Ke štěpné jaderné reakci dochází u těžkých atomových jader (např.235U) při jejich ostřelováníneutrony.
Neutron pronikne do jádra uranu, je absorbován, a tím se předá tomuto jádru tolik energie, že se rozkmitá a rozdělí se většinou na dva odštěpky, které se od sebe velkou rychlostí vzdalují. Jsou však velmi brzy brzděny nárazy o okolní atomová jádra a jejich pohybová energie se mění na energii tepelnou.
Při rozštěpení jádra uranu se rovněž uvolní dva až tři rychlé neutrony. Aby se zvýšila pravděpodobnost štěpení dalšího jádra, musíme tyto neutrony zpomalit (moderovat) pomocí srážek smoderátorem (často se používá voda, která slouží současně jako chladivo).
Pokud bychom však neutrony pouze zpomalovali a neregulovali jejich počet, došlo by k exponenciálnímu růstu počtu štěpení a k neřízené řetězové reakci – výbuchu. Pro záchyt přebytečných neutronů mohou sloužit například jádra atomůboru, který se ve formě kyseliny borité přidává do chladiva primárního okruhu. Štěpná reakce se také řídí pomocí tyčí absorbujících neutrony, které se buď zasouvají, nebo vytahují z aktivní zóny reaktoru.
Na tuto kapitolu jepřesměrováno heslo jaderná štěpitelnost.
Nuklidy podléhající při záchytu neutronu (libovolné energie) štěpné reakci (i když s nízkoupravděpodobností) se nazývajíštěpitelné (angl.fissionable).
Účinný průřez štěpné reakce je velmi závislý na druhu jádra i na energii neutronu. U mnoha nuklidů převažuje záchyt neutronu bez štěpení. Štěpitelnost neutrony vysoké energie je navíc nepravděpodobná, štěpné reakci výrazně konkuruje pružný a nepružný (s emisí fotonu) rozptyl neutronu na jádře. Důležitou skupinu proto tvoří nuklidyštěpitelné tepelnými neutrony (angl.fissile), u kterých neutron prakticky nevnáší do jádra žádnou energii kroměklidové (jehokinetická energie je přibližně 0,025eV) a pouhý záchyt neutronu tak stačí vyvolat takovou deformaci jádra, která vede ke štěpení. Až na několik výjimek do této skupiny patří nuklidy, pro jejichžprotonové čísloZ platí
Pouze 13 takových nuklidů (včetně dlouhožijících metastabilníchizomerů) mápoločas rozpadu aspoň 1 rok a je tak vhodných pro praktické využití:229Th,233U,235U,236Np,239Pu,241Pu,242mAm,243Cm,245Cm,247Cm,249Cf,251Cf a252Es. V přírodě se vyskytuje pouze235U, dva další —233U a239Pu — lze množivou reakcí (záchytem neutronu) vyrábět z nuklidů s přírodním výskytem (232Th a238U). Dalšími záchyty neutronů se lze dopracovat ještě k241Pu (z239Pu přes240Pu).
Štěpná schopnostpaliva dojaderných reaktorů tak může být prakticky založena jen na nuklidech233U,235U,239Pu a případně241Pu.
Dlouho se spekulovalo, zda štěpná jaderná reakce mohla probíhat i jako přirozená reakce na Zemi v tzv. přírodních štěpných reaktorech, ve kterých se geologickými procesy nahromadilo dostatečné množství štěpného materiálu. V roce 1972 bylpřírodní jaderný reaktor s již vyhaslou reakcí objeven v oblasti Oklo vGabonu.[2]
O. Hahn and F. Strassmann. Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle, Naturwissenschaften Volume 27, Number 1, 11–15 (1939). Received 22 December 1938.
Lise Meitner and O. R. Frisch. "Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction", Nature, Volume 143, Number 3615, 239–240 (11 February 1939).
O. R. Frisch. "Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment", Nature, Volume 143, Number 3616, 276–276 (18 February 1939).
Elisabeth Crawford, Ruth Lewin Sime, and Mark Walker. "A Nobel Tale of Postwar Injustice", Physics Today Volume 50, Issue 9, 26–32 (1997).
