核子裂變

核子裂變，即核裂變（nuclear fission），是指重核分裂為兩個或更多箇中等質量碎片的反應，有著重大的實用價值。

基本介紹

• 中文名：核子裂變
• 外文名：nuclear fission
• 別稱：核裂變
• 發現時間：1938年
• 發現者：O.哈恩和F.斯特拉斯曼
• 套用案例：核子彈、核電站

基本概述

核裂變（nuclear fission）重核分裂為兩個或更多箇中等質量 碎片的反應。1938年O.哈恩和F.斯特拉斯曼用中子轟擊鈾做了一系列嚴格的化學實驗鑑別反應產物，確認為原子量較小的鑭和鋇，從而發現核裂變現象。以後發現除中子外，質子、γ射線、氘核以及其他粒子也能使重核裂變，甚至某些重核可自發裂變。1947年錢三強、何澤慧發現鈾核俘獲中子後可發生三分裂或四分裂，但機率很小。

過程條件

裂變釋放很大的能量，根據比結合能曲線，一個重核裂變為兩個中等質量核釋放的能量大約有210兆電子伏特(MeV)，1千克鈾全部裂變釋放的能量約相當2500噸煤的燃燒熱；裂變碎片的質量分布很廣，在30<Z<60和72<A<164的範圍內，其中以A=96和140的機率最大，占7%；裂變的同時平均放出2～3箇中子，碎片也是不穩的，含有過多的中子，還可放出中子或通過一系列的β衰變和γ躍遷成為穩定核；對於不同的重核，中子引起裂變的截面不同，235U和239Pu有很大的裂變截面，是很好的核燃料，而天然鈾中含量較多的238U，熱中子不能引起裂變，只有中子的動能大於1.4 MeV才能引起裂變，而且截面不大。

反應機制

1939年N.H.D.玻爾和J.A.惠勒用核液滴模型說明了核裂變反應的機制，中子被俘獲形成複合核，處於激發態，其形狀發生集體振盪，其中兩種力相互競爭，表面張力力圖使核恢復球形，而庫侖力力圖使核形變增大，變得橢球更長，這兩種力使得相應的表面能和庫侖能合起來形成一個勢壘。當核的激發能超過勢壘的頂點，可使得形變增大，最後導致液滴斷裂。據此分析，對於235U和239Pu動能很小的熱中子已能引起裂變；而238U則需要動能大於1.4MeV的中子才能引起裂變。

套用前景

核裂變是核物理學的重要研究領域。核裂變有著重大的實用價值，通過裂變鏈式反應找到大規模利用核能，核裂變產生的豐富的放射性同位素在科學技術領域內廣泛套用，核裂變是核大形變集體運動的結果，對核裂變的研究對於核物理學的發展有著重要意義。