Fission

Kerneenergi er energi der er bundet i atomernes kerne. Når en tung atomkerne spaltes til to mindre kerner, frigøres en lille del af den kerneenergi. De to atomkerner der skabes, vejer sammenlagt lidt mindre end den tunge kerne gjorde. Den lille masse der nu mangler, er altså blevet til energi.

Fission betyder spaltning. Når noget spaltes, splittes det til mindre dele. Atomkerner spaltes ved fission, men der er ikke tale om enhver atomkerne. Fission kan kun ske i store og ustabile atomkerner, som fx visse isotoper af uran og plutonium.

Fissionsprocessen starter, når en neutron rammer ind i en atomkerne. I eksemplet nedenfor rammer en neutron en uran-235-isotop. Urankernen absorberer neutronen og energien i kernen øges. Den tilførte energi gør kernen endnu mere ustabil. Til sidst falder den fra hinanden og bliver til to mindre kerner.

I tilfældet ovenfor bliver urankernen til en krypton- og en bariumkerne. Dette er blot et eksempel, spaltningen kan nemlig give flere forskellige resultater, men den ene kerne vil oftest være lidt større end den anden. Antal protoner og elektroner før og efter reaktionen, vil dog altid være det samme. 

Ved spaltningen frigøres der også energi og frie neutroner. De frie neutroner kan derefter blive absorberet af andre urankerner og føre til nye kernespaltninger. Når én spaltning på denne måde fører til nye spaltninger, der hver især leder til endnu flere spaltninger, kalder vi det en kædereaktion.

For at en kædereaktion kan finde sted, må der være en tilstrækkelig mængde af stoffet der kan spaltes. Denne mængde kaldes for den kritiske masse. Hvis massen af stof er mindre end den kritiske masse, så vil reaktionen aftage og til sidst stoppe helt. For da vil atomkernerne være så langt fra hinanden, at de frie neutroner ikke med sikkerhed vil ramme en ny atomkerne.

En kernereaktion, som i eksemplet med uran-235, er ikke mulig i naturen. I dag er koncentration af uran-235 i naturen nemlig alt for lav, til at en kernereaktion kan starte af sig selv. Men faktisk findes der spor af at dette engang har fundet sted, i de såkaldte Okloreaktorer. Oklo er et område i Gabon i Afrika, som er rigt på uran, og hvor der er fundet spor af naturlige kernereaktioner. Visse områder i Oklo indeholder nemlig store mængder af de stoffer der dannes når uran spaltes. Disse naturlige kernereaktioner skete for omkring 2 milliarder år siden. På den tid var koncentration af uran-235 betydeligt højere end i dag. Så høj at en kernereaktion kunne opretholde sig selv.

Grunden til at koncentrationen er lavere i dag er, at uran naturligt henfalder. Uran findes hovedsageligt i isotoperne, U-235 og U-238. U-235 har en kortere halveringstid end U-238. Derfor bliver koncentration af U-235 i uranmalm hele tiden mindre i forhold til U-238.

Ved fission frigøres der to eller tre neutroner efter hver spaltning. Under de rette betingelser, kan alle neutronerne fortsat spalte nye kerner og dermed starte en kædereaktion. Hvis processen gentages igen og igen, vokser antallet af spaltninger meget hurtigt og enorme mængder energi bliver frigjort på meget kort tid. Sådan en kædereaktion kaldes for en ukontrolleret kædereaktion. Det er den slags reaktion man udnytter i en atombombe.

På et atomkraftværk bremses kædereaktionen hele tiden. Det gør man med såkaldte kontrolstave, som forhindrer en del af neutroner fra at spalte ny atomkerner. Stavene kan føres op og ned mellem reaktorens brændselsstave, for på den måde at øge eller bremse fissionshastigheden i reaktoren.