Fisiunea nucleara
Scindare anucleului unui atom se numeste fisiune nucleara. Aceasta este provocata prin bombardarea combustibilului cu neutroni. Un neutronloveste un nucleu, determinandu-l sa se scindeze si sa emita mai multi neutroni. Acestia lovesc alte nuclee, provocand alte scindari si eliberarea altor neutroni. Aceasta succesiune se numeste reactie in lant. In cazul unei bombe atomica, reactiei in lant I se permite sa continue necontrolata. Acesta este motivul pentru care energia eliberata in timpul procesului de fisiune se acumuleaza pentru a provoca o explozie violenta. La un reactor nuclear, bare de reglare metalice absorb o parte din neutroni, incetinind reactia si rata la cere se elibereaza energie.
Materiale fisionabile
Numai cateva elemente pot fi utilizate drept combustibili nucleari deoarece, pentrua intra intr-o reactie de fisiune in lant, atomii trebuie sa aiba nuclee relativ mari si instabile. Asemenea elemente sunt cunoscute sub numele de materiale fisionabile. Unul dintre cele mai larg folosite la centralele nucleare este uraniu-235, care are 92 de protoni si 143 de neutroni in nucleul sau. Fisiunea nucleara a unei mase de uraniu produce o energie de peste doua milioane de ori mai mare decat cea obtinuta prin arderea unei mase de carbune de aceeasi greutate.
Chiar si in cazul unui material fisionabil adecvat, o reactie in lant va inceta daca este prezenta numai o cantitate mica din material. Numai daca masa depaseste o anumita valoare, numita masa critica, reactia in lant se va autointretine. De exemplu, in cazul uraniului-235 masa critica este de aproximativ 50kg.
Pentru bombele atomice se folosesc explozivi obisnuiti pentru a presa laolalta doua bucati de material fisionabil, fiecare sub masa critica. Masa totala este mai mare decat masa critica, astfel incat o reactie in lant se creeaza repede si provoaca o explozie nucleara.
Reactorul nuclear al lui Enrico Fermi consta dintr-o masa de grafit si bare de combustibil de uraniu. S-a mai adaugat grafit si uraniu pana cand cantitatea de uraniu prezenta a fost suficienta pentru a intretine o reactie in lant. Grafitul avea rolul unui moderator - un material care incetineste neutronii pentru a-I face mai eficienti in provocarea fisiunii.
