Avainero – hallittu vs hallitsematon ketjureaktio
Avainero hallittujen ja hallitsemattomien ketjureaktioiden välillä on se, että kontrolloidut ketjureaktiot eivät johda räjähdysvaikutuksiin, kun taas hallitsemattomat ketjureaktiot johtavat räjähdysmäiseen energian vapautumiseen.
Termejä kontrolloidut ketjureaktiot ja hallitsemattomat ketjureaktiot käsitellään ydinkemian alla. Ydinketjureaktio tapahtuu, kun yksi ydinreaktio aiheuttaa myöhemmin joidenkin muiden ydinreaktioiden etenemisen. Nämä ketjureaktiot vapauttavat erittäin paljon energiaa.
Mikä on kontrolloitu ketjureaktio?
Hallittu ketjureaktio on ydinreaktioiden ketju, joka tapahtuu myöhemmin kontrolloiduissa olosuhteissa. Ymmärretään tämä käsite käyttämällä esimerkkinä ydinfissioreaktioita. Fissioketjureaktio tapahtuu, kun neutroni ja fissioituva isotooppi ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Tämä vuorovaikutus aiheuttaa joidenkin neutronien vapautumisen fissiivista ytimistä. Nämä vapautuneet neutronit voivat olla vuorovaikutuksessa muiden halkeavien isotooppien kanssa ja aiheuttaa myöhempien fissioreaktioiden käynnistymisen. Kun näitä reaktioita ohjataan ja säädellään oikein, sitä kutsutaan kontrolloiduksi ketjureaktioksi. Hallittuja fissioreaktioita voidaan suorittaa hidastajien läsnä ollessa.
Ydinvoimalaitokset käyttävät hallittuja ketjureaktioita. Siellä ketjureaktioita ohjataan ohjaamalla ydinreaktioiden nopeutta. Hallitut ketjureaktiot voidaan helposti muuttaa hallitsemattomaan muotoon. Reaktioita voidaan hallita säätelemällä käytetyn lähtöaineen määrää (fissioituva isotooppi). Esimerkiksi jos käytetyn uraanin määrä on suuri, myös reaktionopeus on suuri, koska silloin on suuri todennäköisyys, että neutroni vuorovaikuttaa halkeavan isotoopin kanssa. Sitten reaktiosta tulee hallitsematon. Ja myös, säätämällä reaktion aikaa, ydinketjureaktiosta voidaan tehdä kontrolloitu reaktio. Kun reaktioaikaa lyhennetään, on pieni todennäköisyys, että neutroni vuorovaikuttaa halkeavan isotoopin kanssa. Sitten reaktiota voidaan helposti hallita.
Mikä on hallitsematon ketjureaktio?
Hallitsematon ketjureaktio on ydinreaktioiden ketju, joka tapahtuu myöhemmin, mutta ei kontrolloiduissa olosuhteissa. Siksi hallitsemattomasta ketjureaktiosta voi tulla erittäin räjähdysherkkä. Tämä johtuu siitä, että nämä reaktiot voivat vapauttaa erittäin suuren määrän energiaa kerrallaan.
Kuva 01: Hallitsematon ketjureaktio
Esimerkiksi radioaktiivinen isotooppi uraani-235 voi läpikäydä ydinfission vapauttaen hitaasti neutroneja. Yksi isotooppi vapauttaa kolme neutronia kerrallaan. Nämä kolme neutronia voivat reagoida kolmen muun uraani-235-isotoopin kanssa vapauttaen 9 neutronia (3 neutronia kutakin isotooppia kohden). Samoin ketjureaktio etenee ja vapauttaa erittäin suuren määrän energiaa. Näitä hallitsemattomia ydinketjureaktioita käytetään ydinpommeissa.
Mitä eroa on kontrolloidulla ja hallitsemattomalla ketjureaktiolla?
Hallittu vs hallitsematon ketjureaktio |
|
| Hallittu ketjureaktio on ydinreaktioiden ketju, joka tapahtuu myöhemmin kontrolloiduissa olosuhteissa. | Hallitsematon ketjureaktio on ydinreaktioiden ketju, joka tapahtuu myöhemmin, mutta ei valvotuissa olosuhteissa. |
| Komponentit | |
| Valvottu ketjureaktio suoritetaan moderaattoreiden läsnä ollessa. | Hallitsematon ketjureaktio suoritetaan valvojien poissa ollessa. |
| Valvontatoimenpiteet | |
| Ydinketjureaktio muunnetaan kontrolloiduksi ketjureaktioksi säätelemällä halkeavien isotooppien määrää, lyhentämällä reaktioaikaa ja käyttämällä hidasteita. | Hallitsemattomalla ketjureaktiolla ei ole hallintakeinoja. |
| Sovellukset | |
| Hallittuja ketjureaktioita käytetään ydinvoimalaitoksissa sähkön tuottamiseen. | Ydinpommeissa käytetään hallitsemattomia ketjureaktioita. |
Yhteenveto – Hallittu vs hallitsematon ketjureaktio
Ydinketjureaktiot löytyvät pääasiassa ydinfissioreaktioista. ydinfissio on epävakaan atomiytimen hajoaminen. Ero hallittujen ja hallitsemattomien ketjureaktioiden välillä on se, että kontrolloidut ketjureaktiot eivät johda räjähdysvaikutuksiin, kun taas hallitsemattomat ketjureaktiot johtavat räjähdysmäiseen energian vapautumiseen.
