Kernspaltungsreaktionen- Spaltungsreaktionen, die darin bestehen, dass ein schwerer Kern unter dem Einfluss von Neutronen und, wie sich später herausstellte, auch anderer Teilchen in mehrere leichtere Kerne (Fragmente) aufgeteilt wird, meist in zwei Kerne ähnlicher Masse.

Ein Merkmal der Kernspaltung ist, dass sie mit der Emission von zwei oder drei sekundären Neutronen, sogenannten Neutronen, einhergeht Spaltneutronen. Da für mittlere Kerne die Anzahl der Neutronen ungefähr gleich der Anzahl der Protonen ist ( N/Z ≈ 1), und bei schweren Kernen übersteigt die Zahl der Neutronen die Zahl der Protonen deutlich ( N/Z ≈ 1.6), dann werden die entstehenden Spaltfragmente mit Neutronen überladen, wodurch sie Spaltneutronen freisetzen. Allerdings beseitigt die Emission von Spaltneutronen die Überladung der Fragmentkerne mit Neutronen nicht vollständig. Dadurch werden die Fragmente radioaktiv. Sie können eine Reihe von β-Transformationen durchlaufen, die mit der Emission von γ-Quanten einhergehen. Da der β-Zerfall mit der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton einhergeht, erreicht das Verhältnis zwischen Neutronen und Protonen im Fragment nach einer Kette von β-Umwandlungen einen Wert, der einem stabilen Isotop entspricht. Zum Beispiel bei der Spaltung eines Urankerns U

U+ n → Xe + Sr +2 N(265.1)

Spaltfragment Xe verwandelt sich infolge von drei β-Zerfallsvorgängen in das stabile Isotop von Lanthan La:

Heh → Cs → Ba → La.

Spaltfragmente können vielfältig sein, daher ist die Reaktion (265.1) nicht die einzige, die zur Spaltung von U führt.

Die meisten Spaltneutronen werden fast augenblicklich emittiert ( T≤ 10 –14 s) und ein Teil (ca. 0,7 %) wird einige Zeit nach der Spaltung (0,05 s ≤) von Spaltfragmenten emittiert T≤ 60 s). Die ersten von ihnen werden aufgerufen sofort, zweite - zurückgeblieben. Im Durchschnitt entstehen bei jedem Spaltungsereignis 2,5 Neutronen. Sie haben ein relativ breites Energiespektrum von 0 bis 7 MeV mit einer durchschnittlichen Energie von etwa 2 MeV pro Neutron.

Berechnungen zeigen, dass auch die Kernspaltung mit der Freisetzung einhergehen muss große Mengen Energie. Tatsächlich beträgt die spezifische Bindungsenergie für Kerne mittlerer Masse etwa 8,7 MeV, während sie für schwere Kerne 7,6 MeV beträgt. Wenn sich ein schwerer Kern in zwei Fragmente teilt, sollte daher eine Energie von etwa 1,1 MeV pro Nukleon freigesetzt werden.

Die Theorie der Spaltung von Atomkernen (N. Bohr, Ya. I. Frenkel) basiert auf dem Tröpfchenmodell des Kerns. Der Kern wird als Tropfen einer elektrisch geladenen inkompressiblen Flüssigkeit (mit einer Dichte gleich der Kerndichte und den Gesetzen der Quantenmechanik gehorchend) betrachtet, deren Teilchen beim Auftreffen eines Neutrons auf den Kern in eine oszillierende Bewegung geraten, wodurch Der Kern wird in zwei Teile zerrissen und mit enormer Energie zerstreut.

Die Wahrscheinlichkeit einer Kernspaltung wird durch die Energie der Neutronen bestimmt. Wenn beispielsweise hochenergetische Neutronen die Spaltung fast aller Kerne bewirken, dann bewirken Neutronen mit einer Energie von mehreren Megaelektronenvolt nur die Spaltung schwerer Kerne ( A>210), Neutronen mit Aktivierungsenergie(die minimale Energie, die zur Durchführung einer Kernspaltungsreaktion erforderlich ist) in der Größenordnung von 1 MeV führt zur Spaltung der Kerne von Uran U, Thorium Th, Protactinium Pa und Plutonium Pu. Thermische Neutronen spalten die Kerne U, Pu und U, Th (die letzten beiden Isotope kommen in der Natur nicht vor, sie werden künstlich gewonnen).

Sekundäre Neutronen, die bei der Kernspaltung emittiert werden, können neue Spaltungsereignisse verursachen, was dies ermöglicht Spaltkettenreaktion- eine Kernreaktion, bei der die die Reaktion auslösenden Teilchen als Produkte dieser Reaktion entstehen. Kettenreaktion Teilung gekennzeichnet ist Multiplikationsfaktor k Neutronen, was dem Verhältnis der Anzahl der Neutronen in einer bestimmten Generation zu ihrer Anzahl in der vorherigen Generation entspricht. Eine notwendige Bedingung für die Entwicklung einer Spaltkettenreaktion ist Anforderung k ≥ 1.

Es stellt sich heraus, dass nicht alle erzeugten sekundären Neutronen eine anschließende Kernspaltung verursachen, was zu einer Verringerung des Multiplikationsfaktors führt. Erstens aufgrund der endlichen Dimensionen Kern(der Raum, in dem eine wertvolle Reaktion stattfindet) und die hohe Durchdringungsfähigkeit von Neutronen verlassen einige von ihnen die aktive Zone, bevor sie von einem Kern eingefangen werden. Zweitens werden einige Neutronen von den Kernen nicht spaltbarer Verunreinigungen eingefangen, die immer im Kern vorhanden sind. Darüber hinaus können neben der Spaltung konkurrierende Prozesse des Strahlungseinfangs und der inelastischen Streuung stattfinden.

Der Multiplikationskoeffizient hängt von der Art des spaltbaren Stoffes und für ein bestimmtes Isotop von seiner Menge sowie von der Größe und Form der aktiven Zone ab. Mindestmaße aktive Zone, in der eine Kettenreaktion möglich ist, werden genannt kritische Größen. Die Mindestmasse an spaltbarem Material in einem System mit kritischen Abmessungen, die zur Umsetzung erforderlich ist Kettenreaktion, angerufen kritische Masse.

