裂變化學

裂變化學中以化學的方法為主，結合現代實驗核物理技術，研究重原子核的分裂規律和裂變產物的分支學科。1938年O.哈恩等發現鈾核分裂現象時，就是用嚴密的化學邏輯進行分析，從而得出原子核能夠分裂這一重大科學結論的。

基本介紹

• 中文名：裂變化學
• 類型：化學
• 規律：分裂規律
• 時間：1938年

核裂變

核裂變是一個重原子核分裂成兩個質量相近的新原子核（稱為輕、重兩個裂片），同時放出大量能量和幾個中子的過程；也有分裂成更多裂片的情形,但幾率很小。一個重原子核既可以和核衰變一樣自發地分裂，並有自發裂變的半衰期；又可以和核反應一樣受中子、光子及其他粒子的轟擊而引起核分裂。當前，除了繼續尋找可自發分裂的新的重核素外，還使用各種能量的粒子（輕離子、重離子、μ子等）轟擊各種較重的原子核，廣泛研究裂變反應。已經找到60多個具有自發裂變特徵的核素；能夠接受入射粒子轟擊而產生裂變的重核就更多了，而且隨著入射粒子所帶能量的提高，可以進行分裂的核素還在不斷增加。然而，真正具有實用價值並且研究得比較詳細的，僅有鐦252的自發裂變，鈾235、鈽239和鈾233的熱中子裂變。

裂變化學

重核裂變

由重核裂變所生成的輕、重兩個裂片的動能是遵循統計規律的。典型的最可幾值是：輕裂片為70兆電子伏，重裂片為100兆電子伏。裂變所生成的兩個裂片，每一個裂片所取的電荷數和質量數，在一定的範圍內也是隨機的。現有的實驗技術還無法對同一種核素的單個原子核的裂變現象逐個地觀察，得到的只是該種核素的大量核裂變事件的統計結果。發生裂變反應後的體系是一個複雜的體系，如鈾235的熱中子裂變產生的裂片包含有36種元素的90多種核素。初裂片經一系列β衰變後，生成更多的產物核。 觀察初裂片的形成過程、存在的條件和生成後的衰變，是認識核裂變現象的重要途徑。

裂變化學

裂變過程中發射的中子有兩種：一種是重核分裂時和初裂片形成後的10-14秒內發射的中子，稱為瞬發中子；另一種是緩發中子，它是具有一定能量的裂片(Z、N)經過β衰變後的子體產物(Z+1、N-1)（所具有的能量仍然高於中子的結合能）在去激時發射出來的中子。緩發中子發射的壽命在0.1秒到1分鐘之間，產額約占裂變中所產生中子總量的1%。

研究範圍

裂變化學的研究範圍主要有：

①在自然界尋找可裂變核素，研究可裂變核素存在的條件，確定它們的性質、生產方法和套用價值。

②研究裂變產物的產額同其質量和電荷的關係，運用歸納的方法總結實驗事實，分析、探索各種核素髮生分裂的內在規律，最後得出對裂變現象的合理解釋。

③研究裂變產物的分離和分析的方法以及重核發生裂變後產生新的核素，放出中子、γ射線和中微子等現象。

套用

裂變化學的研究成果已用於解決生產實際和科學研究等領域裡的課題。核能的利用、核爆炸和核能發電等用途都給裂變化學研究提出了課題，核燃料後處理和核裂片的利用更是與裂變化學密切相關，

例如：

①反應堆中燃料燃耗的測定。反應堆常用鈾235作為燃料。燃耗指隨著反應堆的運行，燃料中鈾235消耗的量。可以選取一種較長壽命的裂片核素如銫137作比較，利用已經準確測定的裂變產額，從堆芯中取樣分析銫137的含量，就可換算出鈾235的消耗量。

②核子彈裝料性質的分析。從核爆炸後生成的煙雲及落下灰中取樣，分析其中某些裂片核素的含量，可以推斷炸彈中的原始裝料情況。

③利用裂變現象計時。天然存在的鈾238核自發裂變的半衰期約為9.8×1015年，產生的裂片帶有巨大動能和很高的電荷。帶電的高能裂片在結晶固體中運動，能造成晶格的損傷，從而留下一種永久的裂變徑跡。根據裂變徑跡的密度，測定出鈾238在固體中的含量後，可算出每年由於鈾238在固體中自裂變所造成的裂變徑跡數，從而推斷出結晶固體存在的年齡。這種測定年代的方法，已用於礦物、地質和天體的研究中。