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裂變,又稱核分裂,是指由較重的(原子序數較大的)原子,主要是指鈾或鈈,分裂成較輕的(原子序數較小的)原子的一種核反應形式。原子彈以及裂變核電站的能量來源都是核裂變。

1 裂變 -定義

重原子核分裂成兩個或多個較輕原子核的過程,叫裂變。多指核裂變,是一個重原子的原子核分裂為兩個或更多較輕原子核、並在分裂時兩到三個自由中子並釋放巨大能量的過程。裂變時釋放的能量是相當巨大的,1千克鈾全部裂變釋放的能量超過2000噸煤完全燃燒時釋放的熱量。

2 裂變 -原理

裂變釋放能量是因為原子核中質量與能量的儲存方式以鐵及相關元素(見核合成)成核,從最重的元素一直到鐵,能量儲存效率基本上是連續變化的。所以,重核能夠分裂為較輕核(到鐵為止)的任何過程在能量關係上都是有利的。如果較重元素的核能夠分裂並形成較輕的核,就會有能量釋放出來。然而,很多這類重元素的核一旦在恆星內部形成,雖然在形成時需要輸入能量(取自超新星爆發),但是卻是很穩定的。

裂變裂變


不穩定的重核,比如鈾-235的核,可以自發裂變。快速運動的中子撞擊不穩定核時,也能觸發裂變。由於裂變本身釋放分裂的核內中子,所以如果將足夠數量的放射性物質(如鈾-235)堆在一起,那麼一個核的自發裂變將觸發近旁兩個或更多核的裂變,其中每一個至少又觸發另外兩個核的裂變,依此類推而發生所謂的鏈式反應。這就是稱之為原子彈(實際上是核彈)和用於發電的核反應堆(受控的緩慢裂變)的能量釋放過程。


對於核彈,鏈式反應是失控的裂變引發的爆炸,因為每個核的裂變引起臨近的幾個原子核的裂變。對於核反應堆,反應進行的速率用插入鈾(或其他放射性物質)中的可吸收中子的物質(一般用石墨和鎘棒)來控制,使得平均起來每個核的裂變正好引發另外一個核的裂變。


1千克鈾-235的全部核的裂變將產生20,000兆瓦小時的能量(足以讓20兆瓦的發電站運轉1,000小時),與燃燒300萬噸煤釋放的能量一樣多。另見核裂變、核聚變。

3 裂變 -舉例

如,氦的原子核裂變過程
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