Ist bei einer Anordnung von S paltstoff der Neutronen vervielfachungsfaktor größer als eins, nimmt die Kettenreaktion einen exponentiell anwachsenden Verlauf, sofern nicht andere Faktoren dies aufheben oder kompensieren. Ein anfahrender Kernreaktor oder eine gezündete Kernwaffe gelten als überkritisch beziehungsweise sogar prompt überkritisch.

Ultra-Cold Neutrons - Ultrakalte Neutronen
Ultrakalte Neutronen sind Teil des modernen Forschungsgebiets in der Grundlagenphysik. Neutronen, die sich langsamer als etwa sechs Meter pro Sekunde bewegen, werden als UCN bezeichnet. Sie lassen sich in Gefäßen mit besonderer Wandbeschichtung über längere Zeit für Experimente einfangen, ohne das Volumen zu verlassen.

Eine Anordnung aus Spaltstoff , deren Neutronenvervielfachungsfaktor kleiner als eins ist, wird als unterkritisch bezeichnet. Eine solche Anordnung kann Wärme produzieren und sendet Strahlung und Wärmeenergie aus. Die Freisetzung nimmt aber ständig ab, wenn nicht von außen Neutronen nachgeliefert werden. Beispiele hierfür sind ein Kernreaktor, der herunter gefahren wird oder eine Testanordnung für Kernwaffen in hydrodynamischen Versuchen.

U
Uran ist in einer durchschnittlichen Konzentration von 2,7 Gramm pro Tonne in der Erdoberfläche enthalten. Etwa 99,3 Prozent davon sind schwer spaltbares ²³⁸U mit einer Halbwertszeit von 4,468 Milliarden Jahren. Dieses Uran- Isotop ist sehr schwach radioaktiv. Für den Reaktorbetrieb, aber auch für Kernwaffen , ist ²³⁵U von Bedeutung. Es lässt sich durch Neutronen mit wenig Energieaufwand spalten. Für den Reaktorbetrieb wird das ²³⁵U üblicherweise auf drei bis vier Prozent angereichert (LEU - Low-Enriched Uranium). Beim Waffenbau wird auf über 20 Prozent ( HEU - High-Enriched Uranium) bis zu 97,3 Prozent ²³⁵U (VHEU - Very High-Enriched Uranium) angereichert. Bei der Isotopentrennung bleibt abgereichertes Uran zurück, das fast kein spaltbares Uran mehr enthält. Dieses wird vermehrt in der Waffentechnik für gehärtete und stark durchdringende Projektile verwendet. Es kam erstmals im Golfkrieg 1991 in großem Stil durch die US-Armee zum Einsatz. Zu den negativen gesundheitlichen Folgen siehe auch Depleted Uranium (DU).

²³³U hat 233 Nukleonen im Atomkern und eine Halbwertszeit von 159.200 Jahren. Es zeigt vor allem α-Zerfall aber auch Cluster-Emission . Es eignet sich wie auch das Uran Isotop ²³⁵U zur Herstellung von Kernwaffen . Die Kritische Masse beträgt etwa ein Drittel der von ²³⁵U.

²³⁵U hat 235 Nukleonen im Atomkern und eine Halbwertszeit von 703,8 Millionen Jahren. Es zeigt vor allem α-Zerfall aber auch Spontanspaltung und Cluster-Emission . Wegen seiner langen Halbwertszeit ist ²³⁵U nur schwach radioaktiv .

(²³⁸U)
²³⁸U hat 238 Nukleonen im Atomkern und eine Halbwertszeit von 4,468 Milliarden Jahren. Es zeigt vor allem α-Zerfall aber auch Spontanspaltung und β^--Zerfall . Wegen seiner langen Halbwertszeit ist ²³⁸U nur schwach radioaktiv .

(UO₂)
Häufigstes Uranoxid und chemisch sehr stabil und Temperatur beständig. Der Kernbrennstoff für die meisten Reaktoren ist heute Urandioxid, früher wurde dagegen oft metallisches Uran (U) verwendet.

