rys.6.2 str.128: E.Skrzypczak, Z.Szefelski,"Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych"

Pierwszym etapem procesu jest wchłonięcie neutronu przez ciężkie jądro. Polega ono na uformowaniu nowego jądra (o liczbie neutronów większej o jeden niż w jądrze pierwotnym). Takie jądro jest silnie wzbudzone. Następuje emisja kwantów , która jednak nie usuwa całkowicie wzbudzenia. W kolejnych etapach jądro rozszczepi się na dwa fragmenty o podobnych (niekoniecznie identycznych) masach (por. rys.1). Podczas odkształcania sferycznego jądra zwiększa się jego powierzchnia, przez co rośnie energia potencjalna układu, a siły kulombowskie ją zmniejszają (sumaryczny potencjał jądra wzrasta od wartości początkowej maksimum o ok. 6 MeV). Jądro jest w stanie silnej deformacji (analogia do silnie zdeformowanej kropli cieczy), który w końcu powoduje rozpad tak zdeformowanego jądra na dwa, inne jądra, będące produktami rozszczepienia. Poprzez zmniejszenie dodatniego potencjału kulombowskiego, energia układu zmniejsza się o ok. 200 MeV. Odległość dzieląca obie części staje się większa niż zasięg sił jądrowych. Produkty rozszczepienia oddalają się pod wpływem odpychania elektrostatycznego, dopóki nie osiągną pełnych energii kinetycznych.

Powyższy opis pozwala zrozumieć proces rozszczepienia, wywołany wychwytem neutronu. Energia wiązania neutronu w ciężkim jądrze osiąga w wielu wypadkach 6 MeV, co wystarcza do przezwyciężenia bariery potencjału i inicjacji rozszczepienia.

Jądro początkowe ma znaczny nadmiar neutronów w stosunku do liczby protonów, zatem jego rozpad (rozszczepienie na dwa średniociężkie jądra) uwalnia pewną liczbę neutronów. Są to tzw. Neutrony natychmiastowe.

Nadmiar neutronów jednak pozostaje w obu nowo powstałych jądrach, z których emitowane są elektrony i antyneutrina elektronowe. Niekiedy nadmiar neutronów usuwany jest przez spontaniczną emisję neutronów z tych wzbudzonych jąder. Są to tzw. neutrony opóźnione.

Uwalniane w wyniku procesu rozszczepienia neutrony mogą stać się inicjatorami dalszych procesów rozszczepienia. Załóżmy, że rozważanym jądrem-tarczą jest izotop uranu o liczbie masowej A=235. Warunkiem zainicjowania następnych procesów przez uwolnione w poprzednim procesie rozszczepienia neutrony, jest ich spowolnienie. Szybkość neutronów ma ogromny wpływ na przekrój czynny; np. na rozszczepienie uranu o liczbie masowej A=235 przez prędkie neutrony przekrój czynny jest znacznie mniejszy niż dla neutronów powolnych. Zatem jeśli, uwalniane w procesie, neutrony znajdą się w moderatorze, czyli ośrodku spowalniającym, np. bogatym w wodór, to rozpraszanie neutronów na protonach doprowadzi do ich skutecznego spowolnienia. Jednocześnie energia, przekazywana w zderzeniach protonom, zamienia się w energię termiczną, co prowadzi do wydzielania się ciepła w moderatorze.

Powolne neutrony, zdolne do inicjowania reakcji rozszczepienia, mogą zatem wywoływać reakcję łańcuchową, jeżeli spełnione są następujące warunki: musi być dostatecznie duża liczba neutronów powolnych, pochodzących z poprzedniego procesu rozszczepienia, oraz dostatecznie duża tarcza uranowa, zapewniająca wystąpienie następnego procesu. Warunek masy krytycznej może zapewnić jednocześnie spowalnianie neutronów i realizację kolejnych procesów w materiale rozszczepialnym.

Samo wzmagająca się reakcja łańcuchowa jest niebezpieczna. Można tego uniknąć przez usuwanie neutronów, np. w jednoczesnym procesie wychwytu o dużym przekroju czynnym. Takim procesem może być wprowadzenie w postaci prętów zawierających jądra kadmu Cd, które mają bardzo duży przekrój czynny na proces wychwytu neutronu, do obszarów, w których następują procesy rozszczepienia. Prowadzi to do zahamowania reakcji łańcuchowej.

Opisane wyżej procesy stanowią fizyczną podstawę działania reaktorów jądrowych.