ปฏิกิริยาฟิชชั่นและฟิวชั่น

ในบรรดาปฏิกิริยานิวนิวเคลียร์ มีอยู่ 2 รูปแบบที่มีความน่าสนใจ และมีการนำไปใช้งาน คือ ปฏิกิริยาฟิชชัน(Fission) และ ฟิวชัน(Fusion)

ฟิชชัน

เมื่อเรายิงนิวตรอนไปยังนิวเคลียส ยูเรเนียม-235 พบว่านิวเคลียสของยูเรเนียมดูดซับนิวตรอนไว้ แล้วเปลี่ยนเป็นไอโซโทป ยูเรเนียม-236 จากนั้นเกิดการแตกตัวออกเป็นนิวเคลียสของธาตุ 2 ชนิด
และมีนิวตรอนหลุดออกมาอีก 2-3 ตัว ดังที่แสดงในแผนภาพ

โดยเราสามารถเขียนสมการของปฏิกิริยานี้ได้เป็น

จะเห็นได้ว่าการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันนั้นสามารถเกิดได้หลายรูปแบบ ในกรณีที่นิวตรอนที่หลุดออกมาเพิ่มไปชนกับนิวเคลียส ยูเรเนียม-235 ตัวอื่นๆ ก็จะเกิดปฏิกิริยานี้ไปเรื่อยๆ
ซึ่งเรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่(chain reaction)ปฏิกิริยาฟิชชันเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งมีกำลังการผลิตไฟฟ้าที่สูง แต่ปัญหาเรื่องการจัดการกับแกนยูเรเนียมเก่าจากเตาปฏิกรณ์ยังคงเป็นประเด็นที่ต้องการ การจัดการอย่างเหมาะสม

ฟิวชัน

ฟิวชันเป็นปฏิกิริยาที่อาจจะเรียกได้ว่า เกิดในทิศทางตรงข้ามกับ ฟิชชัน เพราะว่า ฟิวชันคือปฏิกิริยาการหลอมรวมกันของนิวเคลียสของธาตุ มักเกิดกับธาตุเบา ถึงอย่างนั้น ธาตุเบาที่จะเกิดฟิวชันได้ ก็ต้องมีพลังงานจลน์สูงมาก ปฏิกิริยานี้เป็นปัจจัยของปฏิกิริยาที่อยู่บนดวงอาทิตย์ ได้แก่

กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า วัฏจักรโปรตอน-โปรตอน การที่นักฟิสิกส์จะเร่งพลังงานของไฮโดรเจนให้มากพอที่จะเกิดฟิวชันเป็นเรื่องที่ยากมาก ทำให้ช่วงหนึ่งของการศึกษาทางฟิสิกส์เกี่ยวกับปฏิกิริยานี้อาศัยการสังเกตการณ์จากดวงอาทิย์เท่านั้น และการมาถึงของเทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาค ทำให้นักฟิสิกส์สามารถเร่งพลังงานของธาตุเบาให้มากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้ ปฏิกิริยาฟิวชันที่นักฟิสิกส์ได้ทำการศึกษาได้แก่

ผลการศึกษานี้จะนำไปสู่การสร้างโรงไฟฟ้าด้วยปฏิกิริยาฟิวชัน ซึ่งคาดว่าจะได้ต้นแบบของโรงไฟฟ้าราวๆปี 2100 จุดเด่นของโรงไฟฟ้าแบบฟิวชันคือ ไม่มีกากกัมมันตรังสี ทำให้มีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าแบบฟิชชันซึ่งต้องการ การดูแลควบคุมมากกว่า แต่การคงสภาพปฏิกิริยาให้เกิดอย่างต่อเนื่อง ยังคงเป็นปัญหาของการใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยานี้อยู่