Fissiili

Sana fissiili viittaa tavallisesti sellaiseen nuklidiin, joka voi hajotessaan eli fissioituessaan tuottaa todennäköisesti keskimäärin enemmän kuin yhden, sen energisen neutronin (teoriassa myös fotonin tai muun hiukkasen), joka voisi aikaansaada fission toisessa vastaavassa nuklidissa ja näin ollen voi tapahtua ydinreaktioiden ketjureaktio eli ydinketjureaktio. Sanaa käytetään myös puhuttaessa isotoopeista, materiaaleista tai jopa aineista. Fissiili isotooppi on sellainen atomi, jonka nuklidi on fissiili. Fissiili materiaali tai ydinasemateriaali sisältää pääosin fissiilejä isotooppeja. Yleiskielessä käytettävä "fissiili aine" sisältää ainakin jonkin verran fissiilejä isotooppeja; ydinasemateriaali on siten fissiiliä ainetta, mutta fissiili aine ei välttämättä ole ydinasemateriaalia, ja siten käsite "fissiili aine" on harhaanjohtava.

Ydinasemateriaali

Aine voi sisältää fissiileja tai epäfissiilejä nuklideja erilaisissa suhteissa. Jos aine sisältää riittävästi (massa) ja riittävällä tiheydellä (isotooppinen rikastusaste) fissiilejä nuklideja ts. niitä sisältäviä isotooppeja, voidaan aineella saavuttaa kriittinen massa ja ainetta voidaan kutsua ydinasemateriaaliksi tai fissiiliksi materiaaliksi.

Ydinpolttoaine ei ole fissiiliä materiaalia, eikä ydinasemateriaalia, sillä fissiilien nuklidien isotooppinen rikastusaste siinä on tavallisesti (kevytvesireaktori) 2–5 % luokkaa. Tällainen ydinpolttoaine ei voi saavuttaa kriittistä massaa millään määrällä, sillä fissiilien nuklidien tiheys on liian pieni määrästä riippumatta. Yleiskielessä ydinpolttoaineesta joskus puhutaan "fiissiilinä aineena", vaikka vain pieni osa aineesta sisältää fissilejä nuklideja/isotooppeja. Pieniä määriä fissiiliä materiaalia voidaan lisätä ydinpolttoaineeseen utilisaatio-tarkoituksessa, mutta ydinpolttoaine ei voi olla kokonaan fissiiliä materiaalia.

Ydinasemateriaali tai fissiili materiaali aiheuttaa (aina) ydinräjähdyksen, jos ja kun se saavuttaa kriittisen massan. Kriittinen massa riippuu kuitenkin monesta tekijästä kuten ainakin vapaiden neutronien määrästä ja energiasta, fissiilin aineen energiasta, määrästä, isotooppipuhtaudesta ja muodosta.

Fissiilit isotoopit

Ainoa merkittävissä määrin luonnossa esiintyvä fissiili isotooppi on uraanin 235-isotooppi. U-235:ttä on noin 0,72 % kaikesta luonnossa esiintyvästä uraanista.

Toinen merkittävä fissiili isotooppi on keinotekoisesti valmistettu plutoniumin 239-isotooppi. Sitä voidaan valmistaa melko yleisesti luonnossa esiintyvästä U-238-isotoopista neutronipommitus-menetelmällä. Pu-239 ja muitakin plutoniumin isotooppeja syntyy absorption eli neutronikaappauksen ja transmutaation eli radioaktiivisen hajoamisen seurauksena.

Kolmas merkittävä fissiili isotooppi on uraanin 233-isotooppi. Isotooppia voidaan valmistaa luonnossa esiintyvästä toriumista (joka on lähes 100 % Th-232-isotooppia) ns. torium-ydinpolttoainekierron avulla. U-233 isotooppia voidaan sitten soveltaa ydinenergian tuotantoon mm. sulasuolareaktorissa.

Kattavampi, muttei täydellinen, luettelo fissiileistä nuklideista:

• uraani : ${}_{92}^{233}U$ ja ${}_{92}^{235}U$
• neptunium : ${}_{93}^{238}Np$
• plutonium : ${}_{94}^{238}Pu$, ${}_{94}^{239}Pu$, ${}_{94}^{241}Pu$ ja ${}_{94}^{243}Pu$
• amerikium : ${}_{95}^{241}Am$, ${}_{95}^{242}Am$ ja ${}_{95}^{244}Am$
• curium ${}_{96}^{242}Cm$, ${}_{96}^{243}Cm$, ${}_{96}^{244}Cm$ ja ${}_{96}^{245}Cm$