תגובת שרשרת גרעינית

דוגמה סכמטית לתגובת שרשרת גרעינית באורניום מועשר: (1) נייטרון פוגע בגרעין של אורניום-235 וגורם לביקועו. בביקוע הספציפי הזה משתחררים שלושה נייטרונים. (2) נייטרון אחד יוצא מהמערכת, שני פוגע בגרעין של אורניום-238 שאינו בקיע, ונבלע, והשלישי פוגע בעוד גרעין של אורניום-235 וגורם לביקוע בו משתחררים שני נייטרונים. (3) שני הנייטרונים פוגעים בגרעינים של אורניום-235, וגורמים לביקועים שמשחררים עוד נייטרונים, וכך הלאה.

תגובת שרשרת גרעינית מתרחשת כאשר בממוצע יותר מתגובה גרעינית אחת נגרמת על ידי תגובה גרעינית נוספת, ובכך מובילה לגדילה אקספוננציאלית במספר התגובות הגרעיניות.

תגובת שרשרת לא יציבה הכוללת כמות מספיקה של דלק ביקוע (מסה קריטית) יכולה לגרום לפיצוץ שמשחרר אנרגיה, והיא התפיסה העומדת בבסיס הרעיון של נשק גרעיני. בנוסף, ניתן לשלוט בתגובת השרשרת ולעשות בה שימוש כמקור אנרגיה (בכורים גרעיניים).

להלן כמה משוואות ביקוע, המראות ממוצעים בתגובת שרשרת גרעינית:

  • U-235 + neutron -> fission fragments + 2.52 neutrons + 180 MeV
  • Pu-239 + neutron -> fission fragments + 2.95 neutrons + 200 MeV

משוואות אלה אינן כוללות בתוכן 10MeV עבור חלקיקי נייטרינו שלא נעשה בהם שימוש וקשה לגלותם.

כשאטום כבד עובר ביקוע גרעיני הוא נשבר לשני שברי ביקוע או יותר. שברי הביקוע מורכבים מאטומים קלי משקל יחסית לאטום הכבד. סכום המסות שלהם לא תואם במדויק לזה של האטום הכבד, גם כאשר מתחשבים בנייטרון שגרם לביקוע. הפרש המסות מורכב מנייטרונים שנפלטו ושחרור של אנרגיית קשר. הנייטרונים עוזבים את אתר הביקוע במהירות גבוהה, ועשויים להתנגש עם אטומים כבדים אחרים בתופעה המכונה בשם "לכידת ביקוע". דבר זה יכול להסתיים בביקוע גרעיני, וכך ליצור את הבסיס לתגובת שרשרת.