fission (kernefysisk proces)

Fissionsprocessen blev opdaget i 1938 af de to tyske kemikere Otto Hahn og Fritz Straßmann. Det blev hurtigt klart, at her havde man en proces, der i modsætning til andre kendte kerneprocesser kunne kontrolleres og udnyttes militært. I begge 2. Verdenskrigs modsatte lejre blev der gjort forberedelser hertil. Især USA satte, sammen med England, store kræfter ind i det såkaldte Manhattanprojekt, der kulminerede i august 1945 med bomberne over Hiroshima og Nagasaki. Det blev indledningen til atomalderen med dens nye vilkår for stormagtspolitikken og med dens muligheder for fredelig udnyttelse af atomenergien.

Det var Niels Bohr, der i 1939 sammen med den amerikanske fysiker John A. Wheeler gav en nærmere forklaring på fissionsprocessen. Den bygger på Bohrs dråbemodel, hvor kernen anskues som en elektrisk ladet dråbe bestående af neutroner og protoner. Stærke kernekræfter mellem protoner eller neutroner, der er naboer til hinanden, holder kernen sammen som en lille dråbe med konstant tæthed og mindst mulig overflade, dvs. som en kugle.

Protonerne, der er jævnt fordelt mellem neutronerne, har tillige i kraft af deres elektriske ladning en frastødende virkning på hinanden — med lang rækkevidde. Tendensen til, at kuglen derved kunne svulme op, holdes i skak af kernekræfterne. På den anden side er kernekræfterne mindre virksomme over for ændringer af kernens form.

Trækkes dråben ud, så den bliver langstrakt med en indsnævring på midten, vil der opnås et ligevægtspunkt, hvor frastødningen mellem protonerne i de to dele netop er i balance med "nabokræfterne" langs indsnævringen. Herefter vil de langtrækkende elektriske kræfter få overhånd og drive de to dele fra hinanden.

Det ligevægtspunkt, der har lavest energi over kuglens grundtilstand, kaldes fissionsbarrieren. I den sjældne uranisotop ²³⁵U ligger barrieren 5,6 MeV (mio. elektronvolt) over grundtilstanden. En neutron, der indfanges af kernekræfterne i en ²³⁵U-kerne, tilføjer denne en energi på 6,5 MeV, som betegner bindingsenergien for den ekstra neutron. Denne energi er tilstrækkelig til, at tilfældige bevægelser i den dannede compoundkerne efter uhyre kort tid fører kernen mod fuldstændig spaltning.

Den energi, som en neutron tilfører den 140 gange hyppigere uranisotop ²³⁸U, er kun 4,9 MeV og derfor ikke tilstrækkelig til at udløse fission. I stedet dannes ²³⁹U, som efter to betahenfald bliver til ²³⁹Pu, der igen er spalteligt. Der frigøres en energi på 200 MeV ved fissionsprocessen, heraf 170 MeV som bevægelsesenergi hos de to fragmenter. Resten, som bliver til indre energi i fragmenterne, er tilstrækkelig til, at der fra disse udsendes 2-3 neutroner.

Det er dette aspekt ved fissionsprocessen, der muliggør kædereaktionen og dermed den tekniske udnyttelse af energien. Ved at betone kernens karakter af en kvantevæske (se atomkerne) kan man forklare adskillige nuancer og afvigelser fra den oprindelige fissionsmodel; for eksempel at de to fissionsfragmenter ikke er nøjagtig lige store, eller at der kan optræde to fissionsbarrierer efter hinanden, således at spaltningen foregår i to trin.

• kernefysik
• kernevåben
• Bohrs dråbemodel