A maghasadás olyan folyamat, amelyben egy atommag többnyire két (néha három) könnyebb részre szakad. Ennek során általában más részecskék (például neutronok) és elektromágneses sugárzás (gamma-sugárzás) is keletkeznek. A maghasadás spontán módon is létrejöhet, de többnyire azt valami előidézi.
A leggyakoribb hasadási reakció az atomreaktorokban:
n + 235U → X + Y + (0-8)n + γ + többletenergia,
ahol X és Y jelöli az urániumból keletkező atommagokat. Ezeket hasadási termékeknek (például 99Zr, 99Mo, 137Te, 140Xe) hívják, és össztömegük majdnem kiadja a kiinduló urániumatommag tömegét (figyeljük meg, hogy a reakció velejárója 0-tól 8 neutronig terjedő részecskekibocsátás is).
A hasadási reakció animációja: a kibocsátott neutronok és gamma-fotonok száma reakcióról reakcióra változhat
Az uránium hasadásakor átlagosan 2,5 neutron keletkezik, tehát a neutronok száma a rendszerben növekszik. A hasadási termékek többsége radioaktív, és így átlagosan 5 gamma-foton kerül kibocsátásra minden egyes reakcióban.
Az animáció a következő hasadási reakciót mutatja be: n + 235U → 90Kr + 143Ba + 3n + 4γAmikor egy neutront a 235U atommag elnyel, akkor 236U atommag keletkezik olyan nagyon nagy energiával, hogy a nukleonok a magon belül erőteljes rezgésbe kezdenek, és az atommag megnyúlik.
A 235U hasadása során körülbelül 200MeV energia szabadul fel. Ennek összetevői a hasadványok és a neutronok kinetikus energiája (rendre kb. 167MeV és 5MeV), illetve a béta-bomlások (hasadványokként átlagosan 3 bomlás) során kb. 17MeV energiakibocsátás történik. A maradék 7MeV gamma-fotonokként sugárzódik ki.
Ne felejtsük el, hogy egy szénatom égetése során kb. 4eV energia szabadul fel, amely 50 milliószor kisebb, mint a hasadási érték! TNT robbanáskor az egy molekulára jutó energia szintén nagyon kicsi, kb. 18 milliószor kisebb a hasadáshoz képest.
Már tudjuk, hogy 235U hasadási reakciójakor körülbelül 2 neutron termelődik.
Az egyedi hasadások száma egyenesen arányos az anyagban lévő hasadásra képes atommagok számával. A hasadásban keletkező neutronok akkor tudnak újabb hasadást előidézni, ha hasadásra képes atommag fogja be őket. Azonban a hasadási neutronokat más atommagok is befoghatják, vagy kiszökhetnek az anyag térfogatából. Így a hasadás valószínűsége 1 alá esik. Azonban ezt a valószínűséget lehet bizonyos módokon növelni.
A hasadási neutronok 1-2MeV energiával rendelkeznek. Ezeknek a gyors neutronoknak kicsi az esélyük arra, hogy hasadásra késztessék a 235U-t, ezért ők sok-sok atommag mellett suhannak el, mielőtt hasadást hoznak létre. Az egyik megoldás, hogy lelassítjuk a neutronokat, azaz lecsökkentjük az energiájukat viszonylag kis értékre (néhány eV-ra). A nagyobb valószínűséget elképzelhetjük úgy is, hogy a lassú neutronok hosszabb ideig érintkeznek az urániumatommaggal. Az ilyen neutronokat termikus neutronoknak nevezzük, mert a mozgási energiájuk a levegőben lévő molekulákéval nagyjából megegyezik. Az atomreaktorokban például a neutronokat úgy lassítjuk le, hogy a hasadásra képes anyag közé úgynevezett moderátort (pl. víz vagy grafit) helyezünk.A hasadási valószínűséget úgy is lehet növelni, hogy a hasadásra képes anyagot neutronreflektorral vesszük körül, azaz olyan anyaggal, amely visszaszórja a neutronokat, ezáltal növeli az ütközések számát. A berillium, a grafit és az acél például remek reflektoranyagok.
Ezen túl néhány neutront az anyag valamely más atommagja is befoghat. A termikus neutronokra a bór, a kadmium és a gadolínium ilyen hatékony befogó anyagok. A gyors neutronokat a természetes uránium leggyakoribb izotópja, a 238U könnyen befoghatja, és hasadásra képes 239Pu és 240Pu izotópokat hozhat létre. Ezért a láncreakcióra használt anyagunk kémai és izotópösszetételét rendkívül pontosan ismernünk kell. Az atomreaktorokról szóló következő fejezetben erről részletesen lesz szó. >