Die Geschwindigkeit der Entwicklung von Kettenreaktionen ist unterschiedlich. Lassen T - durchschnittliche Zeit

Leben einer Generation und N- die Anzahl der Neutronen in einer bestimmten Generation. In der nächsten Generation ist ihre Zahl gleich kN,T. h. Erhöhung der Neutronenzahl pro Generation dN = kN – N = N(k – 1). Die Zunahme der Neutronenzahl pro Zeiteinheit, also die Wachstumsgeschwindigkeit der Kettenreaktion,

. (266.1)

Durch Integrieren von (266.1) erhalten wir

,

Wo N 0 ist die Anzahl der Neutronen zum Anfangszeitpunkt und N- jeweils ihre Anzahl T. N bestimmt durch das Vorzeichen ( k– 1). Bei k>1 kommt sich entwickelnde Reaktion, Die Zahl der Spaltungen nimmt kontinuierlich zu und die Reaktion kann explosiv werden. Bei k=1 geht selbsterhaltende Reaktion bei dem sich die Anzahl der Neutronen im Laufe der Zeit nicht ändert. Bei k <1 идет nachlassende Reaktion

Kettenreaktionen umfassen kontrollierte und unkontrollierbare. Die Explosion einer Atombombe beispielsweise ist eine unkontrollierte Reaktion. Um zu verhindern, dass eine Atombombe während der Lagerung explodiert, wird U (oder Pu) darin in zwei voneinander entfernte Teile mit Massen unterhalb des kritischen Werts geteilt. Dann rücken diese Massen mit Hilfe einer gewöhnlichen Explosion näher zusammen, die Gesamtmasse der spaltbaren Substanz wird größer als die kritische und es kommt zu einer explosiven Kettenreaktion, begleitet von der sofortigen Freisetzung großer Energiemengen und großer Zerstörung . Die explosive Reaktion beginnt aufgrund verfügbarer Neutronen aus spontaner Spaltung oder Neutronen aus kosmischer Strahlung. In Kernreaktoren kommt es zu kontrollierten Kettenreaktionen.

Die Spaltung von Urankernen wurde 1938 von den deutschen Wissenschaftlern O. Hahn und F. Strassmann entdeckt. Sie konnten feststellen, dass beim Beschuss von Urankernen mit Neutronen Elemente des mittleren Teils des Periodensystems entstehen: Barium, Krypton usw. Die richtige Interpretation dieser Tatsache lieferten der österreichische Physiker L. Meitner und die Engländer Physiker O. Frisch. Sie erklärten das Auftreten dieser Elemente mit dem Zerfall von Urankernen, die ein Neutron in zwei ungefähr gleiche Teile einfingen. Dieses Phänomen wird Kernspaltung genannt, und die daraus resultierenden Kerne werden Spaltfragmente genannt.

Siehe auch

1. Vasiliev A. Uranspaltung: von Klaproth bis Hahn // Quantum. - 2001. - Nr. 4. - S. 20-21,30.

Tröpfchenmodell des Kerns

Diese Spaltungsreaktion kann anhand des Tröpfchenmodells des Kerns erklärt werden. In diesem Modell wird der Kern als Tropfen einer elektrisch geladenen, inkompressiblen Flüssigkeit betrachtet. Zusätzlich zu den Kernkräften, die zwischen allen Nukleonen des Kerns wirken, erfahren Protonen eine zusätzliche elektrostatische Abstoßung, wodurch sie sich an der Peripherie des Kerns befinden. Im unerregten Zustand werden die Kräfte der elektrostatischen Abstoßung kompensiert, sodass der Kern eine Kugelform hat (Abb. 1, a).

Nachdem der \(~^(235)_(92)U\)-Kern ein Neutron einfängt, wird ein Zwischenkern \(~(^(236)_(92)U)^*\) gebildet, der sich in einem angeregten Zustand befindet Zustand. In diesem Fall wird die Neutronenenergie gleichmäßig auf alle Nukleonen verteilt und der Zwischenkern selbst wird deformiert und beginnt zu schwingen. Wenn die Anregung gering ist, befreit sich der Kern (Abb. 1, b) durch Emission von überschüssiger Energie γ -Quantum oder Neutron, kehrt in einen stabilen Zustand zurück. Wenn die Anregungsenergie ausreichend hoch ist, kann die Verformung des Kerns bei Vibrationen so groß sein, dass sich darin eine Taille bildet (Abb. 1, c), ähnlich der Taille zwischen zwei Teilen eines gegabelten Flüssigkeitstropfens. Kernkräfte, die in einer schmalen Taille wirken, können der erheblichen Coulomb-Kraft der Abstoßung von Teilen des Kerns nicht mehr standhalten. Die Taille bricht und der Kern zerfällt in zwei „Fragmente“ (Abb. 1, d), die in entgegengesetzte Richtungen wegfliegen.

uran.swf Flash: Uranspaltung Vergrößern Flash Abb. 2.

Derzeit sind etwa 100 verschiedene Isotope mit Massenzahlen von etwa 90 bis 145 bekannt, die bei der Spaltung dieses Kerns entstehen. Zwei typische Spaltungsreaktionen dieses Kerns sind:

\(~^(235)_(92)U + \ ^1_0n \ ^(\nearrow)_(\searrow) \ \begin(matrix) ^(144)_(56)Ba + \ ^(89)_( 36)Kr + \ 3^1_0n \\ ^(140)_(54)Xe + \ ^(94)_(38)Sr + \ 2^1_0n \end(matrix)\) .

Beachten Sie, dass die durch ein Neutron ausgelöste Kernspaltung neue Neutronen erzeugt, die Spaltungsreaktionen in anderen Kernen auslösen können. Die Spaltprodukte von Uran-235-Kernen können auch andere Isotope von Barium, Xenon, Strontium, Rubidium usw. sein.

Bei der Spaltung der Kerne schwerer Atome (\(~^(235)_(92)U\)) wird bei der Spaltung jedes Kerns eine sehr große Energie freigesetzt – etwa 200 MeV. Etwa 80 % dieser Energie werden als kinetische Energie von Fragmenten freigesetzt; Die restlichen 20 % stammen aus der Energie radioaktiver Strahlung von Fragmenten und der kinetischen Energie prompter Neutronen.

