Skillnad mellan kärnklyvning och fusion

Huvudskillnad - Kärnfission mot fusion

Kärnfusion och kärnfission är kemiska reaktioner som äger rum i en atoms kärna. Dessa reaktioner frigör en mycket hög mängd energi. I båda reaktionerna förändras atomerna och slutprodukterna är helt olika från de ursprungliga reaktanterna. Kärnfusion frigör en högre energi än kärnklyvning. Även om kärnfissionreaktioner inte är så mycket som finns i miljön finns kärnfusion i stjärnor som solen. Den största skillnaden mellan kärnklyvning och fusion är det Kärnfission är delningen av en atom i mindre partiklar medan kärnfusion är kombinationen av mindre atomer för att bilda en stor atom.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är kärnfission
      - Definition, mekanism, exempel
2. Vad är kärnfusion
      - Definition, mekanism, exempel
3. Vad är skillnaden mellan kärnklyvning och fusion
      - Jämförelse av viktiga skillnader

Nyckelord: Deuterium, Halveringstid, Neutron Bombardment, Kärnklyvning, Kärnfusion, Nukleär Strålning, Radioaktivt Förfall, Tritium

Vad är kärnfission

Kärnfission är splittringen av en kärna i mindre partiklar. Dessa mindre partiklar kallas fragment. Ofta innehåller produkterna av kärnklyvning neutroner och gammastrålar. En kärnfissionreaktion kan frigöra en hög mängd energi. Denna reaktion kan ske på två sätt som nedan.

Neutron Bombardment

Detta är en icke-spontan reaktion där en stor, instabil isotop är bombarderad med höghastighetsnutroner. Dessa accelererade neutroner orsakar att isotopen genomgår fission. Först kombinerar neutronen med isotopens kärna. Den nya kärnan är mer instabil; sålunda genomgår den fissionreaktion. Fission producerar mer neutroner som kan inducera andra isotoper för att genomgå nukleär fission. Detta gör det till en kedjereaktion. Detta kallas "kärnkedjereaktion".

Mekanism - Binär fission

Kärnfission sker genom en särskild mekanism som kallas binär fission. Kärnan hos en atom får en sfärisk form på grund av närvaron av kärnkrafter mellan subatomära partiklar (neutroner och protoner). När kärnan fångar den accelererade neutronen deformeras den sfäriska formen av kärnan. Detta förorsakar bildandet av en form med två lober. Denna lobformation medför att de subatomiska partiklarna skiljer sig från varandra. Om bombardemangets hastighet är tillräckligt kan de två loberna separeras helt och bilda två fragment, eftersom kärnkrafterna nu inte räcker för att hålla ihop varandra. Här släpps en mycket hög mängd energi. Denna energi kommer från kärnan, där de starka kärnkrafterna mellan subatomära partiklar omvandlas till energi.

Figur 01: Stegen av binär klyvning av kärnan. Här anses de två fragmenten vara av samma storlek. Men en produkt är faktiskt mindre än den andra produkten.

Radioaktivt avfall

Detta är en spontan process. Ostabila isotoper genomgår radioaktivt sönderfall. I denna process omvandlas subatomära partiklar av kärnan av isotoper till olika former, vilket resulterar i ett annat element. Produkten är stabilare och de instabila isotoperna genomgår radioaktivt sönderfall tills alla atomer blir stabila.

I denna process förlorar instabila isotoper energi genom att utsända strålning. Radioaktivt sönderfall kan resultera i strålning som består av alfapartiklar och beta-partiklar. Förfallet av radioaktivt material mäts genom en term som kallas "halveringstid". Halveringstiden för ett material är den tid det materialet tar för att bli hälften av dess initiala massa.

Figur 2: En kärnklyvningsreaktion

Ovanstående bild visar en kärnfissionreaktion som uppstår på grund av neutronbombardemang. Neutronen träffar Uran-235-isotopen och bildar en Uran-236-atom. Det är väldigt instabil. Sålunda är den uppdelad i Barium-144, Krypton-89 och mer accelererade neutroner tillsammans med en hög mängd energi.

