioitumisen. Jäähdytysveden saatavuuden turvaaminen kaikissa olosuhteissa onkin yksi nykyaikaisten tehoreaktorien pääsuunnitteluperusteista.
 
Fissioon pohjautuvat [[ydinase]]et ovat erityistapaus. Niissä fissio-olosuhteita eli reaktiivisuutta nostetaan hyvin nopeasti jolloin lyhyessä ajassa ehtii vapautua erittäin suuria määriä energiaa.<ref>Krane s. 520</ref> FissiossaYtimen vapautuvasidosenergia energiavoidaan onlaskea laskettavissaEinsteinin kaavallayhtälöstä [[E=mc²]], missä <math>m</math> on massavaje.<ref>Benson s. 917</ref> Fission tuottama energia voidaan tämän perusteella arvioida seuraavasti: uraanin sidosenergia per nukleoni on 7,6&nbsp;MeV kun taas fission lopputuotteilla (massaluvut A=90&ndash;150) se on noin 8,5&nbsp;MeV. Siispä fissioreaktiossa vapautuu energiaa noin 236&middot;(8,5-7,6)=200&nbsp;MeV mikä on paljon enemmän kuin missään kemiallisessa reaktiossa.<ref>Benson s. 915</ref>
 
==Fissiossa käytetyt polttoaineet==
 
=== Viitteet ===
{{Viitteet|sarakkeet}}
 
== Aiheesta muualla ==
15 636

muokkausta