Láncreakció A láncreakció általánosan események, folyamatok gyors egymásutániságát jelenti, amiben egyetlen esemény sok egyéb, általában a kiváltó okhoz hasonló eseményt indít el. Láncreakció bekövetkezhet a természetben, a társadalomban, az atommagok bomlásában (nukleáris láncreakció), de a lelki életben is. A láncreakciót egy ok váltja ki, amely katalizátorként (iniciátorként) viselkedve elindítja a folyamatokat, és több lépcsőben létrehoz egy új állapotot.A láncreakció egyik szemléletes, sarkított példája a „pillangó effektus”, amely a determinisztikus káosz megnyilvánulási formája. Eszerint, ha például az Amazonas őserdejében egy pillangó a korábbi szokásától eltérően nem kettőt, hanem hármat legyint a szárnyaival, ennek következménye később akár egy tornádó is lehet a Florida félszigeten.

A nukleáris láncreakció

A nukleáris láncreakció A maghasadáskor a hasadványokon kívül szabad neutronok is keletkeznek, melyek nagy energiával rendelkeznek. A szabad neutronok száma a hasadvány termékektől függ, pl. U-235 esetén átlagosan 2,4. A láncreakció során a folyamat fenntartását a keletkező netronok tartják fent, újabb U-235 magok hasításával. A folyamat elején, amikor még kevés a hasadások száma, külső neutronokkal lehet a reaktor elindulását serkenteni, majd amikor már keletkezik elegendő neutron a folyamat már nem igényel külső neutronokat és önnfentartóvá válik. A láncreakció állandó intenzitású akkor, ha a hasadásból keletkező 2-3 neutron csak egy újabb hasadást hoz létre, míg a neutron elnyelődik vagy a reaktorból elszökik. Amennyiben a ugyanazon idő alatt az előző hasadásból keletkező neutronok több uránmag hasadást eredményeznek akkor divergens láncreakcióról beszélünk.

A gyakorlatban az U-235 hasadása nem ideális a láncreakció fenntartásához, ehhez dúsított uránra lenne szükség, ahol gyors neutronokkal valósul meg a láncreakció. Az urán dúsítása viszont nagyon költséges eljárás, így más módszert alkalmaznak. Olyan anyagra van szükség, ahol a gyors neutronok annyira lelassulnak, hogy nagy valószínűséggel láncreakciót hozzanak létre. Az ilyen anyagokat hívják moderátoroknak, aminél követelmény a lehető legkisebb rendszeám és a minimális hajlam a neutronok elnyelésére. Moderátor használata mellett a természetes urán is képes a láncreakcióra. A moderátor szerepére alkalmas anyag lehet a hidrogén, nehézhidrogén vagyis nehézvíz (D2O) és könnyűvíz (H2O) formában, a szén grafit formában és a berrilium is. A nehézvíz a tulajdonságai miatt az egyik legjobb moderátor, de túlságosan drága anyag, így inkább a H2O a leginkább elterjedt moderátor.

A hasadóanyagok mennyiségét növelve lecsökken azok felület és térfogat aránya, ami által egyre kevésbé szöknek ki a neutronok. Ebben az irányban haladva egy bitonyos méret után a neutronok aránya már az önnfentartó láncreakcióhoz szükséges értéket érik el, ez a kritokus tömeg. A hasadóanyag és a moderátor aránya és geometriai eloszlása határozza meg ezt a kritikus tömeget. A neutronok keletkezése, ami az újabb hasadásokat eredményezi a neutronviszony. A neutronviszonyok jellemzője az un. sokszorozási tényező, jele: k. A hasadásból kilépő neutron és az általa létrehozott hasadásból keletkezett újabb neutron között eltelt idő a neutrongeneráció. U-235-nél ez az időérték 1 nanosekundum, ami a másodperc egymilliárdod része.

Kritikus reaktorról akkor van szó, ha a sokszorozási tényező értéke 1, tehát a rendszerben állandó a neutronok száma. Amennyiben k< 1, akkor a rendszer szubkritikus, ha k>1, akkor szuperkritikus. A reaktorokban a neutronok számát szabályozni szükséges a megfelelő használathoz, ehhez olyan anyagokat használnak, amelyek képesek elnyelni a neutronokat. Ilyen anyagok pl. a bór és a kadmium, amelyek az uránnál nagyobb valószínűséggel nyelik el a neutronokat. A szabályozás úgy történik, hogy az elnyelő anyagokat rudak formájában lehet a reaktorba tolni vagy kihúzni a helyzetnek megfelelően. Így ha több neutronra van szükség, akkor kihúzzák, ha kevesebbre, akkor betolják a hasadó anyagba a szabályozó rudakat.