Vad är kärnfusion

Kärnfusion är kombinationen av två mindre atomer för att skapa en stor atom, som frigör energi. Detta händer under höga temperaturer och tryckförhållanden. Ibland resulterar kärnkombinationen i mer än en stor atom. När det beräknas finns det en massskillnad mellan reaktanter och produkter. Denna saknas massa omvandlas till energi. Massskillnaden uppstår på grund av skillnaden i kärnenergibindande energier.

Kärnfusionsreaktioner finns oftast i solen. Den energi som släpps ut från solen är ett resultat av kärnfusionsreaktioner som sker inom solen. Den kärnkraftsbindande energin är den energi som krävs för att hålla protoner och neutroner inuti kärnan. Eftersom protoner är positivt laddade och avstöter varandra, borde det finnas en stark attraktiv kraft för att hålla dem ihop. När det gäller små kärnor finns det ett mindre antal protoner närvarande; följaktligen uppstår mindre avstängning. Attraktionskrafterna här är högre. Därför kommer bindningen av kärnor att frigöra extra energi på grund av den höga attraktionen mellan två kärnor. Men för större kärnkombinationer släpps ingen energi. Detta beror på att det finns fler protoner som orsakar hög avstängning mellan två kärnor.

På grund av närvaron av fler protoner som orsakar repulsion mellan kärnor är kärnfusion mellan tungare kärnor inte exoterm. Men på grund av de höga attraktionskrafterna mellan protoner genomgår lätta kärnor kärnfusionsreaktioner som är mycket exoterma.

Figur 3: Kärnfusionreaktion i solen

Solen är en stjärna. Det ger en hög mängd energi i form av värme och ljus. Denna energi kommer från de fusionsreaktioner som förekommer i solen. Fusionsreaktionen involverar fusion av kärnor av deuterium och tritium. Slutprodukterna som ges av denna reaktion är Helium, neutroner och mycket energi.

Skillnad mellan kärnklyvning och fusion

Definition

Kärnfission: Kärnfission är klyvning av en kärna i mindre partiklar, vilket frigör en hög mängd energi.

Kärnfusion: Kärnfusion är kombinationen av två mindre atomer för att skapa en stor atomfrisättande energi.

Naturlig förekomst

Kärnfission: Kärnfissionreaktioner är inte vanliga i naturen.

Kärnfusion: Kärnfusionsreaktioner är vanliga i stjärnor som solen.

Krav

Kärnfission: Kärnfissionreaktioner kan kräva höghastighetsnutroner.

Kärnfusion: Kärnfusionsreaktioner kräver höga temperaturer och högtrycksbetingelser.

Energiproduktion

Kärnfission: Kärnfissionreaktioner ger en hög energi.

Kärnfusion: Kärnfusionsreaktioner av ljuskärnor ger en mycket hög energi, medan kärnfusionsreaktioner av tunga kärnor inte får frigöra energi.

exempel

Kärnfission:  Neutronbombardemang av uran-235 och radioaktivt förfall i instabila isotoper är exempel på kärnvapen. 

Kärnfusion: Kärnfusionsreaktioner är vanligen förekommande som fusionen mellan deuterium och tritium.

Slutsats

Kärnklyvning och kärnfusionsreaktioner uppstår när kärnan i en atom genomgår förändringar på antingen spontant eller icke-spontant sätt. Dessa reaktioner orsakar skapandet av nya element snarare än det ursprungliga elementet. Skillnaden mellan kärnklyvning och fusion är att kärnfission är delningen av en atom i mindre partiklar medan kärnfusion är kombinationen av mindre atomer för att bilda en stor atom.

referenser:

1. "Kärnfusion." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 28 juli 2017. Web. Tillgänglig här. 31 juli 2017. 
2. "Kärnklyvning". Hyperfysikbegrepp. N.p., n.d. Webb. Tillgänglig här. 31 juli 2017. 

Image Courtesy:

1. "Kärnklyvning" (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Kärnfusion" av någon - någon (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons