Nükleer fizikte ve nükleer kimyada, nükleer Fisyon, bir atomun çekirdeğinin daha küçük parçalara (daha hafif çekirdekler) ayrıldığı bir nükleer reaksiyon veya bir radyoaktif bozunma işlemidir. Fisyon işlemi çoğunlukla serbest nötronlar ve gama fotonları üretir ve enerjik radyoaktif bozunma standartları tarafından bile çok büyük miktarda enerji yayar.
Ağır elementlerin nükleer fisyonu 17 Aralık 1938’de Alman Otto Hahn ve yardımcısı Fritz Strassmann tarafından keşfedildi ve Teorik olarak Ocak 1939’da Lise Meitner ve yeğeni Otto Robert Frisch tarafından açıklandı. Frisch, canlı hücrelerin biyolojik fisyonu ile benzetilerek sürece ad verdi. Hem elektromanyetik radyasyon hem de parçacıkların kinetik enerjisi olarak büyük miktarda enerji salınabilen ekzotermik bir reaksiyontur (fisyon gerçekleştiği yerde dökme malzemenin ısıtılması). Fisyonun enerjiyi üretmesi için, oluşan elementlerin toplam bağlanma enerjisi, başlangıç elementinkinden daha az negatif (daha yüksek enerji) olmalıdır.
Fisyon, nükleer dönüşümün bir şeklidir, çünkü oluşan parçalar orijinal atomla aynı unsur değildir. Üretilen iki çekirdek çoğunlukla, karşılaştırılabilir ancak biraz farklı boyutlarda, genel olarak bölünebilir izotoplar için yaklaşık 3 ila 2’lik bir kütle oranı olan ürünlerdir. Çoğu fisyon, iki parçalı (iki yüklü fragman üreten) parçacıklardır, ancak zaman zaman (1000 olay başına 2-4 kez) üçlü fisyonda üç pozitif yüklü parça üretilir. Üçlü işlemlerdeki bu parçalardan en küçüğü, bir protondan bir argon çekirdeğine kadar değişen boyuttadır.
İnsanlar tarafından işletilen ve işletilen bir nötronun neden olduğu fisyon dışında doğal olmayan bir spontan radyoaktif bozunma türü (fotokimyasal olarak da bilinir) de fisyon olarak adlandırılır ve özellikle çok yüksek kütle numarası izotoplarında görülür. Spontan fisyon 1940 yılında Flyorov, Petrzhak ve Kurchatov tarafından Moskova’da keşfedildi, nükleer bombardıman olmadan Niels Bohr tarafından tahmin edildiği gibi uranyumun fisyon oranı gerçekten önemsiz olduğunu doğrulamaya karar verdiler; Öyle değildi.
Ürünlerin öngörülemeyen bileşimi (geniş bir olasılık ve biraz kaotik biçimde değişir) fisyonu, her zaman aynı ürünleri veren proton emisyonu, alfa çürüğü ve küme bozunumu gibi tamamen kuantum tünel oluşturma süreçlerinden ayırır. Nükleer Fisyon, nükleer enerji için enerji üretir ve nükleer silahların patlamasına neden olur. Nükleer yakıtlar denilen bazı maddeler, fisyon nötronları tarafından vurulduğunda fisyona maruz kalırlar ve ayrıldıklarında nötron yayarlar. Bu, bir nükleer reaktörde enerjiyi kontrollü bir oranda veya bir nükleer silahta çok hızlı kontrol edilmemiş bir oranda serbest bırakan kendi kendini sürdüren bir nükleer zincirleme reaksiyonu mümkün kılar.
Nükleer yakıtta bulunan serbest enerji miktarı, benzin gibi benzeri bir kütlede bulunan milyonlarca kat fazla miktarda serbest enerji, nükleer fisyonu çok yoğun bir enerji kaynağı haline getiriyor. Bununla birlikte, nükleer fisyon ürünü normalde yakıt olarak parçalanmış ağır elementlerden çok daha radyoaktiftir ve önemli bir süre kalır ve nükleer bir atık sorununa neden olur. Nükleer atık birikimi ve nükleer silahların yıkıcı potansiyeline ilişkin endişeler, Fisyonu enerji kaynağı olarak kullanmak ve nükleer güç konusunda devam eden siyasi tartışmalara neden olan barışçıl arzuyu dengelemektedir.