Die bei der Kernspaltung freigesetzte Energie lässt sich anhand der spezifischen Bindungsenergie der Nukleonen im Kern abschätzen. Spezifische Bindungsenergie von Nukleonen in Kernen mit Massenzahl A≈ 240 in der Größenordnung von 7,6 MeV/Nukleon, während in Kernen mit Massenzahlen A= 90 – 145 spezifische Energie beträgt etwa 8,5 MeV/Nukleon. Folglich wird bei der Spaltung eines Urankerns Energie in der Größenordnung von 0,9 MeV/Nukleon oder etwa 210 MeV pro Uranatom freigesetzt. Die vollständige Spaltung aller in 1 g Uran enthaltenen Kerne setzt die gleiche Energie frei wie die Verbrennung von 3 Tonnen Kohle oder 2,5 Tonnen Öl.

Siehe auch

1. Warlamow A.A. Tröpfchenmodell des Kerns //Quantum. - 1986. - Nr. 5. - S. 23-24

Kettenreaktion

Kettenreaktion- eine Kernreaktion, bei der die die Reaktion auslösenden Teilchen als Produkte dieser Reaktion entstehen.

Bei der Spaltung eines Uran-235-Kerns, die durch eine Kollision mit einem Neutron verursacht wird, werden 2 oder 3 Neutronen freigesetzt. Unter günstigen Bedingungen können diese Neutronen auf andere Urankerne treffen und diese spalten. In diesem Stadium erscheinen 4 bis 9 Neutronen, die neue Zerfälle von Urankernen usw. verursachen können. Ein solcher lawinenartiger Prozess wird als Kettenreaktion bezeichnet. Ein Diagramm der Entwicklung einer Kettenreaktion der Spaltung von Urankernen ist in Abb. dargestellt. 3.

reakcia.swf Flash: Kettenreaktion Flash-Abb. vergrößern 4.

Uran kommt in der Natur in Form der beiden Isotope \[~^(238)_(92)U\] (99,3 %) und \(~^(235)_(92)U\) (0,7 %) vor. Beim Beschuss mit Neutronen können die Kerne beider Isotope in zwei Fragmente zerfallen. In diesem Fall tritt die Spaltungsreaktion \(~^(235)_(92)U\) bei langsamen (thermischen) Neutronen am intensivsten auf, während die Kerne \(~^(238)_(92)U\) auf Spaltung reagieren nur mit schnellen Neutronen mit Energien in der Größenordnung von 1 MeV. Andernfalls stellt sich heraus, dass die Anregungsenergie der resultierenden Kerne \(~^(239)_(92)U\) für die Spaltung nicht ausreicht und es dann zu Kernreaktionen anstelle der Spaltung kommt:

\(~^(238)_(92)U + \ ^1_0n \to \ ^(239)_(92)U \to \ ^(239)_(93)Np + \ ^0_(-1)e\ ).

Uranisotop \(~^(238)_(92)U\) β -radioaktiv, Halbwertszeit 23 Minuten. Das Neptuniumisotop \(~^(239)_(93)Np\) ist ebenfalls radioaktiv und hat eine Halbwertszeit von etwa 2 Tagen.

\(~^(239)_(93)Np \to \ ^(239)_(94)Pu + \ ^0_(-1)e\) .

Das Plutoniumisotop \(~^(239)_(94)Np\) ist mit einer Halbwertszeit von 24.000 Jahren relativ stabil. Die wichtigste Eigenschaft von Plutonium ist, dass es unter dem Einfluss von Neutronen genauso spaltbar ist wie \(~^(235)_(92)U\). Daher kann mit Hilfe von \(~^(239)_(94)Np\) eine Kettenreaktion durchgeführt werden.

Das oben besprochene Kettenreaktionsdiagramm stellt einen Idealfall dar. Unter realen Bedingungen sind nicht alle bei der Spaltung erzeugten Neutronen an der Spaltung anderer Kerne beteiligt. Einige von ihnen werden von den nicht spaltbaren Kernen fremder Atome eingefangen, andere fliegen aus dem Uran heraus (Neutronenleckage).

Daher kommt es nicht immer und bei keiner Uranmasse zu einer Kettenreaktion der Spaltung schwerer Kerne.

Neutronenmultiplikationsfaktor

Die Entstehung einer Kettenreaktion wird durch den sogenannten Neutronenvervielfachungsfaktor charakterisiert ZU, die durch das Verhältnis der Zahl gemessen wird N i Neutronen, die in einem der Reaktionsstadien die Spaltung der Kerne einer Substanz bewirken, auf die Zahl N i-1-Neutronen, die im vorherigen Stadium der Reaktion eine Spaltung verursachten:

\(~K = \dfrac(N_i)(N_(i - 1))\) .

Der Multiplikationskoeffizient hängt von einer Reihe von Faktoren ab, insbesondere von der Art und Menge des spaltbaren Stoffes sowie von der geometrischen Form des von ihm eingenommenen Volumens. Die gleiche Menge einer bestimmten Substanz hat unterschiedliche Bedeutungen ZU. ZU maximal, wenn der Stoff eine Kugelform hat, da in diesem Fall der Verlust an sofortigen Neutronen durch die Oberfläche minimal ist.

Die Masse des spaltbaren Materials, in dem die Kettenreaktion stattfindet, mit einem Multiplikationsfaktor ZU= 1 heißt kritische Masse. In kleinen Uranstücken fliegen die meisten Neutronen heraus, ohne einen Kern zu treffen.

Der Wert der kritischen Masse wird durch die Geometrie des physikalischen Systems, seine Struktur und die äußere Umgebung bestimmt. Für eine Kugel aus reinem Uran \(~^(235)_(92)U\) beträgt die kritische Masse also 47 kg (eine Kugel mit einem Durchmesser von 17 cm). Die kritische Masse von Uran kann durch den Einsatz sogenannter Neutronenmoderatoren um ein Vielfaches reduziert werden. Tatsache ist, dass Neutronen, die beim Zerfall von Urankernen entstehen, zu hohe Geschwindigkeiten haben und die Wahrscheinlichkeit, langsame Neutronen durch Uran-235-Kerne einzufangen, um ein Hundertfaches größer ist als durch schnelle. Der beste Neutronenmoderator ist schweres Wasser D 2 O. Bei der Wechselwirkung mit Neutronen verwandelt sich gewöhnliches Wasser selbst in schweres Wasser.

Auch Graphit, dessen Kerne keine Neutronen absorbieren, ist ein guter Moderator. Bei der elastischen Wechselwirkung mit Deuterium- oder Kohlenstoffkernen werden Neutronen auf thermische Geschwindigkeit abgebremst.

