Fission

Fission er den process i kernefysik, hvor en atomkerne splittes op i mindre dele. Fission kaldes også kernespaltning.

Fission sker naturligt i naturen, men kan også fremtvinges under de rette omstændigheder i en kernereaktor eller i laboratoriet.

Ved fission afgives der en stor mængde energi, som kan anvendes både konstruktivt og destruktivt. Det er fission, der ligger bag kernekraftværker og atombomber.

Normalt er fission en process, hvor en tung kerne påvirkes af en udefra kommende energi, der får den allerede ustabile kerne til at splitte i to stykker. I kernereaktorer og atombomber startes fission ved at beskyde kernen med neutroner. I nogle tilfælde kan man også se fission, hvor kernen bliver splittet i tre. De resulterende kerner er altså grundstoffer forskellige fra den fissionerede kerne.

De to nye kerner er oftest ikke lige store, men omkring et forhold på 2:3. Udover de to nye kerner vil fission også ofte afgive frie neutroner. Udover disse partikler bliver der afgivet en stor energi i form af en højenergifoton eller gammastråler.

Da fission afgiver neutroner, vil der altså kunne ske en kædereaktion, da fission også startes med neutroner. Det er denne kædereaktion man udnytter i atombomben, hvor hver fission udløser flere andre, så al det nukleare brændstof fissionerer på næsten samme tid. Dette udløser altså enorme mængder energi på meget kort tid.

I en kernereaktor holder man kædereaktionen under kontrol, så man kan udnytte brændstoffets energi over længere tid og ikke ender med en eksplosion. Der skal ikke meget nuklear brændstof til for at skabe stor energi, da energitætheden er mange millioner gange større end for eksempel brændselsolie.

Atomkerner er bundet af den stærke kernekraft. Den stærke kernekraft får sit navn, fordi der skal en meget stærk kraft til at holde sammen på protoner, som er positivt ladede. Ligesom vi kender det fra magneter, vil partikler med samme ladning frastøde hinanden. Den stærke kernekraft skal altså holde sammen på protoner, som bliver frastødt af hinanden.

Den energi det kræver at holde en atomkerne sammen, kalder vi for bindingsenergien. Det er denne energi, der skal til for at samle en kerne, og det er også denne energi, der skal til for at splitte den. Hvis man regner på bindingsenergien for hver nukleon (protoner og neutroner), varierer den for forskellige grundstoffer.

Bindingsenergien per nukleon er lav for atomer med lavt atomnummer, og stiger op til atomnumrene omkring 50, hvor den begynder at falde igen. Denne ulighed i bindingsenergi per nukleon gør, at når en kerne splittes ved fission, kan man få to kerner, som lagt sammen har en lavere bindingsenergi end den originale kerne. Den overskydende energi er den, som bliver afgivet i fissionsprocessen.

Fission og fusion

Fission og fusion er hinandens modsatte processer. Ved fusion samles to kerner til én og ved fission splittes en kerne i to (eller flere). Fission og fusion kan afgive energi efter samme princip om bindingsenergi. For at fusion afgiver energi, kræver det, at de to kerner har højere bindingsenergi til sammen end den fusionerede kerne.

I moderne atombomber kombineres fission og fusion for at give endnu kraftigere bomber. Fission bruges til at skabe nok varme, så fusionsprocessen kan startes, og den samlede energi bliver langt større end fission alene. I de første atombomber, blandt andet dem der sprang i Hiroshima og Nagasaki, blev der kun anvendt fission.

Eksempel

Vi vil nu kigge på et eksempel på fission, som kunne foregå i et kernekraftværk. Her er det 235U, der undergår fission. Uran er et meget brugt brændstof i kernekraft.


En neutron (n) med høj energi binder sig med 235U og danner 236U, som med det samme splittes i de to stoffer 92Kr og 141Ba. Tre neutroner og en foton (f) bliver også afgivet i processen.

Vi starter fissionen ved at beskyde 235U med en neutron med høj energi. Dette danner isotopen 236U som er højst ustabil, og den høje energi gør, at 236U spaltes til de to isotoper 92Kr og 141Ba.

Når man tæller isotopernes numre, kan man se at 3 mangler til sidst. Det er fordi, de bliver afgivet som neutroner. Udover disse bliver også en foton afgivet.

I alt afgiver fissionen en energi på omkring 200 megaelektronvolt. Størstedelen af denne energi vil dog blive givet til de to resulterende kerner i form af kinetisk energi. Neutronerne vil også få noget af energien, mens fotonen vil få en energi på omkring 7 megaelektronvolt.