Fisyon Bombası Nedir
Bir atom bombası ya da atom bombası olarak bilinen fisyon bombası (füzyon bombasıyla karıştırılmamalıdır) bir nükleer silah sınıfı, serbest bırakılmadan önce olabildiğince çabuk olabildiğince fazla enerjiyi serbest bırakmak üzere tasarlanmış bir fisyon reaktörüdür Enerji reaktörün patlamasına neden olur (ve zincirleme reaksiyon durdurulur). Nükleer silahların geliştirilmesi, nükleer Fisyon araştırmalarının arkasındaki motivasyondu. Manhattan Projesi II. Dünya Savaşı sırasında (1 Eylül 1939 – 2 Eylül 1945) fisyon zincir reaksiyonları üzerine yapılan ilk bilimsel çalışmanın çoğunu gerçekleştirdi ve üç olayla sonuçlandı Savaş sırasında meydana gelen fisyon bombaları da dahil olmak üzere. Kod adı “Gadget” olan ilk fisyon bombası 16 Temmuz 1945’te New Mexico çölündeki Üçlü Sınama testi sırasında patlatıldı. “Little Boy” ve “Fat Man” kod adlı iki diğer fisyon bombası, Japonya’daki Hiroşima ve Nagasaki kentleri sırasıyla 6 ve 9 Ağustos 1945’de.
Hatta ilk fisyon bombaları, karşılaştırılabilir bir kimyasal patlayıcı yığından binlerce kez daha patlayıcıydı. Örneğin Little Boy, yaklaşık dört ton ağırlığındaydı (bunlardan 60 kg nükleer yakıtıydı) ve 11 feet (3.4 m) uzunluğunda; Aynı zamanda Hiroşima şehrinin büyük bir bölümünü imha eden yaklaşık 15 kiloton TNT’ye eşit bir patlama meydana getirdi. Modern nükleer silahlar (bir termonükleer füzyonun yanı sıra bir veya daha fazla fisyon aşamasını içerir) ağırlıkları yüzlerce kez ilk saf fisyon atom bombalarından daha enerjiktir (bknz. Nükleer silah verimi), böylece modern tek bir füze savaş başlığı bombası tartım yapabilir Little Boy’un (örneğin W88’e bakınız) 1 / 8’den azının, 475.000 ton TNT verimi vardır ve imha edilmeyi şehir alanının yaklaşık 10 katına getirebilir.
Bir nükleer silahtaki fisyon zincir reaksiyonunun temel fiziği, kontrollü bir nükleer reaktörün fiziğine benzer olsa da, iki cihaz türü tamamen farklı bir şekilde tasarlanmalıdır (bkz. Nükleer reaktör fiziği). Bir nükleer bomba, tüm enerjisini bir kerede boşa çıkaracak şekilde tasarlanırken, bir reaktör sürekli bir faydalı güç kaynağı üretmek üzere tasarlandı. Bir reaktörün aşırı ısınması, erime ve buhar patlamalarına yol açabilir ve bu patlamalara yol açabilirken, çok daha düşük uranyum zenginleştirmesi bir nükleer reaktörün bir nükleer silahla aynı yıkıcı gücün patlamasını imkansız hale getirir. En azından bir roket tahrik sistemi, Proje Orion, büyük bir dolgulu ve korumalı uzay aracı arkasında fisyon bombaları patlayarak çalışmak üzere tasarlanmış olmasına rağmen, bir nükleer bombadan yararlı güç elde etmek zordur.
Nükleer silahların stratejik önemi, nükleer silahlanma teknolojisinin politik açıdan hassas olmasının önemli bir nedenidir. Yapılabilir fisyon bombası tasarımları, kuşkusuz, birçoğunun kapasitesi dahilindedir ve mühendislik açısından oldukça basittir. Bununla birlikte, tasarımları gerçekleştirmek için bölünebilir nükleer malzemenin elde edilmesinin zorluğu, bölünebilen materyallerin üretilmesi için özel programlarla modern endüstrileşmiş hükümetlerin tamamına nükleer silahların nispeten erişilememesinin anahtarıdır (bkz. Uranyum zenginleştirme ve nükleer yakıt döngüsü.