Durch den Einsatz von Neutronenmoderatoren und einer speziellen Berylliumhülle, die Neutronen reflektiert, lässt sich die kritische Masse auf 250 g reduzieren.

Mit der Multiplikationsrate ZU= 1 bleibt die Zahl der spaltenden Kerne konstant. Dieser Modus ist in Kernreaktoren vorgesehen.

Wenn die Masse des Kernbrennstoffs kleiner als die kritische Masse ist, dann der Multiplikationsfaktor ZU < 1; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает.

Wenn die Masse des Kernbrennstoffs größer als die kritische Masse ist, dann der Multiplikationsfaktor ZU> 1 und jede neue Neutronengeneration führt zu einer zunehmenden Zahl von Spaltungen. Die Kettenreaktion wächst lawinenartig und hat den Charakter einer Explosion, begleitet von einer enormen Energiefreisetzung und einem Temperaturanstieg Umfeld bis zu mehreren Millionen Grad. Eine solche Kettenreaktion entsteht, wenn eine Atombombe explodiert.

Atombombe

Im Normalzustand explodiert eine Atombombe nicht, da die darin enthaltene Kernladung durch Trennwände, die die Zerfallsprodukte von Uran – Neutronen – absorbieren, in mehrere kleine Teile geteilt ist. Nukleare Kettenreaktion verursacht Atomexplosion, kann unter solchen Bedingungen nicht aufrechterhalten werden. Wenn jedoch Fragmente einer Kernladung miteinander kombiniert werden, reicht ihre Gesamtmasse aus, um eine Kettenreaktion der Uranspaltung in Gang zu setzen. Das Ergebnis ist eine nukleare Explosion. Dabei entwickelte sich die Explosionskraft Atombombe relativ klein, entspricht der Energie, die bei der Explosion von Millionen und Abermilliarden Tonnen TNT freigesetzt wird.

Reis. 5. Atombombe

Kernreaktionen. Die Wechselwirkung eines Teilchens mit einem Atomkern, die zur Umwandlung dieses Kerns in einen neuen Kern unter Freisetzung von Sekundärteilchen oder Gammastrahlen führt, wird als Kernreaktion bezeichnet.

Die erste Kernreaktion wurde 1919 von Rutherford durchgeführt. Er entdeckte, dass durch die Kollision von Alphateilchen mit den Kernen von Stickstoffatomen sich schnell bewegende Protonen entstehen. Dies bedeutete, dass der Kern des Stickstoffisotops durch eine Kollision mit einem Alphateilchen in den Kern des Sauerstoffisotops umgewandelt wurde:

.

Kernreaktionen können unter Freisetzung oder Aufnahme von Energie ablaufen. Unter Verwendung des Gesetzes der Beziehung zwischen Masse und Energie, Energieabgabe Eine Kernreaktion kann bestimmt werden, indem man den Unterschied in der Masse der an der Reaktion beteiligten Teilchen und der Reaktionsprodukte ermittelt:

Kettenreaktion der Spaltung von Urankernen. Unter den verschiedenen Kernreaktionen ist sie im modernen Leben besonders wichtig menschliche Gesellschaft Es kommt zu Kettenreaktionen der Spaltung einiger schwerer Kerne.

Die Spaltungsreaktion von Urankernen beim Beschuss mit Neutronen wurde 1939 entdeckt. Als Ergebnis experimenteller und theoretische Forschung durchgeführt von E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Hahn, F. Strassmann, L. Meitner, O. Frisch, F. Joliot-Curie, wurde festgestellt, dass, wenn ein Neutron auf einen Urankern trifft, der Kern ist in zwei drei Teile geteilt.

Bei der Spaltung eines Urankerns werden etwa 200 MeV Energie freigesetzt. Die kinetische Energie der Bewegung von Fragmentkernen beträgt etwa 165 MeV, der Rest der Energie wird von Gammaquanten abtransportiert.

Wenn man die Energie kennt, die bei der Spaltung eines Urankerns freigesetzt wird, kann man berechnen, dass die Energieausbeute bei der Spaltung aller Kerne von 1 kg Uran 80.000 Milliarden Joule beträgt. Das ist mehrere Millionen Mal mehr, als bei der Verbrennung von 1 kg Kohle oder Öl freigesetzt wird. Daher wurde nach Möglichkeiten gesucht, Kernenergie für praktische Zwecke in erheblichen Mengen freizusetzen.

F. Joliot-Curie schlug 1934 als erster die Möglichkeit von Kettenkernreaktionen vor. 1939 entdeckte er zusammen mit H. Halban und L. Kowarski experimentell, dass bei der Spaltung eines Urankerns neben Kernfragmenten auch Kernfragmente entstehen , 2 -3 freie Neutronen. Unter günstigen Bedingungen können diese Neutronen auf andere Urankerne treffen und diese spalten. Bei der Spaltung von drei Urankernen sollten 6–9 neue Neutronen freigesetzt werden, die in neue Urankerne fallen usw. Ein Diagramm der Entwicklung einer Kettenreaktion der Spaltung von Urankernen ist in Abbildung 316 dargestellt.

Reis. 316

Die praktische Umsetzung von Kettenreaktionen ist nicht so einfache Aufgabe wie es auf dem Diagramm aussieht. Bei der Spaltung von Urankernen freigesetzte Neutronen können nur die Spaltung von Kernen des Uranisotops mit der Massenzahl 235 bewirken, ihre Energie reicht jedoch nicht aus, um die Kerne eines Uranisotops mit der Massenzahl 238 zu zerstören. Im natürlichen Uran beträgt der Anteil von Uran mit der Massenzahl 238 99,8 %, der Anteil von Uran mit der Massenzahl 235 beträgt nur 0,7 %. Daher ist die erste Möglichkeit zur Umsetzung einer Spaltkettenreaktion mit der Trennung und Gewinnung von Uranisotopen verbunden reine Form in ausreichend großen Mengen des Isotops. Eine notwendige Voraussetzung für das Auftreten einer Kettenreaktion ist das Vorhandensein einer ausreichend großen Menge Uran, da in einer kleinen Probe die Mehrheit der Neutronen durch die Probe fliegen, ohne auf einen Kern zu treffen. Die kleinste Uranmasse, bei der eine Kettenreaktion stattfinden kann, wird als kritische Masse bezeichnet. Die kritische Masse für Uran-235 liegt bei mehreren zehn Kilogramm.

