Fission, eller kärnklyvning, är en process där en atomkärna delas upp i två eller flera mindre kärnor, vilket resulterar i att en stor mängd energi frisläpps. Upptäckten av denna process på 1930-talet banade vägen för utvecklingen av både kärnkraftverk och atombomber.
Vad är fission?
Fission är en kärnreaktion där en tung atomkärna delas upp i två eller flera mindre kärnor, samtidigt som det frigörs en mycket stor mängd energi. Processen startas oftast genom att en neutron träffar en tung atomkärna, vilket får den att bli instabil och splittras. Vid denna uppdelning frigörs fler, ytterligare neutroner, som i sin tur kan klyva fler kärnor, vilket skapar en kedjereaktion. Det är denna kedjereaktion som är grunden för kärnkraftverk och atombomber.
[Bild över fissionsproccessen]
Energin som frigörs vid fission kommer från de starka krafter som håller atomkärnan samman. När atomkärnan delas upp omvandlas en del av kärnans massa till energi enligt Einsteins berömda ekvation E=mc^2, där E är energin, m är massan och c är ljusets hastighet.
Olika typer av fission
Det finns två huvudtyper av fission: spontan och inducerad.
Spontan fission är en process där en tung atomkärna delas upp på egen hand, utan inverkan av en yttre partikel som en neutron. Detta är dock en mycket sällsynt process eftersom de flesta tunga atomkärnor är stabila.
Det krävs i allmänhet en yttre neutronbestrålning för att starta en fission. Denna typ av fission kallas Inducerad fission sker när en tung atomkärna träffas av en yttre partikel, oftast en neutron. Denna process är mycket vanligare och är grunden för kärnkraftverk (kontrollerad fission) och atombomber (okontrollerad).
[Bild på ämnens stabilitet]
Räkna på fission
Den magiska formeln för att räkna på fission är jämförelse. Oftast handlar uppgifterna om ”hur mycket energi frisläpps vid fission då X (ämne) blir till Y (ämne). Formeln är då att jämföra massan för X med Y (X-Y). Skillnaden i massa för ämnena har nämligen omvandlats till energi. Genom att sedan använda Einsteins formel E=mc^2. Kan den totala mängden energi beräknas.
Fission och kärnkraftverk
Fission är grundläggande för funktionen av ett kärnkraftverk. I ett kärnkraftverk används inducerad fission för att skapa en kontrollerad kedjereaktion. När en neutron klyver en tung atomkärna, som uran eller plutonium, frigörs en stor mängd energi samt ytterligare neutroner. Dessa neutroner kan sedan klyva fler atomkärnor och fortsätta kedjereaktionen. För att neutronerna ska fortsätta att klyva uranatomer krävs att de bromsas upp, modereras. I de svenska kärnkraftverken bromsas neutronerna upp med hjälp av vatten.
Energin som frigörs vid fissionen omvandlas till värme, som i sin tur används för att värma upp vatten till ånga. Denna ånga driver sedan turbiner som genererar elektricitet.
Fission vs. fusion
Fission och fusion är två olika processer som sker på atomär nivå, men de är mycket olika. Medan fission involverar uppdelningen av en tung atomkärna till mindre kärnor, innebär kärnfusion sammansmältningen av två lätta atomkärnor till en tyngre kärna. Båda processerna frigör en stor mängd energi, men fusion frigör betydligt mer energi per massenhet än vad fission gör.
Trots den stora potentialen med fusion, är det mycket svårare att uppnå och kontrollera än fission. Kärnfusion kräver extremt höga temperaturer och tryck, vilket gör det svårt att uppnå på jorden. Till skillnad från fission, som används i kärnkraftverk och vapen, är fusion fortfarande begränsat till små forskningsanläggningar.
Säkerhetsaspekter och miljöpåverkan
Fission medför flera risker. En okontrollerad kedjereaktion kan leda till en kärnkraftsolycka, som den i Tjernobyl eller Fukushima. Dessutom producerar Fission radioaktivt avfall, som kan vara farligt för människor och miljön i tusentals år framåt.
Trots dessa risker är kärnkraft en av de mest effektiva metoderna för att producera elektricitet. Till skillnad från fossila bränslen producerar kärnkraft inte koldioxid, vilket gör det till ett attraktivt alternativ för att bekämpa klimatförändringarna. Dock är det viktigt att jämföra kärnkraft med förnybara energikällor som sol- och vindkraft, som inte har samma katastrofala risker som kärnkraften har.
Quiz – Har du förstått?
Testa dig själv, har du förstått artikeln om fission?
- Vad innebär processen fission?
a) En tung atomkärna kombineras med en annan för att skapa en tyngre atomkärna.
b) En tung atomkärna delas upp i två eller flera mindre kärnor, och en stor mängd energi frigörs.
c) Två lätta atomkärnor sammansmälter till en tyngre kärna.
2. Vad är skillnaden mellan spontan och inducerad fission?
a) Spontan fission kräver yttre neutronbestrålning medan inducerad fission inte gör det.
b) Inducerad fission är en sällsynt process, medan spontan fission är den mest vanliga.
c) Spontan fission sker när en tung atomkärna delas upp av sig själv, medan inducerad fission sker när en tung atomkärna träffas av en yttre partikel, oftast en neutron.
3. Hur kan man räkna ut mängden energi som frigörs vid fission?
a) Genom att jämföra massan mellan de ursprungliga och de nya atomkärnorna och sedan använda Einsteins formel E=mc^2.
b) Genom att multiplicera antalet tunga atomkärnor med energin som frigörs vid fission.
c) Genom att dividera antalet neutroner med mängden energi som frigörs vid fission.
4. Hur fungerar ett kärnkraftverk?
a) Energin från fission används för att skapa en kontrollerad kedjereaktion. Den frigjorda energin omvandlas till värme, som används för att värma upp vatten till ånga som driver turbiner och genererar elektricitet.
b) Energin från fission används för att driva en turbin direkt.
c) Fissionsenergi omvandlas direkt till elektrisk energi.
5. Vad är skillnaden mellan fission och fusion på atomär nivå?
a) Fission involverar uppdelningen av en tung atomkärna till mindre kärnor, medan fusion innebär sammansmältningen av två lätta atomkärnor till en tyngre kärna.
b) Fission och fusion är samma sak, men med olika namn.
c) Fission involverar sammansmältningen av två lätta atomkärnor till en tyngre kärna, medan fusion innebär uppdelningen av en tung atomkärna till mindre kärnor.
Rätt svar:
b,c,a,a,a
För mer hjälp med fysik besök vår begreppssamling med förklaringar eller uppgiftsbank med övningsuppgifter om kärnfysik, fysikproblem och såklart finns det lösningar! Allt för att du ska förstå fysiken. Du hittar även mer information om fission. Och kom ihåg, oavsett om du är en student som behöver hjälp med dina fysikuppgifter eller bara nyfiken på ett begrepp, finns det alltid hjälp att få, och nya saker att lära!
