Nükleer fisyon, ağır bir atom çekirdeğinin (genellikle Uranyum-235 veya Plütonyum-239) nötronlarla bombardıman edilmesi sonucu, kararsız hale gelerek iki veya daha fazla hafif çekirdeğe bölünmesi olayıdır. Bu süreçte, muazzam miktarda enerji, birkaç yeni nötron ve radyasyon açığa çıkar. Açığa çıkan bu enerji, Einstein'ın ünlü \( E=mc^2 \) formülü ile açıklanır; yani kütlenin bir kısmı saf enerjiye dönüşür.
Bir nötron, yavaşlatılmış (termal) hızda Uranyum-235 çekirdeğine çarptığında, çekirdek kararsız Uranyum-236'ya dönüşür. Bu kararsız çekirdek, yaklaşık 10⁻¹⁴ saniye gibi inanılmaz kısa bir sürede ikiye bölünür. Ortalama olarak her fisyon tepkimesi 2-3 yeni nötron ve ~200 MeV (Mega Elektron Volt) enerji açığa çıkarır.
Atom bombası, nükleer fisyonun kontrolsüz bir zincirleme tepkimeyle patlatılması prensibine dayanır. Temelde iki ana tasarım vardır:
Hiroşima'ya atılan bomba bu türdendi. Bir top namlusu düzeneğinde, kritik alt-kütledeki bir parça Uranyum-235, barutla ateşlenerek diğer kritik alt-kütledeki parçaya doğru fırlatılır. İki parça birleşerek süper-kritik kütleye ulaşır ve anında kontrolsüz zincirleme tepkime başlar.
Nagasaki'de kullanılan bombadır. Plütonyum-239'dan yapılmış, küresel bir kritik alt-kütle, konvansiyonel patlayıcıların (lensler) aynı anda ve simetrik olarak patlatılmasıyla içe doğru sıkıştırılır. Bu sıkıştırma, malzemeyi süper-kritik hale getirir ve zincirleme tepkimeyi başlatır.
Nükleer fisyon, insanlığın karşılaştığı en güçlü fiziksel süreçlerden biridir. Aynı temel bilim, bir yandan temiz ve güçlü bir enerji kaynağı (nükleer santraller) sunarken, diğer yandan insan eliyle yapılmış en yıkıcı silahın kalbinde yer alır. Bu ikilem, fisyon teknolojisinin gelişimini ve uluslararası politikadaki yerini şekillendirmeye devam etmektedir.
