Na radiação natural, os subprodutos são muito pequenos em comparação com os núcleos dos quais se originam. A fissão nuclear está dividindo um núcleo em partes aproximadamente iguais e liberando e nêutrons no processo. Se outro núcleo instável captura esses nêutrons, eles podem fissão e levar a uma reação em cadeia. O número médio de nêutrons liberados por núcleo que continua a fissão de outro núcleo é chamado k. Os valores-de K mais significativos que 1 significam que a reação de fissão libera mais nêutrons do que absorve e é chamada de reação em cadeia auto-sustentável. Uma massa de material físsil grande o suficiente para induzir uma reação em cadeia auto-sustentável é chamada de massa crítica.

Quando um núcleo apropriado captura um nêutron, a fissão pode ocorrer imediatamente, ou o núcleo pode persistir em um estado instável para um curto. Suponha que haja decadência imediata suficiente para continuar a reação em cadeia. Nesse caso, a massa é rapidamente crítica, e a liberação de energia aumentará rápida e incontrolavelmente, geralmente resultando em uma explosão.

Quando descoberto na véspera da Segunda Guerra Mundial, essa idéia levou vários países a lançar programas sobre a possibilidade de construir um atômico. Esta arma usa reações de fissão para gerar muito mais energia do que a que poderia ser criada com produtos químicos. O Projeto Manhattan, gerenciado pelos Estados Unidos com a ajuda do Reino Unido e do Canadá, desenvolveu várias armas de fissão usadas contra o Japão em 1945 em Hiroshima e Nagasaki. Durante o projeto, os primeiros reatores de fissão também foram desenvolvidos, embora se destinam principalmente a fabricar armas e não produzirem.

No entanto, se a massa for crítica apenas quando os nêutrons atrasados ??forem incluídos, a reação poderá ser controlada pela introdução ou eliminação dos absorvedores de nêutrons. É isso que torna possível construir reatores nucleares. Os nêutrons rápidos não são facilmente capturados nêutrons rápidos; Eles devem ser desacelerados, geralmente em colisão com os núcleos de um moderador de nêutrons, antes que possam ser facilmente capturados. Hoje, esse tipo de fissão é comumente usado para gerar eletricidade.

A fusão nuclear foi seguida apenas em estágios teóricos durante a Segunda Guerra Mundial, quando cientistas do projeto Manhattan o estudaram para construir uma bomba. O projeto abandonou a fusão depois de concluir que seria necessária uma reação de fissão para explodir. Não foi até 1952 que a primeira bomba de hidrogênio completa a ser detonada, chamada porque usou reações entre deutério e trítio.
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