Ero sivun ”Fissio” versioiden välillä

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
[katsottu versio][arvioimaton versio]
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
p tarkempi linkki
kirjoitusvirhe
Rivi 1: Rivi 1:
[[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 Kr<sup>92</sup> ja Ba<sup>141</sup>.]]
[[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 Kr<sup>92</sup> ja Ba<sup>141</sup>.]]
'''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 fuusio, jossa taas kevyet [[atomi]]en [[atomiydin|ytimet]] fuusioituvat raskaammaksi ytimeksi.
'''Fissio''' on ilmiö tai [[Fysiikka|ydinfysiikan]] reaktio, jossa raskas [[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 fuusio, jossa taas kevyet [[atomi]]en [[atomiydin|ytimet]] fuusioituvat raskaammaksi ytimeksi.


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]].
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]].

Versio 8. maaliskuuta 2017 kello 11.13

Fissioreaktio, jossa U235 halkeaa termisen neutronin osuttua siihen. Lopputuotteina syntyvät kryptonin ja bariumin isotoopit Kr92 ja Ba141.

Fissio on ilmiö tai ydinfysiikan reaktio, jossa raskas atomin ydin hajoaa kahdeksi tai useammaksi pienemmäksi tytärytimeksi ja samalla vapautuu energiaa (ja muita hiukkasia). Energia on ns. sidosenergiaa, sen määrä vastaa lähtöytimen ja tytärydinten välistä massavajetta. Fissiolle vastakkainen reaktio on fuusio, jossa taas kevyet atomien ytimet fuusioituvat raskaammaksi ytimeksi.

Monissa aineissa atomiytimien hajoamisia tapahtuu luonnostaan hitaasti kaiken aikaa. Tällaisiä aineita kutsutaan 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 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.

Fissiolle ei voi esittää yhtä yksiselitteistä reaktioyhtälöä, vaan se voi tapahtua monella tavalla. Kun U-235-ytimeen osuu neutroni, se voi fissoitua esimerkiksi seuraavasti: 23592U + 10n ⇒ 9236Kr + 14156Ba + 3 10n. Syntyvät fissiotuotteet voivat olla muitakin, joiden massalukujen summa vapautuvat neutronit mukaan luettuina on 236 ja järjestyslukujen summa 92. Fissiotuotteina syntyvät ytimet ovat yleensä beeta-aktiivisia, joten ne muuttuvat vähitellen toisiksi nuklideiksi, joilla on sama massaluku mutta korkeampi järjestysluku. Useimmat fissiotuotteista ovat varsin lyhytikäisiä, mutta esimerkiksi cesium-137:n ja strontium-90:n puoliintumisajat ovat kymmeniä vuosia.

Ketjureaktio johtuu siitä, että spontaanissa fissiossa ytimestä vapautuu 1–5 (keskimäärin kolme) vapaata neutronia. Neutronien osuessa uusiin ytimiin, halkeavat ne myös vapauttaen lisää vapaita neutroneja ja runsaasti energiaa sekä lämmön että gammasäteilyn muodossa. Jos fissiokelpoista ainetta on vähän, suurin osa neutroneista joutuu kappaleen ulkopuolelle eikä saa aikaan uusia fissioita. Mutta jos sellaista ainetta on riittävästi, kriittistä massaa suurempi määrä, ketjureaktio jatkuu yhä useamman ytimen haljetessa niin, että voi tapahtua jopa ydinräjähdys.

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 ydinaseet ovat erityistapaus. Niissä fissio-olosuhteita eli reaktiivisuutta nostetaan äärimmäisen nopeasti jolloin lyhyessä ajassa ehtii vapautua erittäin suuria määriä energiaa. Fissiossa vapautuva energia on laskettavissa kaavalla E=mc².

Fissiossa käytetyt polttoaineet

Sähköntuotannossa käytetään uraanin isotooppia 235U, koska se on ainoa luonnossa esiintyvä isotooppi, jolla saadaan aikaan fissioiden ketjureaktio termisillä neutroneilla. Fissiokelpoista 235U-isotooppia esiintyy luonnon uraanissa ainoastaan 0,7 %; loput ovat 238U-isotooppia. Fissiossa voidaan käyttää myös muita uraanin keinotekoisia isotooppeja, kuten 239U ja myös plutoniumin keinotekoisia isotooppeja, kuten 239Pu ja 235Pu.