Raskete tuumade lõhustumine
Mida raskema tuumaga on tegemist, seda suurem on temas neutronite suhtarv. Kui raskes tuumas on neutroneid liiga palju, siis muutub tuum ebastabiilseks, sest väikese mõjuulatusega tuumajõud ei suuda suure raadiusega tuuma koos hoida. Selle olemusliku ebastabiilsuse tõttu võib raske tuuma pommitamisel neutronidega leida aset tuuma lagunemine.
Raske tuuma lõhustumisel tekivad kergemad kildtuumad ja mõned vabad neutronid ning vabaneb energia. Kui mõni teine, seni puutumata raske tuum haarab vabanenud neutroni, siis muutub seegi tuum ebastabiilseks ning võib samuti laguneda. Lagunemise käigus tekivad siis uued vabad neutronid ja reaktsioon jätkub.
Reaktsiooni, mis põhjustab iseenda jätkumist, nimetatakse ahelreaktsiooniks. Raskete tuumade lõhustumisel toimubki just ahelreaktsioon. Allolev joonis kujutab uraani isotoobi üht võimalikku lõhustumisprotsessi üksikasjalikumalt.
Vasakult poolt tulev neutron käivitab tuumade muundumise ahelreaktsiooni.
Reaktsiooni esimeses faasis neelab aatom ühe neutroni ning lõhustub kaheks kildtuumaks. Seejuures vabanevad kolm uut neutronit ja suur hulk energiat. Üks tekkinud neutronitest neeldub uraani teise isotoobi
aatomis ning jääb sinna pidama. Seda rada pidi reaktsioon ei jätku. Teine neutron lahkub süsteemist, ilma et kuskil neelduks, ja ka selle neutroni kaudu reaktsioon ei jätku. Kuid kolmas neutron põrkub
teise, veel tervikliku aatomiga, mis nüüd lõhustub. Seekord vabaneb kaks neutronit ja suur hulk energiat. Mõlemad neutronid põrkuvad omakorda uute
aatomitega, mis lõhustuvad omakorda, tekitades veelgi rohkem neutroneid, mistõttu reaktsioon jätkub üha intensiivsemalt.
Uraani isotoop U-235 võib tegelikult lõhustuda äärmiselt paljudel eri viisidel, kusjuures kildtuumadeks on erinevad keemilised elemendid. Olgu näitena toodud sümbolskeem, mis kujutab sama isotoobi lõhustumist krüptooniks ja baariumiks:
Sümbol n tähistab neutronit. Skeemilt on näha, et algul neelab uraan ühe neutroni, lõhustumise käigus tekib selle asemele aga kolm neutronit.
Looduslikult toimub maakoores ebastabiilsete tuumade radioaktiivne lagunemine, kuid raskete tuumade lõhustumise ahelreaktsiooniks sobilikke tingimusi tänapäeval Maal ei esine. Tehistingimustes tekitatakse raskete tuumade lõhustumise ahelreaktsioon tuumareaktoris, mille kütuseks on enamasti uraani isotoop U-235. Kuigi raske tuumaga aatomeid on iseendast palju, kasutatakse tuumaenergeetikas põhiliselt vaid kolme: uraan-235, plutoonium-239 ja uraan-233. Esimest neist leidub looduslikus uraanimaagis, ülejäänud kahte saadakse tehislikult.
INGLISKEELSED TERMINID
tuuma lõhustumine – nuclear fission
ahelreaktsioon – chain reaction
kildtuumad – fission fragments
tuumareaktor – nuclear reactor
raske tuum – heavy nucleus