基本介紹
裂變鏈式反應原理,裂變結果,維持條件,
裂變鏈式反應原理
在物理學中，裂變鏈式反應指一種反應過程的產物可以引起另一種反應，因而使這種反應一經開始就能自動持續進行的反應過程。例如，在一定條件下進行的原子核裂變過程就是一種鏈式反應。鈾235的原子核在吸收一個中子後發生裂變，一分為二。鈾核裂變放出2～3箇中子，這些中子又會打中旁邊的兩個核，並擊破它們。這又會產生出4個新的中子，粉碎另外4個核。這樣。由1個鈾核裂變引起2、4、8、16……個鈾核裂變，很快把整塊鈾捲入，釋放出無比巨大的能量。鏈式反應可以不斷供給核分裂所需要的大量中子，是反應堆運轉的必要條件。
裂變結果
裂變過程中放出的中子有三種歸宿：
①在碰撞中失去部分能量，由快中子變成慢中子，再為U所俘獲引起裂變。
②在天然鈾中被U吸收，不再引起裂變。
③逃逸出裂變物質之外而丟失。
其中第③種過程中子被U吸收後，將發生一系列β衰變，最終成為239Pu。為實現鏈式反應，就必須減少中子的後兩種變化的可能。實驗表明：任何能量的中子都可以使U裂變，熱中子可以使其有更大的裂變截面。
只有能量超過1.1兆電子伏的高能中子才能使U裂變，且裂變截面不大。鏈式反應中，大部分裂變中子都通過非彈性散射，降低能量，不能引起U裂變，而被其吸收。由於天然鈾中，U占99.27%，U占0.71%，因此要使鏈式反應持續進行，必須採取辦法，增加天然鈾中U的濃度，使其成為濃縮鈾或濃集鈾。另外，為避免中子逃出裂變物質，還必須使濃縮鈾具有足夠大的體積，這個體積稱為臨界體積。
維持條件
鏈式反應如果不依靠外界的作用能持續下去，則稱為自持鏈式反應。具體條件是，當一個可裂變核吸收一個中子產生裂變後，新產生的裂變中子，平均至少要有一個中子能再引起另一個可裂變核裂變。但必須注意到，在核裂變過程中產生的中子並非完全都能再引起裂變反應。中子在運動過程中一方面可能發生其他一些非裂變的核反應，另一方面有一部分不可避免地會從反應堆中泄漏損失掉。這是因為反應堆不僅包含著核燃料、冷卻劑、慢化劑(熱中子反應堆)和結構材料等，而且本身大小又是有限的。
對於熱中子反應堆，引起鏈式反應的主要是熱中子，但裂變釋放的中子都是快中子。因此，裂變中子在反應堆內一定要經過中子慢化過程，使原來能量較高的裂變中子經與慢化劑原子核的散射作用，而逐漸慢化到熱能(見中子慢化)。即使變成了熱中子，但在它被燃料吸收以前，熱中子在反應堆內還經歷由高密度向低密度的擴散過程(見中子擴散)。
中子在慢化過程與擴散過程中都存在著泄漏損失。由此可見，鏈式反應是在裂變中子經歷一系列過程後得以自持下去的。如果反應堆內單位時間內裂變產生的中子數等於或多於單位時間內裂變吸收(包括裂變和輻射俘獲)和泄漏損失的中子數，則反應堆內鏈式反應才可能自持下去(見反應堆臨界)。反應堆是一種可控的自持鏈式反應裝置，而核子彈則是一種不可控的自持鏈式反應裝置。
