Nelle radiazioni naturali, i sottoprodotti sono molto piccoli rispetto ai nuclei da cui hanno origine. La fissione nucleare sta dividendo un nucleo in parti approssimativamente uguali e rilasciando e neutroni nel processo. Se un altro nucleo instabile cattura questi neutroni, possono fissioni e portare a una reazione a catena. Il numero medio di neutroni rilasciati per nucleo che continua a fissificare un altro nucleo è chiamato k. I valori ⠀ ⠀ ‹â €‹ di k più significativi di 1 significano che la reazione di fissione rilascia più neutroni di quanto si assorbe e sia chiamata reazione a catena autosufficiente. Una massa di materiale fissile abbastanza grande da indurre una reazione a catena autosufficiente è chiamata massa critica.

Quando un nucleo appropriato cattura un neutrone, la fissione può verificarsi immediatamente o il nucleo può persistere in uno stato instabile per un breve. Supponiamo che ci sia abbastanza decadimento immediato per continuare la reazione a catena. In tal caso, la massa è rapidamente critica e il rilascio di energia aumenterà rapidamente e incontrollabilmente, di solito con conseguente esplosione.

Quando viene scoperta alla vigilia della seconda guerra mondiale, questa idea ha portato diversi paesi a lanciare programmi sulla possibilità di costruire un atomico. Quest’arma utilizza reazioni di fissione per generare molta più energia di quella che potrebbe essere creata con chimica. Il progetto Manhattan, gestito dagli Stati Uniti con l’aiuto del Regno Unito e del Canada, sviluppò diverse armi di fissione utilizzate contro il Giappone nel 1945 a Hiroshima e Nagasaki. Durante il progetto sono stati sviluppati anche i primi reattori di fissione, sebbene siano principalmente destinati a produrre armi e non producono.

Tuttavia, se la massa è critica solo quando sono inclusi i neutroni ritardati, la reazione può essere controllata introducendo o eliminando gli assorbitori di neutroni. Questo è ciò che consente di costruire reattori nucleari. I neutroni veloci non catturano facilmente neutroni veloci; Devono essere rallentati, di solito per collisione con i nuclei di un moderatore di neutroni, prima che possano essere facilmente catturati. Oggi, questo tipo di fissione è comunemente usato per generare elettricità.

La fusione nucleare fu perseguita per la prima volta solo nelle fasi teoriche durante la seconda guerra mondiale, quando gli scienziati del progetto Manhattan lo studiarono per costruire una bomba. Il progetto ha abbandonato la fusione dopo aver concluso che avrebbe impiegato una reazione di fissione per esplodere. Fu fino al 1952 che la prima bomba di idrogeno completa da esplodere, cosiddetto perché usava le reazioni tra deuterio e trizio.
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