در حالت کنترل نشده واکنش زنجیره ای به طور متوسط بیش از یکی از نوترون های تشکیل شده در طول شکافت هسته ای به یک شکافت هسته ای جدید منجر می شود. در نتیجه، تعداد شکافت های هسته ای به سرعت مانند یک بهمن افزایش می یابد. عامل k (ضریب ضرب) میانگین تعداد نوترون های تشکیل شده در هر شکافت را نشان می دهد. این باعث شکافت هسته ای جدید می شود. برای واکنش های هسته ای کنترل نشده، k>1.
در مورد واکنش های زنجیره ای کنترل شده در نیروگاه های هسته ای (NPP)، k=1. در نتیجه، شکافت هسته ای با سرعت ثابتی انجام می شود و بنابراین قابل کنترل است. این در خواهد بود راکتورهای هسته ای از طریق میله های کنترل به دست می آید. اینها می توانند در اعماق مختلف وارد راکتور شوند و نوترون های اضافی را جذب کنند. این k را در 1 نگه می دارد. اگر k>1 باشد، واکنش زنجیره ای متوقف می شود.
تاریخچه شکافت هسته ای
در آلمان، شیمیدان OTTO HAHN (1879-1968)، فیزیکدان LISE MEITNER (1878-1968) و FRITZ STRASSMANN (1902-1980) همراه با عناصر فرااورانی در مؤسسه شیمی در برلین-Dahlem کار کردند. لیز مایتنر در سال 1938 مجبور به مهاجرت از آلمان شد. HAHN و STRASSMANN اورانیوم را با نوترون تابش کردند و نوکلیدهای حاصل را که فقط در مقادیر بسیار کمی وجود داشتند، بررسی کردند. در دسامبر 1938 آنها کشفی کردند که برای آنها بعید به نظر می رسید.
مقاله ای از HAHN و STRASSMANN در مجله “Naturwissenschaften” در 6 ژانویه 1939 منتشر شد که بیان می کند:
اما اکنون باید در مورد برخی از مطالعات جدیدتر صحبت کنیم که به دلیل نتایج عجیب ما تمایلی به انتشار آنها نداریم. .. ما به این نتیجه می رسیم: “ایزوتوپ های رادیوم” ما دارای خواص باریم هستند. به عنوان شیمیدان باید بگوییم که اجسام جدید رادیوم نیستند، بلکه باریم هستند، زیرا عناصری غیر از باریم و رادیوم مورد بحث نیستند. … به عنوان “شیمیدانان هسته ای” که به نوعی با فیزیک مرتبط هستند، ما هنوز نمی توانیم تصمیم خود را برای انجام این جهش، که با تمام تجربیات قبلی در فیزیک هسته ای در تضاد است، اتخاذ کنیم. … به هر حال، ممکن است یک سری اتفاقات عجیب نتایج ما را ترسانده باشد.»
کمی بعد می توان به وضوح محصولات شکافت را شناسایی کرد. کریپتون و باریم از بمباران اورانیوم با نوترون تشکیل شدند. در همان زمان، سه نوترون و انرژی با هر شکافت هسته ای آزاد شد. مدت کوتاهی بعد، محصولات شکافت اورانیوم بیشتری کشف شد. این گونه بود که شکافت هسته ای کشف شد که به خاطر آن OTTO HAHN در سال 1945 پس از پایان جنگ جهانی دوم جایزه نوبل شیمی را در سال 1944 دریافت کرد.
امکان اساسی تولید انرژی از شکافت هسته ای در اوایل سال 1939 مورد بحث قرار گرفت و برای همه فیزیکدانان هسته ای برجسته آن زمان شناخته شده بود. با این حال، سطح بالایی از تلاش فنی مورد نیاز نیز شناخته شده بود. با شروع جنگ جهانی دوم، این سوال مطرح شد که آیا انرژی هسته ای نیز می تواند مورد استفاده نظامی قرار گیرد؟ در سال 1942، کار فشرده بر روی سلاح های هسته ای در ایالات متحده آغاز شد. اولین انفجار سلاح هسته ای، یک بمب آزمایشی، در 16 ژوئیه 1945 در صحرای نیومکزیکو (ایالات متحده آمریکا) رخ داد. در 6 و 9 اوت 1945 اولین بمب اتمی ایالات متحده بر فراز شهرهای هیروشیما و ناکازاکی ژاپن منفجر شد و صدها هزار نفر را کشت.