核裂变

核的反应。具有核裂变的核燃料有铀-235、铀-233、钚-239，目前正在运转的核电厂所使用的是铀-235。用慢中子轰击铀-235时，就起下列裂变反应：

裂变产物非常复杂，已发现的裂变产物有35种元素（从₃₀Zn到₆₄Gd），放射性核有200种以上。

核裂变所释放出的大量能量与质量亏损有关，可用爱因斯坦（A．Einstein）公式进行计算

△E=△mc²

式中△E表示系统能量的改变量△E=∑E_生成物-∑E_反应物，△m表示系统质量的改变量，（△m=∑m_生成物-∑m_反应物），c为光速（2.9979×10⁸m·s^-1），若以如下裂变反应为例

141.9092、90.9056g·mol^-1。

则△m=｛141.9092＋90.9056＋3×1.00867）

-（235.0439＋1.00867）｝g·mol^-1

=｛235.8048-236.0526｝g·mol^-1

＝-0.2118g·mol^-1

△E=△m·c²

=（-0.2118×10^-3kg·mol^-1）×（2.9979×10⁸m·s^-1）²

＝-1.9035×10¹³kg·m²·s^-2·mol^-1

=-1.9035×10¹³J·mol^-1

=-1.9035×10¹⁰kJ·mol^-1

1.000g铀-235放出的能量是

在核裂变过程中，每1g参加反应的铀-235可放出约8×10⁷kJ的能量，而每1g煤完全燃烧时放出的热量约为30kJ。这就是说，1g铀-235裂变所产生的能量相当于约2.7×10⁶g煤燃烧时所放出的能量。可见核能是多么巨大。

由于核裂变反应中产生了中子，故裂变反应以链式反应的形式进行。一般来说，在核裂变反应中，产生的中子数多于消耗的中子数，但产生的中子会被核裂变物质和反应堆内构件吸收一部分，还有一部分中子将逃逸到堆外，幸存中子的多少，对裂变链式反应具有决定性影响，如果幸存中子平均不到1，链式反应就愈来愈弱，称为“收敛”，如果幸存中子平均大于1，则链式反应会愈来愈强，称为“发散”，最后可能达到无法控制的地步，原子弹爆炸即利用此原理，这非常危险！故我们希望幸存中子恰好为1，让链式反应经久不息地进行下去。驾驭链式反应可通过控制棒实现，控制棒可用中子吸收截面很大但本身又不发生裂变的材料如镉、硼、铪制成。这种核反应堆称为热中子反应堆。

天然铀按质量分数是包含0.0055％铀-234、0.72％铀-235和99.2745％铀-238三种同位素的“家族”，铀-238不能直接用作核裂变燃料，如果仅用铀-235作核燃料，其资源就很少。现代技术已开创了将铀-238转变成钚-239的技术

钚-239能进行核裂变反应。也就是说，在反应堆里，每个铀-235或钚-239裂变时放出的中子，除维持裂变反应外，还有少量的中子可以用来使难裂变的铀-238转变为易裂变的钚-239。这种反应堆称为快中子增殖堆。简称快堆。即快堆在消耗裂变燃料以产生核能的同时，还能生成相当于消耗量1.2～1.6倍的裂变燃料。这样，就可以把热中子反应堆中所积压的铀-238充分利用。