核裂變(nuclearfission)又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。是指由重的原子，主要是指鈾或钚，分裂成較輕的原子的一種核反應(yīng)形式。

只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾(you)、釷(tu)等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……，使過程持續(xù)進(jìn)行下去，這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能，俗稱原子能。1千克鈾－235的全部核的裂變將產(chǎn)生20,000兆瓦小時的能量(足以讓20兆瓦的發(fā)電站運轉(zhuǎn)1,000小時)，與燃燒300萬噸煤釋放的能量一樣多。另見裂變和聚變。

核裂變是在1938年發(fā)現(xiàn)的，由于當(dāng)時第二次世界大戰(zhàn)的需要，核裂變被首先用于制造威力巨大的原子武器——原子彈。原子彈的巨大威力就是來自核裂變產(chǎn)生的巨大能量。目前，人們除了將核裂變用于制造原子彈外，更努力研究利用核裂變產(chǎn)生的巨大能量為人類造福，讓核裂變始終在人們的控制下進(jìn)行，核電站就是這樣的裝置。

裂變釋放能量是因為原子核中質(zhì)量－能量的儲存方式以鐵及相關(guān)元素(見核合成)的核的形態(tài)最為有效。從最重的元素一直到鐵，能量儲存效率基本上是連續(xù)變化的，所以，重核能夠分裂為較輕核(到鐵為止)的任何過程在能量關(guān)系上都是有利的。如果較重元素的核能夠分裂并形成較輕的核，就會有能量釋放出來。然而，很多這類重元素的核一旦在恒星內(nèi)部形成，即使在形成時要求輸入能量(取自超新星爆發(fā))，它們卻是很穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的重核，比如鈾－235的核，可以自發(fā)裂變?？焖龠\動的中子撞擊不穩(wěn)定核時，也能觸發(fā)裂變。由于裂變本身釋放分裂的核內(nèi)中子，所以如果將足夠數(shù)量的放射性物質(zhì)(如鈾－235)堆在一起，那么一個核的自發(fā)裂變將觸發(fā)近旁兩個或更多核的裂變，其中每一個至少又觸發(fā)另外兩個核的裂變，依此類推而發(fā)生所謂的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這就是稱之為原子彈(實際上是核彈)和用于發(fā)電的核反應(yīng)堆(通過受控的緩慢方式)的能量釋放過程。對于核彈，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是失控的爆炸，因為每個核的裂變引起另外好幾個核的裂變。對于核反應(yīng)堆，反應(yīng)進(jìn)行的速率用插入鈾(或其他放射性物質(zhì))堆的可吸收部分中子的物質(zhì)來控制，使得平均起來每個核的裂變正好引發(fā)另外一個核的裂變。

核裂變所釋放的高能量中子移動速度極高(快中子)，因此必須通過減速，以增加其撞擊原子的機(jī)會，同時引發(fā)更多核裂變。一般商用核反應(yīng)堆多使用慢化劑將高能量中子速度減慢，變成低能量的中子(熱中子)。商營核反應(yīng)堆普遍采用普通水、石墨和較昂貴的重水作為慢化劑。

核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾、釷等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……，使過程持續(xù)進(jìn)行下去，這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能，俗稱原子能。1克鈾235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當(dāng)于燃燒2.5噸煤所產(chǎn)生的能量。比原子彈威力更大的核武器是氫彈，就是利用核聚變來發(fā)揮作用的。核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。只有較輕的原子核才能發(fā)生核聚變，比如氫的同位素氘、氚等。核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行著氫聚變成氦過程，它的光和熱就是由核聚變產(chǎn)生的。

核裂變是怎樣發(fā)現(xiàn)的？

莉澤·邁特納（lisemeitner）和奧多·哈恩（ottohahn）同為德國柏林威廉皇帝研究所（kaiserwilhelminstitute）的研究員。作為放射性元素研究的一部分，邁特納和哈恩曾經(jīng)奮斗多年創(chuàng)造比鈾重的原子（超鈾原子）。用游離質(zhì)子轟擊鈾原子，一些質(zhì)子會撞擊到鈾原子核，并粘在上面，從而產(chǎn)生比鈾重的元素。這一點看起來顯而易見，卻一直沒能成功。

他們用其他重金屬測試了自己的方法，每次的反應(yīng)都不出所料，一切都按莉澤的物理方程式所描述的發(fā)生了?？墒且坏解櫍@種人們所知的最重的元素，就行不通了。整個20世紀(jì)30年代，沒人能解釋為什么用鈾做的實驗總是失敗。

從物理學(xué)上講，比鈾重的原子不可能存在是沒有道理的。但是，100多次的試驗，沒有一次成功。顯然，實驗過程中發(fā)生了他們沒有意識到的事情。他們需要新的實驗來說明游離的質(zhì)子轟擊鈾原子核時究竟發(fā)生了什么。

最后，奧多想到了一個辦法：用非放射性的鋇作標(biāo)記，不斷地探測和測量放射性的鐳的存在。如果鈾衰變?yōu)殍D，鋇就會探測到。

他們先進(jìn)行前期實驗，確定在鈾存在的條件下鋇對放射性鐳的反應(yīng)，還重新測量了鐳的確切衰變速度和衰變模式。這花了他們?nèi)齻€月的時間。

沒等他們進(jìn)行實質(zhì)性的實驗，莉澤就不得不逃往瑞典，躲避上臺的希特勒納粹黨。奧多只得獨自進(jìn)行他們的偉大的實驗。

哈恩完成實驗兩周后，莉澤就收到了一份長長的報告，其中記述了他實驗的失敗。哈恩用集束粒子流轟擊鈾，卻連鐳也沒得到，只探測到了更多的鋇——鋇遠(yuǎn)遠(yuǎn)多出了實驗開始時的量。他感到迷惑不解，請求莉澤幫他解釋這究竟是怎么回事。

一周后，莉澤穿著雪鞋在初冬的雪地里散步，這是一個畫面從她心中一閃而過：原子將自身撕裂開來。這個畫面來得那么生動、驚人和強(qiáng)烈，她幾乎從想象中就能感到原子核的跳動，能聽到原子撕裂時發(fā)出的咝咝聲。

她立即認(rèn)識到自己已經(jīng)找到了答案：質(zhì)子的增加使鈾原子核變得很不穩(wěn)定，從而發(fā)生分裂。他們又做了一個實驗，證明當(dāng)游離的質(zhì)子轟擊放射性鈾時，每個鈾原子都分裂成了兩部分，生成了鋇和氪。這個過程還釋放出巨大的能量。

就這樣邁特納發(fā)現(xiàn)了核裂變的過程。

將近4年之后，1942年12月2日下午2時20分，恩里克·費米扳動開關(guān)，幾百個吸收中子的鎘控制棒沖出石墨塊和數(shù)噸氧化鈾小球壘成的反應(yīng)堆。費米在芝加哥大學(xué)斯塔格足球場的西看臺下的地下網(wǎng)球場內(nèi)堆放了4.2萬個石墨塊。這是世界上第一個核反應(yīng)堆——是邁特納發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)物。1945年，原子彈的發(fā)明是她的核裂變發(fā)現(xiàn)的第二次應(yīng)用。

我們應(yīng)謹(jǐn)慎利用核裂變!

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