核裂变

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235U 原子核的一种裂变过程,235U 原子核吸收一個中子,變成236U 原子核,然後236U 原子核裂变成二個快速運動的較小原子核,並釋放三個中子,同時也會產生伽马射线(圖中未繪出)

核裂变英语Nuclear fission),在港台称作核分裂,是指由較重的(原子序数較大的)原子,主要是指,分裂成较輕的(原子序数较小的)原子的一種核反應放射性衰變形式。核裂变是由莉澤·邁特納奥托·哈恩奥托·罗伯特·弗里施等科學家在1938年發現。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子彈應用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電廠最常見。

重核原子經中子撞擊後,分裂成為兩個較輕的原子,同時釋放出數個中子,並且以伽马射线的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子,從而形成鏈式反應而自發分裂。原子核分裂時除放出中子還會放出熱,核電廠用以發電的能量即來源於此。因此核裂变產物的結合能需大於反應物的的結合能。

核裂变會將化學元素變成另一種化學元素,因此核裂变也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異,以常見的可裂变物质同位素而言,形成二個原子的質量比約為3:2[1][2]。大部份的核裂变會形成二個原子,偶爾會有形成三個原子的核裂变,稱為三分裂變英语ternary fission,大約每一千次會出現二至四次,其中形成的最小產物大小介於質子原子核之間。

現代的核裂变多半是刻意產生,由中子撞擊引發的人造核反應,偶爾會有自發性的,因放射性衰變產生的核裂变,後者不需要中子的引發,特別會出現在一些質量數非常高的同位素,其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性,和质子发射英语proton emissionα衰變集群衰变英语cluster decay等單純由量子穿隧產生的裂变不同,後面這些裂变每次都會產生相同的產物。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂变時也會釋放中子,因此可以產生鏈式反應,使核裂变持續進行。在核电站中,其能量產生速率控制在一個較小的速率,而在原子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。

由於每次核分裂釋放出的中子數量大於一個,因此若對鏈式反應不加以控制,同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級数形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多,將會瞬間釋放大量的能量。原子彈便應用了核分裂的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量,需要在90%以上。

核能發電應用中所使用的核燃料,鈾-235的含量通常很低,大約在3%到5%,因此不會產生核爆。但核電廠仍需要對反應爐中的中子數量加以控制,以防止功率過高造成爐心熔毀的事故。通常會在反應爐的慢化劑中添加,並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度。從鎘以後的所有元素都能分裂。

核分裂時,大部分的分裂中子均是一分裂就立即釋出,稱為瞬發中子,少部分則在之後(一至數十秒)才釋出,稱為延遲中子。

簡介[编辑]

機制[编辑]

核裂变可以在沒有中子撞擊的情形下出現,這種核裂变稱為自發裂變,是放射性衰變的一種,只出現在幾種較重的同位素中。不過大部份的核裂变都是一種有中子撞擊的核反應,反應物裂变為二個較小的原子核。核反應是依中子撞擊的機制所產生,不是依照自發裂變中,相對較固定的指數衰減及半衰期特性所控制。

鏈式反應[编辑]

許多重元素,像是,會有由放射性衰變產生的自發裂變,以及由中子引發的核反應。任何吸收中子可以發生核裂變的原子核稱為「可以裂變物質」(fissionable),但可以吸收緩慢移動的熱中子發生核裂變的原子核才能策稱為可裂变物质。一些特別的可裂变物质及其同位素(像233U, 235U及239Pu)可以維持鏈式反應,而且可以提取足夠數量以供使用,這類的物質稱為核燃料。

参看[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ Arora, M. G.; Singh, M. Nuclear Chemistry. Anmol Publications. 1994. 202 [2011-04-02]. ISBN 81-261-1763-X. 
  2. ^ Saha, Gopal. Fundamentals of Nuclear Pharmacy Sixth. Springer Science+Business Media. 2010. 11 [2011-04-02]. ISBN 1-4419-5859-2.