Fisija je proces u kojem se veliko atomsko jezgro deli na dva manja jezgra, uz oslobađanje ogromne količine energije. Tipičan primer je jezgro uranijuma-235 (U-235).
Kada spori neutron pogodi jezgro U-235, ono postaje uranijum-236 (U-236), koji je ekstremno nestabilan. U deliću sekunde jezgro se podeli na dva dela, najčešće u odnosu masa 3:2. Na primer:
$ {}^{235}_{92}\text{U} + {}^{1}_{0}\text{n} \longrightarrow {}^{141}_{56}\text{Ba} + {}^{92}_{36}\text{Kr} + 3\,{}^{1}_{0}\text{n} + \gamma$
Osim novih jezgara, oslobađa se:
- 2–3 spora neutrona
- gama zračenje
- ogromna količina energije
Zašto dolazi do fisije?
U jezgru deluju dve sile:
- Jaka nuklearna sila – privlači nukleone (proton–neutron, proton–proton, neutron–neutron), ali ima vrlo kratak domet.
- Kulonova sila – odbojna sila između protona, ima veliki domet.
Kod velikih jezgara (maseni broj ≈ 240):
- Dodavanje protona povećava odbojnu silu.
- Jezgro postaje nestabilno.
Kada U-235 apsorbuje neutron i postane U-236, ravnoteža se narušava i jezgro se deli. Na graničnoj površini delova jezgra jaka nuklearna sila prestaje da deluje, dok Kulonova sila ubrzava fragmente. Prethodna energija veze pretvara se u kinetičku energiju fragmenata:
$ E_k \approx \text{energija oslobođena fisijom} $
Energetski prinos
Fisija 1 kg U-235 oslobađa energiju oko 3 miliona puta veću od sagorevanja 1 kg uglja:
$ E_{\text{fisija}} \gg E_{\text{sagorevanje}} $
Lančana reakcija
Spore neutrone, koji nastaju tokom fisije, mogu izazvati fisiju drugih jezgara U-235. Ako se broj fisija povećava geometrijskom progresijom, imamo lančanu reakciju.
- Podkritična masa – premalo U-235, reakcija se gasi.
- Kritična masa – minimalna masa za samoodrživu reakciju.
- Nadkritična masa – reakcija se odvija nekontrolisano.
Kontrolisana fisija – nuklearni reaktor
U reaktoru:
- Gorivo: U-235 u obliku peleta u šipkama.
- Regulacija: grafitni štapići apsorbuju neutrone.
- Radna supstanca: voda (pretvara toplotu u paru).
- Generator: para pokreće turbinu → električna energija.
Proces: $ \text{Toplota fisije} \longrightarrow \text{para pod pritiskom} \longrightarrow \text{turbina} \longrightarrow \text{generator} $
Nekontrolisana fisija – nuklearna bomba
Kod nuklearne bombe:
- Dve podkritične mase U-235 sabijaju se konvencionalnim eksplozivom u nadkritičnu masu.
- Izvor sporih neutrona (polonijum + berilijum) inicira reakciju.
- Rezultat: ogromna eksplozija + radioaktivni otpad.
Prednosti i rizici
- Prednost: čista energija bez emisije CO₂.
- Rizik: radioaktivni otpad, opasnost od havarije, nuklearno oružje.