Nuclear Fission versus Nuclear Fusion

Nuklear fission og nuklear fusion er begge nukleare fænomener, der frigiver store mængder energi, men det er forskellige processer, der giver forskellige produkter. Lær, hvad atomfission og nuklear fusion er, og hvordan du kan adskille dem fra hinanden.

Nuklear fission finder sted, når en atoms kernen opdeles i to eller flere mindre kerner. Disse mindre kerner kaldes fissionsprodukter. Partikler (f.eks. Neutroner, fotoner, alfa-partikler) frigives normalt også. Dette er en eksoterm process frigivelse af kinetiske energi i fissionsprodukter og energi i form af gammastråling. Årsagen til, at energi frigives, er fordi fissionsprodukterne er mere stabile (mindre energiske) end den overordnede kerne. Fission kan betragtes som en form for elementtransmutation, da ændring af antallet af protoner på et element i det væsentlige ændrer elementet fra det ene til det andet. Nuklear fission kan forekomme naturligt som i forfaldet af radioaktive isotoper, eller det kan tvinges til at forekomme i en reaktor eller våben.

Eksempel på nuklear fission: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹⁰₃₈Sr + ¹⁴³₅₄Xe + 3¹₀n

Kernefusion er en proces, hvor atomkerner smeltes sammen for at danne tungere kerner. Ekstremt høje temperaturer (i størrelsesordenen 1,5 x 10⁷° C) kan tvinge kerner sammen, så den stærke atomkraft kan binde dem. Store mængder energi frigives, når fusion opstår. Det kan virke modsætningsfuldt, at energi frigives både når atomerne opdeles, og når de smelter sammen. Årsagen til, at energi frigøres fra fusion, er, at de to atomer har mere energi end et enkelt atom. Der kræves meget energi for at tvinge protoner tæt nok sammen til at overvinde frastødningen mellem dem, men på et tidspunkt overvinder den stærke kraft, der binder dem, den elektriske frastødelse.

Når kernerne slås sammen, frigives overskydende energi. Ligesom fission kan nuklear fusion også transmittere et element til et andet. For eksempel smelter brintkerner sammen i stjerner for at danne elementet helium. Fusion bruges også til at tvinge atomkerner sammen til dannelse af de nyeste elementer på det periodiske system. Mens fusion forekommer i naturen, er det i stjerner, ikke på Jorden. Fusion på Jorden forekommer kun i laboratorier og våben.

Reaktionerne, der finder sted i solen, giver et eksempel på nuklear fusion:

¹₁H + ²₁H → ³₂Han

³₂Han + ³₂Han → ⁴₂Han + 2¹₁H

¹₁H + ¹₁H → ²₁H + ⁰₊₁β

Både fission og fusion frigiver enorme mængder energi. Både fission og fusionsreaktioner kan forekomme i atombomber. Så hvordan kan du adskille fission og fusion fra hinanden?

• Fission bryder atomkerner i mindre stykker. Udgangselementerne har et højere atomnummer end fissionsprodukterne. For eksempel kan uran splitte til at give udbytte strontium og krypton.
• Fusion forbinder atomkerner sammen. Det dannede element har flere neutroner eller flere protoner end udgangsmaterialet. F.eks. Kan brint og brint smeltes sammen til dannelse af helium.
• Spaltning forekommer naturligt på Jorden. Et eksempel er spontan fission af uran, hvilket kun sker, hvis der er tilstrækkeligt uran i et lille nok volumen (sjældent). Fusion forekommer derimod ikke naturligt på Jorden. Fusion forekommer i stjerner.