‏انشطار اليورانيوم والثوريوم

‏تتفاعل في الظروف المناسبة النيوترونات مع اليورانيوم والثوريوم لإنتاج نظائر جديدة ، بعضها مستقر ، ونصف العمر لدى بعضها الاخر قصر جدا . تمتص ذرة اليورانيوم ²³⁵ النيوترون الحراري ( اي البطيء نسبيا ) ، ثم تنصهر ( تنشطر ) الى شظايا تقارب واحدثها نصف الوزن الذرى الاصلي ، وتطلق النيوترونات ، وكمية عاليا من الطاقة الحرارية .

²³⁵U + neutron → fission Products + energy + 2.43 neutrons

تبين الصورة 1 ‏- 1 ‏النواتج المتشكلة من قذف اليورانيوم ²³⁵ بالنيوترونات البطيئة والسريعة . وهذا ما يشتهر تحت اسم منحنى " سنام الجمل " .

‏مستويات طاقة النيوترونات التي تتحرر بالانشطار عالية ( نيوترونات سريعة ) ويمكن ان تتفاعل في مفاعلات سريعة ، ولكن معظم المفاعلات تحتاج الى ابطاء سرعتها الى السرعات الحرارية قبل امكانية احتجازها ( اي تفاعلها مع) اليورانيوم ²³⁵ . تنجز عملية الابطاء بواسطة اصطدامات مرنة متكررة مع ما يعرف بمهدئات النيوترونات moderators ، وهي مواد كالكربون ، او H2O ، او D2O التي تمتص قليلا من النيوترونات لكنها تسمح بالاصطدامات المرنة . ونحتاج لإكمال التفاعل التسلسلي الى نيوترونا واحدا من نيوترونات 2.43 ‏نيوترونا منطلق ، وقد تسبب النيوترونات الاخرى تفاعلات نووية اخرى او انها تفقد عن طريق التسرب او تحتجز من قبل عناصر في المفاعل.

يحتوي اليورانيوم الموجود في الطبيعة على يورانيوم ²³⁵ 0.71 % فقط ، والباقي هو يورانيوم ²³⁸ . ولمساعدة التفاعل التسلسلي والحصول على طاقة صالحة للاستعمال ، يتم زيادة محتوى اليورانيوم ²³⁵ عن طريق فصل النظائر وتركيزها . لا يمكن لليورانيوم الطبيعي غير المهدأ ان يدعم التفاعل التسلسلي .

‏الصورة 1 ‏- 1 ‏. مردود ناتج انشطار اليورانيوم ²³⁵ مقابل العدد الكتلي .

‏والتخصيب باليورانيوم ²³⁵ ينقص من حجم المفاعل ويطيل الفترة بين استبدالات الوقود. لا تنشطر ( تنصهر ) نظائر اليورانيوم والثوريوم ، اليورانيوم ²³⁸ والثوريوم ²³² ، عند امتصاص النيوترونات ، بل تشكل عناصر اخرى تخضع لانحلال سريع وعفوي لإنتاج نظائر قابلة للانشطار، وهكذا تصلح للاستعمال في انتاج القدرة . وفيما يلى التفاعلات : 

تدعى النظائر اللا انشطارية التي تقبل التحول الى مواد انشطارية بالمواد الخصبة . و تركيب هذه العناصر والعناصر الاخرى الثقيلة اي العناصر ما وراء اليورانيوم ، يعتبر على صعيد واسع تطورا علميا هاما . نصف عمر البلوتونيوم PU ‏طويل ( 24000 ‏سنة ) وهو مهم جدا لأنه يحمل مقطعا عرضانيا واسعا ( القدرة على الامتصاص ) فيما يخص النيوترونات وكتلة صغيرة حرجة من اجل سرعة الانشطار ، وهي الخواص المرغوبة في الاستخدامات العسكرية .

‏ان المصنع الواقع على نهر سافانا ، في كارولاينا الجنوبية ، هو الوسيلة الرئيسية لتصنيع البلوتونيوم لك غرض العسكرية في الولايات المتحدة ‏. وبجري انتاج البلوتونيوم للوقود كناتج ثانوي من مفاعلات القدرة المهداة بالماء .