Der einfachste Weg, eine Kettenreaktion in Uran-235 durchzuführen, ist wie folgt: Es werden zwei Uranmetallstücke hergestellt, deren Masse jeweils etwas unter der kritischen Masse liegt. Eine Kettenreaktion kann nicht in jedem von ihnen einzeln stattfinden. Wenn diese Teile schnell verbunden werden, entsteht eine Kettenreaktion und es wird enorme Energie freigesetzt. Die Temperatur von Uran erreicht Millionen Grad, das Uran selbst und alle anderen Substanzen in der Nähe verwandeln sich in Dampf. Der heiße Gasball dehnt sich schnell aus und verbrennt und zerstört alles, was ihm in den Weg kommt. So kommt es zu einer nuklearen Explosion.

Es ist sehr schwierig, die Energie einer nuklearen Explosion für friedliche Zwecke zu nutzen, da die Energiefreisetzung unkontrollierbar ist. In Kernreaktoren werden kontrollierte Kettenreaktionen der Spaltung von Urankernen durchgeführt.

Kernreaktor. Die ersten Kernreaktoren waren langsame Neutronenreaktoren (Abb. 317). Die meisten Neutronen, die bei der Spaltung von Urankernen freigesetzt werden, haben eine Energie von 1-2 MeV. Ihre Geschwindigkeit beträgt etwa 107 m/s, weshalb sie schnelle Neutronen genannt werden. Bei solchen Energien interagieren Neutronen mit Uran und Urankernen mit annähernd gleicher Effizienz. Und da es in natürlichem Uran 140-mal mehr Urankerne als Urankerne gibt, werden die meisten dieser Neutronen von Urankernen absorbiert und es kommt nicht zu einer Kettenreaktion. Neutronen, die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Geschwindigkeit der thermischen Bewegung (etwa 2·10 3 m/s) bewegen, werden als langsam oder thermisch bezeichnet. Langsame Neutronen interagieren gut mit Uran-235-Kernen und werden von ihnen 500-mal effizienter absorbiert als schnelle Neutronen. Wenn daher natürliches Uran mit langsamen Neutronen bestrahlt wird, werden die meisten davon nicht in den Kernen von Uran-238, sondern in den Kernen von Uran-235 absorbiert und verursachen deren Spaltung. Damit sich in natürlichem Uran eine Kettenreaktion entwickeln kann, müssen die Neutronengeschwindigkeiten auf thermische reduziert werden.

Reis. 317

Neutronen werden durch Kollisionen mit Atomkernen des Mediums, in dem sie sich bewegen, langsamer. Um Neutronen in einem Reaktor abzubremsen, wird eine spezielle Substanz namens Moderator verwendet. Die Atomkerne der Moderatorsubstanz müssen eine relativ geringe Masse haben, da ein Neutron beim Zusammenstoß mit einem leichten Kern mehr Energie verliert als beim Zusammenstoß mit einem schweren. Die häufigsten Moderatoren sind gewöhnliches Wasser und Graphit.

Der Raum, in dem die Kettenreaktion stattfindet, wird Reaktorkern genannt. Um den Neutronenaustritt zu reduzieren, ist der Reaktorkern von einem Neutronenreflektor umgeben, der Neutronen abweist erheblicher Teil Neutronen, die in den Kern emittiert werden. Als Reflektor wird üblicherweise derselbe Stoff verwendet, der als Moderator dient.

Die beim Reaktorbetrieb freigesetzte Energie wird über ein Kühlmittel abgeführt. Als Kühlmittel dürfen nur Flüssigkeiten und Gase verwendet werden, die nicht über die Fähigkeit verfügen, Neutronen zu absorbieren. Als Kühlmittel wird häufig gewöhnliches Wasser verwendet; manchmal werden sogar flüssiges metallisches Natrium verwendet.

Die Steuerung des Reaktors erfolgt über spezielle Steuerstäbe (oder Steuerstäbe), die in den Reaktorkern eingeführt werden. Steuerstäbe bestehen aus Bor- oder Cadmiumverbindungen, die thermische Neutronen mit sehr hoher Effizienz absorbieren. Bevor der Reaktor in Betrieb geht, werden sie vollständig in seinen Kern eingebracht. Indem sie einen erheblichen Teil der Neutronen absorbieren, verhindern sie die Entstehung einer Kettenreaktion. Um den Reaktor zu starten, werden die Steuerstäbe nach und nach aus dem Kern entfernt, bis die Energiefreisetzung ein vorgegebenes Niveau erreicht. Steigt die Leistung über das eingestellte Niveau, werden automatische Maschinen eingeschaltet, die die Steuerstäbe tief in den Kern eintauchen.

Kernenergie. Zum ersten Mal wurde in unserem Land die Kernenergie in den Dienst des Friedens gestellt. Der erste Organisator und Leiter der Arbeiten zur Atomwissenschaft und -technologie in der UdSSR war der Akademiemitglied Igor Wassiljewitsch Kurtschatow (1903–1960).

Derzeit ist das größte in der UdSSR und in Europa das nach ihm benannte Kernkraftwerk Leningrad. V.I. Lenin verfügt über eine Kapazität von 4000 MW, d.h. 800-fache Leistung des ersten Atomkraftwerks.

Die Kosten für den insgesamt erzeugten Strom Kernkraftwerke, niedriger als die Stromkosten, die in Wärmekraftwerken erzeugt werden. Daher entwickelt sich die Kernenergie in einem beschleunigten Tempo.

Kernreaktoren werden als Kraftwerke auf Marineschiffen eingesetzt. Das weltweit erste friedliche Schiff mit Atomkraftwerk, der atomgetriebene Eisbrecher Lenin, wurde 1959 in der Sowjetunion gebaut.

Der 1975 gebaute sowjetische Atomeisbrecher Arktika war das erste Überwasserschiff der Welt, das den Nordpol erreichte.

Thermonukleare Reaktion. Kernenergie wird nicht nur bei Kernreaktionen der Spaltung schwerer Kerne freigesetzt, sondern auch bei Reaktionen der Verbindung leichter Atomkerne.

Um gleich geladene Protonen zu verbinden, ist es notwendig, die Coulomb-Abstoßungskräfte zu überwinden, was bei ausreichend hohen Geschwindigkeiten kollidierender Teilchen möglich ist. Voraussetzungen Für die Synthese von Helium stehen im Inneren von Sternen Kerne aus Protonen zur Verfügung. Auf der Erde wurde bei experimentellen thermonuklearen Explosionen eine thermonukleare Fusionsreaktion durchgeführt.

