基本介紹
- 中文名：裂變物質
- 外文名：fissile material
- 定義：原子核可以裂變的物質
- 套用：核燃料
- 學科：核化學
- 實例：235U、 239Pu、233U等
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介紹
凡原子核可以裂變的物質統稱為裂變物質，例如： 在中子作用下可以裂變的U、U及Pu。它們本身以及它們的各種合金和化合物，可用作反應堆的燃料，所以又叫做核燃料。有些物質雖可發生少量裂變( 如U、Pu)，但習慣上不把它們叫做裂變物質。
裂變物質裂變時同時放出能量，例如，一公斤U完全裂變時所放出的能量。約相當於2500噸優質煤完全燃燒時放出的能量。海洋中的人工放射性核素主要由U裂變時形成的裂變產物進入海洋的。
裂變過程中釋放的中子數V是各不相同的。如剛超過裂變點的元素 (銀)裂變許多次才放出一個中子; 而重元素(例如釷和鈾) 每次裂變放出2個或多箇中子。即使就這樣的元素而論，中子被核俘獲以後，在很多情況下，伴隨著以發射γ射線的形式釋放其過剩的能量，而不是核裂變。這就減少了對進一步裂變有用的中子數。中子俘獲與中子裂變之比，對各種核來說是不同的，並且隨轟擊中子的能量而變化。只有很少幾種元素的同位素，它們的裂變機率比俘獲機率高。鈾-233、鈾-235和鈽-239等這些可裂變同位素是能維持裂變反應的僅有的材料，因此稱為核燃料。
這些同位素中，只有鈾-235在自然界中存在，它占天然鈾的1/40，其餘為鈾-238。其它兩種可裂變同位素必須用人工生產，鈾-233是通過釷-232的中子俘獲，而鈽-239是通過鈾-238的中子俘獲而分別得到的。同位素釷-232和鈾-238稱為可轉換材料。
裂變現象
（核）裂變是一個重原子核分 裂成兩個(或更多個)中等質量原子核的現象。 按分裂的方式不同可分為自發裂變和誘發裂 變。前者是在沒有外部入射粒子轟擊情況下自 行發生的核裂變。後者是在外來粒子(最常見 的是中子)轟擊下產生的裂變。
1938年哈恩和 斯特拉斯曼在分析中子照射鈾的產物時發現了 原子核的誘發裂變。1940年彼得扎克和弗廖 羅夫發現天然鈾核的自發分裂現象。1947年 錢三強和何澤慧等發現了中子轟擊鈾的三分裂 和四分裂現象(約300個裂變中有一個三分裂， 上萬個裂變中有一個四分裂)。核裂變是核的 大形變集體運動的結果。關於裂變的機理，至 今仍然是一個需要進一步研究的問題。液滴模 型認為，原子核猶如一個由核子組成的“液滴”。
例如，鈾235核吸收一個中子後，由於增加了由 這箇中子帶來的多餘的結餘能而形成激發態的 鈾236核。激發態原子核像受力的液滴一樣， 處於不穩定狀態而發生振盪。如果中子帶來的 結合能足夠大，原子核就由球形變成橢球，由橢 球變成啞鈴狀。隨著距離的拉長，複合核分裂 成兩個各自獨立的新球體(又稱裂變碎片)。這 個裂變過程約需萬億分之一秒(10秒)。在 分裂過程中原子核以釋放中子和γ射線的方 式退激，這就是裂變瞬發中子和瞬發γ射線。 裂變產生的碎片還要經歷一系列β衰變(放出 緩發中子)而變成穩定核。瞬發中子約占 99.3%，緩發中子約占0.645%。
常見裂變物質
鈾
國際上通用的鈾濃縮方法有離心法、氣體擴散法和雷射法，而氣體離心分離機則是提煉濃縮鈾通常採用的氣體離心法的關鍵設備。它是一個龐大的系統，通過每分鐘2萬轉以上的高速離心機，其他同位素可從天然鈾礦石中分離出去，剩餘的鈾235的濃度可達到95%以上。美國當年在日本廣島投放的核子彈是通過勞倫斯法分離製成的。
鈽
鈽（Pu）是一種放射性元素，是原子能工業的一種重要原料，可作為核燃料和核武器的裂變劑。投於長崎市的核子彈，使用了鈽製作核心部分。其也是放射性同位素熱電機的熱量來源。鈽最重要的同位素是鈽-239，半衰期為24100年，常被用制核子武器。鈽-239和鈽-241都易於裂變，即它們的原子核可以在慢速熱中子撞擊下產生核分裂，釋放出能量、伽馬射線（γ射線）以及中子輻射，從而形成核連鎖反應，並套用在核武器與核反應爐上。
套用價值
核裂變物質有著重要的實用價值。裂變能放出 巨大的能量。一個原子核裂變不但釋放能量， 還發射幾個中子。所發射的中子繼續引起其他 原子核裂變，再次產生更多的中子，這樣通過鏈 式反應找到大規模利用核能的途徑。隨著反應 堆的建立，除了巨大的核能在能源和軍事方面 的實際套用外，放射性同位素開始大量生產並 廣泛套用於科學技術和生產、醫療等各部門。
