Kernsplijting is een proces waarbij de kernen van zware atomen in twee grote brokstukken uit elkaar vallen. Gestimuleerde splijting
Dit splijtingsproces wordt meestal geïnitieerd door het invangen van een deeltje in de kern (bijvoorbeeld een neutron) en dit wordt gestimuleerde splijting genoemd. Doordat de kern met dit extra deeltje niet langer stabiel is, splijt het atoom uiteen in twee of meer lichtere atoomkernen, een of meerdere neutronen en/of energie. De energie die vrijkomt bij een kernsplijting komt vrij in de vorm van gammastraling en/of kinetische energie van één of meer van de gevormde deeltjes.
Een bekend splijtbaar isotoop is Uranium-235, waarmee vele splijtingsreacties mogelijk zijn. Enkele voorbeelden zijn:
- 235U + 1 neutron → 2 neutronen + 92Kr + 142Ba + ENERGIE
- 235U + 1 neutron → 2 neutronen + 94Sr + 140Xe + ENERGIE
Bij alle kernsplijtingsreacties blijft het totaal aantal kerndeeltjes gelijk. Het lijkt daardoor alsof er voor en na de reactie evenveel massa is, echter de massa van een kern bestaat niet eenvoudigweg uit de som van de massa van alle deeltjes. Een aanzienlijk deel van de massa wordt gevormd door de bindingsenergie. Het verschil in massa voor en na de reactie komt vrij als energie; de hoeveelheid energie kan worden bepaald met behulp van de relativiteitstheorie. De energie die bij kernsplijting kan vrijkomen per gram splijtstof is enorm, véél groter dan bij welke chemische reactie dan ook. Als bij de splijting van een hoeveelheid atomen gemiddeld meer dan één neutron vrijkomt, kan er een kettingreactie ontstaan waarbij één kernsplijting meer dan één andere veroorzaakt. Om een splijting van een kern te veroorzaken moet een neutron echter vrij langzaam bewegen, zodat het niet dwars door de kern schiet. Hiervoor wordt een moderator gebruikt (voorbeelden zijn water en grafiet). Bovendien moet het neutron niet uit het materiaal ontsnappen zonder op een andere kern te botsen: er is een zekere kritische massa nodig om dat te garanderen.
Toepassingen van kernsplijting en kettingreacties zijn de kernreactor en de atoombom. In een kernreactor wordt een deel van de neutronen afgevangen, zodat de reactie 'kritisch' is - dit wil zeggen dat van de neutronen die bij een splijtingsreactie vrijkomen er gemiddeld precies één een nieuwe reactie veroorzaakt. In een atoombom daarentegen wordt gemiddeld meer dan een nieuwe reactie veroorzaakt, waardoor de kernreactie steeds sneller verloopt. Een atoombom bestaat in het algemeen uit twee delen, die elk afzonderlijk niet, maar wanneer samengevoegd wel de kritische massa hebben.
Spontane splijting
Naast de gestimuleerde vorm van kernsplijting is er ook een spontane vorm waar beschieting met een extra neutron niet nodig is. Dit treedt alleen op bij een aantal transurane isotopen die meetal ook al instabiel zijn ten opzichte van andere spontane verval processen. Een goed voorbeeld is de isotoop 236Pu. Deze kern kan zowel door het uitzenden van een α-deeltje als door uiteenspatten in twee bijna even grote brokken zijn bestaan beëindigen. In 69% van de gevallen doet het het eerste, in de resterende 31% het laatste.