Die Synthese von Helium aus dem leichten Wasserstoffisotop erfolgt bei einer Temperatur von etwa 108 K, die Synthese von Helium aus den schweren Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium gemäß dem Schema

erfordert eine Erwärmung auf ca. 5 · 10 7 K.

Bei der Synthese von 1 g Helium aus Deuterium und Tritium beträgt die freigesetzte Energie 4,2·10 11 J. Diese Energie wird freigesetzt, wenn 10 Tonnen Dieselkraftstoff verbrannt werden.

Die Wasserstoffreserven auf der Erde sind praktisch unerschöpflich, daher ist die Nutzung der Kernfusionsenergie für friedliche Zwecke eine der wichtigsten Aufgaben moderne Wissenschaft und Technologie.

Die kontrollierte thermonukleare Reaktion der Synthese von Helium aus schweren Wasserstoffisotopen durch Erhitzen soll durch Passieren erfolgen elektrischer Strom durch Plasma. Ein Magnetfeld verhindert, dass das erhitzte Plasma die Kammerwände berührt. In der Versuchsanlage Tokamak-10 gelang es sowjetischen Physikern, das Plasma auf eine Temperatur von 13 Millionen Grad zu erhitzen. Wasserstoff kann mit Wasserstoff auf höhere Temperaturen erhitzt werden Laserstrahlung. Dazu müssen Lichtstrahlen mehrerer Laser auf eine Glaskugel fokussiert werden, die eine Mischung aus schweren Isotopen von Deuterium und Tritium enthält. In Experimenten an Laseranlagen wurde bereits Plasma mit einer Temperatur von mehreren zehn Millionen Grad gewonnen.

Unter Kernspaltung versteht man die Spaltung eines schweren Atoms in zwei etwa gleich schwere Bruchstücke unter Freisetzung großer Energiemengen.

Die Entdeckung der Kernspaltung begann neue Ära- „Atomzeitalter“. Das Potenzial seiner möglichen Nutzung und das Risiko-Nutzen-Verhältnis seiner Nutzung führten nicht nur zu vielen soziologischen, politischen, wirtschaftlichen und wissenschaftliche Errungenschaften, aber auch ernste Probleme. Selbst aus rein wissenschaftlicher Sicht hat der Prozess der Kernspaltung zahlreiche Rätsel und Komplikationen aufgeworfen, und seine vollständige theoretische Erklärung ist eine Frage der Zukunft.

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Die Bindungsenergien (pro Nukleon) unterscheiden sich für verschiedene Kerne. Schwerere haben eine niedrigere Bindungsenergie als diejenigen, die in der Mitte des Periodensystems stehen.

Das bedeutet, dass schwere Kerne mit einer Ordnungszahl über 100 von der Aufspaltung in zwei kleinere Fragmente profitieren und dabei Energie freisetzen, die in kinetische Energie der Fragmente umgewandelt wird. Dieser Vorgang wird als Spaltung bezeichnet

Gemäß der Stabilitätskurve, die die Anzahl der Protonen gegenüber der Anzahl der Neutronen für stabile Nuklide zeigt, bevorzugen schwerere Kerne eine höhere Anzahl von Neutronen (im Verhältnis zur Anzahl der Protonen) als leichtere Kerne. Dies deutet darauf hin, dass beim Spaltungsprozess einige „Ersatzneutronen“ emittiert werden. Darüber hinaus absorbieren sie auch einen Teil der freigesetzten Energie. Eine Untersuchung der Kernspaltung eines Uranatoms ergab, dass 3-4 Neutronen freigesetzt werden: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

Die Ordnungszahl (und Atommasse) des Fragments ist nicht gleich der Hälfte Atommasse Elternteil. Der Unterschied zwischen den Massen der durch die Spaltung entstehenden Atome beträgt normalerweise etwa 50. Der Grund dafür ist jedoch noch nicht ganz klar.

Die Bindungsenergien von 238 U, 145 La und 90 Br betragen 1803, 1198 bzw. 763 MeV. Dies bedeutet, dass als Ergebnis dieser Reaktion die Spaltungsenergie des Urankerns freigesetzt wird, die 1198 + 763-1803 = 158 MeV entspricht.

Spontane Spaltung

Spontane Spaltungsprozesse sind in der Natur bekannt, aber sehr selten. Die durchschnittliche Lebensdauer dieses Prozesses beträgt etwa 10 17 Jahre, und beispielsweise beträgt die durchschnittliche Lebensdauer des Alpha-Zerfalls desselben Radionuklids etwa 10 11 Jahre.

Der Grund dafür ist, dass der Kern, um in zwei Teile zu spalten, zunächst eine Verformung (Streckung) in eine ellipsoide Form erfahren muss und dann, bevor er schließlich in zwei Fragmente spaltet, in der Mitte einen „Hals“ bildet.

Potenzielle Barriere

Im verformten Zustand wirken zwei Kräfte auf den Kern. Das eine ist eine erhöhte Oberflächenenergie (die Oberflächenspannung eines Flüssigkeitstropfens erklärt seine Kugelform) und das andere ist die Coulomb-Abstoßung zwischen Spaltfragmenten. Zusammen bilden sie eine potenzielle Barriere.

Wie beim Alpha-Zerfall müssen die Fragmente diese Barriere mithilfe von Quantentunneln überwinden, damit der Kern eines Uranatoms spontan gespalten werden kann. Der Barrierewert beträgt etwa 6 MeV, wie beim Alpha-Zerfall, aber die Wahrscheinlichkeit, dass ein Alpha-Teilchen tunnelt, ist viel größer als die des viel schwereren Atomspaltungsprodukts.

Zwangsaufteilung

Viel wahrscheinlicher ist die induzierte Spaltung des Urankerns. Dabei wird der Mutterkern mit Neutronen bestrahlt. Wenn das Elternteil es absorbiert, verbinden sie sich und geben Bindungsenergie in Form von Schwingungsenergie frei, die die zur Überwindung der Potentialbarriere erforderlichen 6 MeV überschreiten kann.

