ביקוע גרעיני.

שלב 1 מתוך 6

גרעין שנקרע

אורניום הוא היסוד הכבד ביותר שנמצא בטבע בכמות, והגרעינים שלו בקושי מחזיקים מעמד: 92 הפרוטונים שבו דוחים זה את זה, ורק הכוח החזק, שטווחו קצר, מחזיק אותם יחד. ב־1938 גילו אוטו האן ופריץ שטרסמן באריום, יסוד קל בהרבה, באורניום שהפגיזו בנייטרונים. ליזה מייטנר ואוטו פריש הבינו מה קרה: הגרעין נקרע לשניים. הם קראו לזה ביקוע.

בסצנה ליבה של כור: הגרעינים הכתומים בקיעים, כמו אורניום־235, והאפורים בולעים נייטרון בלי להתבקע, כמו אורניום־238.

שלב 2 מתוך 6

מאיפה האנרגיה

הרסיסים שאחרי ביקוע שוקלים בערך עשירית האחוז פחות מגרעין האורניום והנייטרון שנכנסו. המסה החסרה הפכה לאנרגיה, לפי הנוסחה של איינשטיין:

$E = mc^2$⁠

מהירות האור בריבוע היא מספר עצום, ולכן מעט מסה הוא הרבה מאוד אנרגיה: כ־200 MeV לכל ביקוע, פי מיליונים מכל תגובה כימית בין שני אטומים.

שלב 3 מתוך 6

מקדם הכפל

הנייטרונים החדשים יכולים לבקע עוד גרעינים, ואלה משחררים עוד נייטרונים. מה שקובע הוא כמה מהנייטרונים החדשים, בממוצע, גורמים לביקוע נוסף: מקדם הכפל $k$⁠. כאן כל ביקוע משחרר בממוצע 2.5 נייטרונים, וכל אחד מהם צריך לחמוק ממוטות הבקרה ולפגוש גרעין בקיע:

$k = 2.5 \times (\text{fissile share}) \times (1 - \text{absorbed share})$$k =$$2.5 \times (\text{fissile share}) \times (1 - \text{absorbed share})$⁠

אם $k < 1$⁠, כל שרשרת דועכת. אם $k = 1$⁠, כל ביקוע מוביל לעוד אחד בדיוק, והתגובה יציבה. אם $k > 1$⁠, מספר הביקועים גדל בכל דור. דלק בקיע ומוטות בקרה קבועים עכשיו.

שלב 4 מתוך 6

שרשרת יציבה

אורניום טבעי הוא רק כ־0.7% אורניום־235, ולכן הדלק מועשר, לכמה אחוזים ברוב הכורים. מוטות בקרה, מבורון או מקדמיום, בולעים נייטרונים: כשמכניסים אותם $k$⁠ יורד, וכששולפים אותם הוא עולה. ספירת הנייטרונים על פועל: הגרף מראה כמה נייטרונים בדרך, בסולם לוגריתמי. הדלק הבקיע קבוע על 90%.

שלב 5 מתוך 6

שולפים את המוטות

דלק בקיע על 50% ומוטות בקרה על 20% נבלעים: $k = 2.5 \times 0.5 \times 0.8 = 1$$k =$$2.5 \times 0.5 \times 0.8 =$$1$⁠. אחרי הניבוי ספירת הנייטרונים תעבור לפועל.

נסו: אחרי התשובה דחפו את מוטות בקרה פנימה עד 60% נבלעים, וראו את השרשרות דועכות.

חזרה לניסוי ↑

שלב 6 מתוך 6

עשרה דורות

דור בכור נמשך הרבה פחות מאלפית שנייה. כור אמיתי ניתן לבקרה בקצב של בני אדם רק משום שחלק קטן מהנייטרונים, פחות מאחד ממאה, מגיע באיחור של שניות, מרסיסים שדועכים. דלק בקיע ומוטות בקרה קבועים: $k = 2.5 \times 0.5 \times 0.88 = 1.1$$k =$$2.5 \times 0.5 \times 0.88 =$$1.1$⁠.