2.2 Ydinenergia

Ydinenergian tuotto perustuu massan muuttamiseen energiaksi yhtälön

E = mc2

mukaan.

Ydin koostuu protoneista ja neutroneista, joiden yhteisnimitys on nukleoni.
Ytimessä protonien välillä vaikuttaa voimakas sähköinen poistovoima, mutta vahva vuorovaikutus pitää nukleonit toisissaan kiinni.

Ytimen massa on pienempi kuin sen rakenneosien, nukleonien yhteenlaskettu massa. Tämä massan muutos on massavaje eli massakato D m. Jos ydin hajotettaisiin nukleoneiksi, tarvittaisiin "lisää massaa" eli lisää energiaa, ns. ytimen sidosenergia E_B.

Ytimen sidosenergia kuvaa myös, kuinka voimakkaasti nukleonit ovat sitoutuneet toisiinsa. Keskiraskaissa ytimissä nukleonit ovat sitoutuneet toisiinsa lujimmin. Siksi niiden hajottaminen on vaikeinta. Toisaalta reaktio, jossa syntyy keskiraskaita ytimiä, vapauttaa energiaa.

Ydinenergiaa voi vapauttaa 1) yhdistämällä keveitä ytimiä keskiraskaiksi (fuusio) 2) hajottamalla raskaitaita ytimiä keskiraskaiksi (fissio).

Esimerkki fissiosta on reaktio, joss neutroni törmää raskaaseen ytimeen U²³⁵ joka halkeaa synnyttäen kaksi keskiraskasta ydintä:

Reaktiossa vapautuu siis uusia neutroneita, jotka voivat osua muihin uraaniytimiin ja halkaista ne synnyttäen ketjureaktion.

Alla esitetään kaavio ydinvoimalasta. Klikkaa hiirellä jonkin osan päällä, niin näet selaimen tilarivillä kuvauksen kyseisestä osasta.