Reicht die Energie des zusätzlichen Neutrons nicht aus, um die Potentialbarriere zu überwinden, muss das einfallende Neutron eine minimale kinetische Energie haben, um eine Atomspaltung induzieren zu können. Im Fall von 238 U fehlt die Bindungsenergie zusätzlicher Neutronen um etwa 1 MeV. Dies bedeutet, dass die Spaltung eines Urankerns nur durch ein Neutron mit einer kinetischen Energie von mehr als 1 MeV induziert wird. Andererseits hat das 235 U-Isotop ein ungepaartes Neutron. Wenn ein Kern einen weiteren absorbiert, paart er sich mit diesem, und diese Paarung führt zu zusätzlicher Bindungsenergie. Dies reicht aus, um die Energiemenge freizusetzen, die der Kern benötigt, um die Potentialbarriere zu überwinden, und bei der Kollision mit einem Neutron kommt es zur Isotopenspaltung.

Beta-Zerfall

Auch wenn bei der Spaltreaktion drei oder vier Neutronen entstehen, enthalten die Fragmente immer noch mehr Neutronen als ihre stabilen Isobaren. Dies bedeutet, dass Spaltungsfragmente dazu neigen, gegenüber dem Beta-Zerfall instabil zu sein.

Wenn beispielsweise der Urankern 238 U gespalten wird, ist die stabile Isobare mit A = 145 Neodym 145 Nd, was bedeutet, dass das Lanthan 145 La-Fragment in drei Stufen zerfällt und jedes Mal ein Elektron und ein Antineutrino emittiert, bis a Es entsteht ein stabiles Nuklid. Eine stabile Isobare mit A = 90 ist Zirkonium 90 Zr, daher zerfällt das Spaltfragment von Brom 90 Br in fünf Stufen der β-Zerfallskette.

Diese β-Zerfallsketten setzen zusätzliche Energie frei, die fast vollständig von Elektronen und Antineutrinos abtransportiert wird.

Kernreaktionen: Spaltung von Urankernen

Eine direkte Neutronenemission von einem Nuklid mit zu vielen Neutronen, um die Kernstabilität zu gewährleisten, ist unwahrscheinlich. Der Punkt hier ist, dass es keine Coulomb-Abstoßung gibt und daher die Oberflächenenergie dazu neigt, das Neutron an das Elternteil gebunden zu halten. Dies kommt jedoch manchmal vor. Beispielsweise erzeugt das Spaltfragment von 90 Br im ersten Stadium des Betazerfalls Krypton-90, das sich in einem angeregten Zustand mit genügend Energie befinden kann, um die Oberflächenenergie zu überwinden. In diesem Fall kann die Neutronenemission direkt mit der Bildung von Krypton-89 einhergehen. ist immer noch instabil gegenüber dem β-Zerfall, bis es zu stabilem Yttrium-89 wird, sodass Krypton-89 in drei Schritten zerfällt.

Spaltung von Urankernen: Kettenreaktion

Bei der Spaltungsreaktion emittierte Neutronen können von einem anderen Mutterkern absorbiert werden, der dann selbst eine induzierte Spaltung durchläuft. Im Fall von Uran-238 entstehen drei Neutronen mit einer Energie von weniger als 1 MeV (die bei der Spaltung des Urankerns freigesetzte Energie – 158 MeV – wird hauptsächlich in die kinetische Energie der Spaltfragmente umgewandelt). ), so dass sie keine weitere Spaltung dieses Nuklids bewirken können. Bei einer signifikanten Konzentration des seltenen Isotops 235 U können diese freien Neutronen jedoch von 235 U-Kernen eingefangen werden, was tatsächlich zur Spaltung führen kann, da es in diesem Fall keine Energieschwelle gibt, unterhalb derer keine Spaltung induziert wird.

Dies ist das Prinzip einer Kettenreaktion.

Arten von Kernreaktionen

Sei k die Anzahl der Neutronen, die in einer Probe spaltbaren Materials auf der Stufe n dieser Kette erzeugt werden, geteilt durch die Anzahl der auf der Stufe n - 1 erzeugten Neutronen. Diese Zahl hängt davon ab, wie viele auf der Stufe n - 1 erzeugte Neutronen absorbiert werden durch den Kern, der einer erzwungenen Teilung unterliegen kann.

Wenn k< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

Wenn k > 1, dann wächst die Kettenreaktion, bis das gesamte spaltbare Material aufgebraucht ist. Dies wird durch die Anreicherung von natürlichem Erz erreicht, um eine ausreichend große Konzentration an Uran-235 zu erhalten. Bei einer kugelförmigen Probe steigt der Wert von k mit zunehmender Wahrscheinlichkeit der Neutronenabsorption, die vom Radius der Kugel abhängt. Daher muss die Masse U einen bestimmten Betrag überschreiten, damit es zur Spaltung von Urankernen (Kettenreaktion) kommen kann.

Wenn k = 1, dann findet eine kontrollierte Reaktion statt. Dies wird in Kernreaktoren verwendet. Der Prozess wird durch die Verteilung von Cadmium- oder Borstäben im Uran gesteuert, die absorbieren die meisten Neutronen (diese Elemente haben die Fähigkeit, Neutronen einzufangen). Die Spaltung des Urankerns wird automatisch durch Bewegen der Stäbe gesteuert, sodass der Wert von k gleich eins bleibt.

Kernspaltung ist ein Prozess, bei dem man Atomkern Es werden 2 (manchmal 3) Fragmentkerne gebildet, deren Masse nahe beieinander liegt.

Dieser Prozess ist für alle von Vorteil β -stabile Kerne mit Massenzahl A > 100.

Kernspaltung von Uran wurde 1939 von Hahn und Strassman entdeckt, die dies eindeutig bewiesen, wenn Neutronen Urankerne bombardieren U Radioaktive Kerne werden mit Massen und Ladungen gebildet, die etwa doppelt so groß sind wie die Masse und Ladung des Urankerns. Im selben Jahr führten L. Meitner und O. Frischer den Begriff „ Kernspaltung„Und es wurde festgestellt, dass dieser Prozess enorme Energie freisetzt, und F. Joliot-Curie und E. Fermi fanden gleichzeitig heraus, dass bei der Spaltung mehrere Neutronen emittiert werden.“ (Spaltungsneutronen). Dies wurde zur Grundlage für die Umsetzung der Idee selbsterhaltende Spaltkettenreaktion und die Nutzung der Kernspaltung als Energiequelle. Die Grundlage der modernen Kernenergie ist die Kernspaltung 235 U Und 239 Pu unter dem Einfluss von Neutronen.

Zur Kernspaltung kann es kommen, weil die Ruhemasse des schweren Kerns größer ist als die Summe der Ruhemassen der bei der Spaltung entstehenden Bruchstücke.