Uranerz ist ein Erz das Uranmetall enthält. Der volkstümliche Name für dieses dunkle Gestein, dem in früheren Zeiten magische und heilende Kräfte zugesprochen wurden, ist Pechblende. Die Physikerin Marie Curie (1867-1934) führte die ersten systematischen Experimente zur Erforschung der Natur der radioaktiven Strahlung mit Joachimsthaler Pechblende durch und entdeckte das Polonium (Po) und das Radium (Ra).

(UF₆)
UF₆ ist ein Zwischenprodukt der Urananreicherung . Bei Raumtemperatur ist es weiß und kristallin. Der Siedepunkt des Materials liegt bei etwa 56 Grad Celsius. Bei der Anreicherung wird UF₆ erhitzt und als Gas in Uranzentrifugen oder früher auch in Diffusionskaskaden weiter verarbeitet.

Urankern ist der Atomkern eines Uran-Atoms. Je nach Uranisotop besteht der Kern aus unterschiedlich vielen Neutronen , aber immer aus 92 Protonen . Die Zahl aus Neutronen und Protonen ergibt die Massenzahl. ²³⁸U besitzt 146 Neutronen.

Uranoxid kommt meistens als Urandioxid UO₂ vor. Es ist eine stabile Verbindung des Urans und häufige chemische Zusammensetzung von Kernbrennstoff für Reaktoren . Das früher teilweise verwendete metallische Uran ist im Gegensatz zum UO₂ korrosionsanfällig.

Die Uranzentrifuge ist eine Maschine zur Anreicherung von Uran . Dabei muss das Uranisotopengemisch zuerst als Gas (etwa UF₆ )vorliegen. Durch sehr schnell rotierende Zylinder wird es in seine Isotope aufgetrennt. Dabei wird der kleine Massenunterschied (3 Neutronmassen) von ²³⁸U und ²³⁵U genutzt. Das schwerere ²³⁸U wird durch die größeren Zentrifugalkräfte stärker nach außen gedrängt. Die Konzentration von ²³⁵U im Innern des rotierenden Zylinders steigt dadurch etwas an. Dieses nun leicht angereicherte UF₆-Gas wird über weitere Zentrifugen geführt, um den ²³⁵U-Anteil weiter zu erhöhen. Neben der Brennstoff herstellung für Kernreaktoren haben Uranzentrifugen eine wesentliche Bedeutung bei der Erzeugung von kernwaffenfähigem Uran. Um nennenswerte Mengen von angereichertem Uran zu erhalten, sind mehrere tausend Zentrifugen in einer Anreicherungsanlage als Kaskade nötig. Die Errichtung einer solchen Anlage ist entsprechend teuer und technisch schwierig. Uranzentrifugen fallen unter Embargogüter. Sie sind magnetisch gelagert und besitzen Peripheriegeschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit oder darüber. Der Energieaufwand einer Zentrifugenkaskade ist vergleichbar mit dem Stromverbrauch einer Kleinstadt.

Neben den prompten Neutronen , die unmittelbar nach der Kernspaltung von Uran freigesetzt werden, existieren auch verzögerte Neutronen aus Spaltbruchstücken. Sie werden gemeinsam mit Betastrahlung dieser Tochterkerne zum Teil erst nach mehreren Sekunden emittiert. Die verzögerten Neutronen machen nur einen geringen Prozentsatz an den gesamten Neutronen eines Kernreaktors aus. Sie tragen dennoch wesentlich zur Stabilität der Kernreaktion bei. Thermische Kernreaktoren machen sie viel leichter steuerbar, da sich Änderungen in der Reaktivität nicht sofort stark multiplizieren. In schnellen Reaktoren tragen verzögerte Neutronen nicht zum Spaltprozess bei. Ihre Steuerung ist daher wesentlich komplizierter. Das wird als häufiges Argument gegen die schnellen Reaktoren ins Feld geführt. In Kernwaffen spielen verzögerte Neutronen ebenfalls keine Rolle, da die Reaktion für eine Mitwirkung der verzögerten Neutronen zu schnell abläuft.

Vollcontainment ist eine Sicherheitshülle zum Einschluss der Radioaktivität eines Reaktors . Sie erfüllt besonders hohe Anforderungen hinsichtlich Dichtheit und Stabilität. Nicht jedes Containment ist ein Vollcontainment. Die nationalen Definitionen unterscheiden sich hier teilweise.