鏈式反應檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

鏈式反應是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

歷史名詞是歷史上曾出現的事件及事物的名稱，例如「禪讓」，傳說古代實行舉薦賢能之人為首領繼承人的一種制度，據文獻記獻：有堯舉舜、舜舉禹、禹先舉皋陶、皋陶死禹又舉益等歷史故事。

名詞解釋

事件結果包含有事件發生條件的反應稱為鏈式反應。如有焰燃燒都存在鏈式反應。當某種可燃物受熱，它不僅會汽化，而且該可燃物的分子會發生熱解作用從而產生自由基。自由基是一種高度活潑的化學形態，能與其他的自由基和分子反應，而使燃燒持續進行下去，這就是燃燒的鏈式反應。

但一般地，鏈式反應指核物理中，核反應產物之一又引起同類核反應繼續發生、並逐代延續進行下去的過程。

鈾核裂變

鈾核裂變的假說一經提出，所有的物理實驗室立刻沸騰起來了，對這一現象展開了緊張的研究。在不到一年的時間內，所發表的有關核裂變的科學論文，總共達一百多篇，這在物理史上是沒有前例的。在很短的時期內，不但搞清楚了核裂變的基本特性，並且揭示了這一發現的深刻意義。鈾核裂變的基本特性是不對稱裂變。

不對稱裂變

鈾核吸收一個中子以後，按30多種不同的方式發生裂變，生成的碎片又發生一系列的β衰變，因此，一共產生30多種元素的近300種同位素。難怪費米、伊倫·居里、哈恩等當時第一流的科學家都被這種現象迷惑了那麼長的時間。

旁圖所示是鈾235裂變碎片的質量分布曲線。從圖中可以清楚地看到，分布曲線有兩個峰，一個在質量數95附近，一個在質量數138附近。雙峰曲線表示，鈾核裂變時，絕大部分是不對稱裂變，對稱裂變的幾率是很小的（質量數118附近）。這種不對稱裂變，在裂變現象發現後不久就通過各種實驗方法得到確證，但是在核理論已經取得巨大進展的今天，這種不對稱裂變的原因，依然是一個謎。

中子過剩

鈾核裂變時，分裂成兩個碎片的情況是最常見的，也曾觀察到分裂成三個（甚至四個）碎片的情況，不過發生的幾率很小，只有千分之幾。這種所謂「三裂變」現象，是中國著名核物理學家錢三強、何澤慧夫婦於1946年首先發現的。三裂變的幾率雖然很小，但由於它能更清楚地說明裂變機制，所以目前仍在對它進行研究。

核裂變所生成的碎片一般都是中子過剩的，它們以發射電子（β衰變）的方式逐漸將過剩的中子轉變成質子，即通過一連串的β衰變而到達穩定狀態。由於這個緣故，大多數裂變產物通常都是β放射性同位素。為什麼核裂變產生的碎片通常是中子過剩的呢？為什麼不是缺少中子或中子數與質子數正合適呢？

我們知道，原子核是由質子和中子（統稱核子）組成的。核子之間存在一種很強的作用力，叫做核力，這種力是一種短程吸引力。在原子核內，這種作用力很強，在原子核外，迅速降到零，核子就是靠這種力保持在原子核內的。另外質子間還存在靜電斥力，隨着原子序數的增加，即隨着原子核內質子數的增加，靜電斥力也增大。因此，為維持核的穩定性，需要更多的過剩中子所產生的核力來平衡這一斥力。因而，穩定原子核的核內中子數和質子數的比值，隨着原子序數的增加而變大。例如輕元素碳、氧等的中子數與質子數之比為1，中等質量的元素溴、鋇等為1.3，而鈾、釷等重元素則增大到1.6。原子核的中子數和質子數之比若小於或大於相應的合適比值，都將是不穩定的。

對於鈾核裂變的情況來說，鈾的中子數與質子數之比約為1.6，那麼，生成的碎片的中子數與質子數之比當然也是1.6左右。但是裂變生成的是中等質量的元素，它們在中子數與質子數之比為1.3左右時才是穩定的。顯然，這些碎片是中子過剩的，必然會以β衰變的方式，使中子數與質子數之比降到1.3左右，從而達到穩定狀態。

次級中子和質能轉換

不過由此也自然會產生這樣的問題：在鈾核裂變的過程中，是否會有一些過剩的中子不留在碎片內，而直接以自由中子的形式發射出來呢？這個重要問題曾由許多科學工作者加以研究，結果表明，鈾核裂變時確實會放出一些自由中子，這些中子通常叫做次級中子。在講述這一事實所蘊含的巨大意義之前，我們先來看一看另一個重要的事實：在鈾核裂變放出次級中子的同時，還會釋放出巨大的能量，請看下面的計算：

假定鈾235吸收一個中子後，裂變成一個溴85核和一個鑭148核，同時放出三個中子。

鈾235的質量為235.124u，溴85的質量為84.938u，鑭148的質量為147.96u，中子的質量為1.009u。u為原子質量單位，1u=1.66x10^(-27)kg。

因此裂變前的質量總和為：235.124u+1.009u=236.133；

裂變後的質量總和為：147.96u+84.938u+3×1.009u=235.925u；

裂變過程中質量的減少為：236.133u－235.925u=0.208u。

這些損失的質量到哪兒去了呢？根據愛因斯坦相對論可知，它們變成了能量。愛因斯坦推導出一個著名的質能轉換公式： ，其中c是光速（約等於每秒30萬公里），m是靜止物體的質量，E是靜止物體所含的能量。由這個公式可以方便地計算出鈾核裂變放出的能量約為194兆電子伏。近似地說來，每次裂變大約釋放200兆電子伏的能量。

這個數值是非常巨大的，比如說，1克鈾235完全裂變所釋放的能量，相當於2,000,000克（2噸）優質煤完全燃燒時所釋放的能量。也就是說，裂變能大約要比化學能大二百萬倍！

鈾核裂變時，一是放出中子，二是放出巨大的能量，這兩種可貴的性質緊緊地吸引着人們的注意力。人們特別感興趣的是每次裂變究竟能放出多少個中子，因為這關係到究竟能否實現鏈式反應，也就是關係到能否在實際利用原子能方面開闢一條道路的問題。

經過許多科學工作者的努力，很快就確定了每個鈾235核發生裂變時平均約放出2.5個中子。大自然為我們作了這—具有特殊意義的安排：次級中子數大於1！從而使鈾核裂變現象的發現成為不平凡的發現。如果每次裂變產生的平均次級中子數小於1的話，那麼這一發現的價值和我們對它的興趣就完全不同了。

一個鈾核在一個中子作用下發生裂變，如果裂變時放出兩個次級中子，這兩個次級中子又引起兩個鈾核發生裂變，放出四個次級中子，這四個中子再引起四個鈾核發生裂變……。如此下去，反應的規模將自動地變得越來越大，一幅鈾核鏈式反應的圖景，立即展現在我們面前。