Die Grafik zeigt, dass sich dieser Prozess aus energetischer Sicht als vorteilhaft erweist.

Der Mechanismus der Kernspaltung lässt sich anhand des Tröpfchenmodells erklären, nach dem ein Nukleonenbündel einem Tröpfchen einer geladenen Flüssigkeit ähnelt. Der Kern wird durch nukleare Anziehungskräfte vor dem Zerfall bewahrt, die größer sind als die Coulomb-Abstoßungskräfte, die zwischen Protonen wirken und dazu neigen, den Kern auseinanderzureißen.

Kern 235 U hat die Form einer Kugel. Nach der Absorption eines Neutrons wird es angeregt und verformt und nimmt eine längliche Form an (in der Abbildung). B) und dehnt sich, bis die abstoßenden Kräfte zwischen den Hälften des länglichen Kerns größer werden als die anziehenden Kräfte, die im Isthmus wirken (in der Abbildung). V). Danach zerfällt der Kern in zwei Teile (in der Abbildung). G). Die Fragmente fliegen unter dem Einfluss der Coulomb-Abstoßungskräfte mit einer Geschwindigkeit weg, die 1/30 der Lichtgeschwindigkeit entspricht.

Emission von Neutronen bei der Spaltung, worüber wir oben gesprochen haben, wird dadurch erklärt relative Zahl Die Anzahl der Neutronen (im Verhältnis zur Anzahl der Protonen) im Kern nimmt mit zunehmender Ordnungszahl zu, und für die bei der Spaltung gebildeten Fragmente wird die Anzahl der Neutronen größer, als dies für die Kerne von Atomen mit niedrigeren Zahlen möglich ist.

Die Teilung erfolgt häufig in Fragmente ungleicher Masse. Diese Fragmente sind radioaktiv. Nach der Serie β -Zerfälle erzeugen letztendlich stabile Ionen.

Außer gezwungen, es passiert spontane Spaltung von Urankernen, das 1940 von den sowjetischen Physikern G.N. Flerov und K.A. entdeckt wurde. Die Halbwertszeit für die spontane Spaltung beträgt 10 16 Jahre und ist damit 2 Millionen Mal länger als die Halbwertszeit für α -Zerfall von Uran.

Die Kernbildung erfolgt bei thermonuklearen Reaktionen. Thermonukleare Reaktionen ist eine Reaktion der Verschmelzung leichter Kerne hohe Temperatur. Die bei der Fusion (Synthese) freigesetzte Energie ist bei der Synthese leichter Elemente mit der niedrigsten Bindungsenergie maximal. Wenn sich zwei leichte Kerne wie Deuterium und Tritium verbinden, entsteht ein schwererer Heliumkern mit höherer Bindungsenergie:

Bei diesem Prozess der Kernfusion wird erhebliche Energie freigesetzt (17,6 MeV), die der Differenz der Bindungsenergien eines schweren Kerns und zweier leichter Kerne entspricht . Das bei Reaktionen entstehende Neutron nimmt 70 % dieser Energie auf. Ein Vergleich der Energie pro Nukleon bei den Reaktionen der Kernspaltung (0,9 MeV) und der Kernfusion (17,6 MeV) zeigt, dass die Fusionsreaktion leichter Kerne energetisch günstiger ist als die Spaltungsreaktion schwerer Kerne.

Die Verschmelzung von Kernen erfolgt unter dem Einfluss nuklearer Anziehungskräfte, daher müssen sie sich auf Entfernungen von weniger als 10 -14 annähern, in denen Kernkräfte wirken. Dieser Ansatz wird durch die Coulomb-Abstoßung positiv geladener Kerne verhindert. Sie kann nur durch die hohe kinetische Energie der Kerne überwunden werden, die die Energie ihrer Coulomb-Abstoßung übersteigt. Aus den entsprechenden Berechnungen geht hervor, dass die kinetische Energie von Kernen, die für die Fusionsreaktion benötigt wird, bei Temperaturen in der Größenordnung von Hunderten Millionen Grad erreicht werden kann, daher werden diese Reaktionen genannt thermonuklear.

Fusion- eine Reaktion, bei der bei hohen Temperaturen über 10 7 K aus leichten Kernen schwerere Kerne synthetisiert werden.

Die Kernfusion ist die Energiequelle für alle Sterne, einschließlich der Sonne.

Der Hauptprozess, bei dem thermonukleare Energie in Sternen freigesetzt wird, ist die Umwandlung von Wasserstoff in Helium. Aufgrund des Massendefekts dieser Reaktion nimmt die Masse der Sonne jede Sekunde um 4 Millionen Tonnen ab.

Die große kinetische Energie, die für die Kernfusion benötigt wird, wird von Wasserstoffkernen aufgrund der starken Anziehungskraft der Schwerkraft auf das Zentrum des Sterns gewonnen. Danach entstehen durch die Fusion von Heliumkernen schwerere Elemente.

Thermonukleare Reaktionen spielen in der Evolution eine große Rolle chemische Zusammensetzung Substanzen im Universum. Bei all diesen Reaktionen wird Energie freigesetzt, die von Sternen über Milliarden von Jahren in Form von Licht abgegeben wird.

Die Umsetzung der kontrollierten Kernfusion würde der Menschheit praktisch eine neue Möglichkeit bieten unerschöpfliche Quelle Energie. Sowohl Deuterium als auch Tritium, die für seine Umsetzung benötigt werden, sind gut zugänglich. Der erste ist im Wasser der Meere und Ozeane enthalten (in Mengen, die für eine Million Jahre reichen), der zweite kann in gewonnen werden Kernreaktor bei der Bestrahlung von flüssigem Lithium (dessen Reserven riesig sind) mit Neutronen:

Einer der wichtigsten Vorteile der kontrollierten Kernfusion ist das Fehlen radioaktiver Abfälle bei ihrer Umsetzung (im Gegensatz zu Spaltungsreaktionen schwerer Urankerne).

Das Haupthindernis für die Umsetzung der kontrollierten Kernfusion ist die Unmöglichkeit, Hochtemperaturplasma mit starken Magnetfeldern für 0,1-1 einzuschließen. Es besteht jedoch die Zuversicht, dass früher oder später thermonukleare Reaktoren entstehen werden.

Bisher konnte nur produziert werden unkontrollierbare Reaktion explosive Synthese in einer Wasserstoffbombe.