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核裂变(资料可跳过)

核裂变nucນleaທrfission又称核分裂,是一个原子核分裂成几个原子核的变化。是指由重的原子,主ว要是指铀຀或钚,分裂成较轻的原子的一种核反应形式。

只有一些质量非常大的原子核像铀you、钍tu等才能发生核裂ฐ变。这些原子的原子核在吸收一个ฐ中子以后会分裂成两ä个ฐ或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中ณ子和很大的能量,又能使别ี的原子核接着发生核裂ฐ变……,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂ฐ变时,释放出巨大的能量称为原子核能ม,俗称原子能。1千克铀-235๓的全部核的裂ฐ变将产生20่,00่0兆瓦小时的能量足以让20兆瓦的发电å站运转1้,ไ0่00小时,与燃烧3๑0่0่万吨煤释放的能ม量一样多。另见裂ฐ变和聚变。

核裂变是在1้93๑8年发现的,由于当时第二次世界大战的需要,核裂变被首先用于制造威力巨เ大的原子武器——原子弹。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨เ大能量。目前,人们除了将核裂ฐ变用于制造原子弹外,更努力研究利用核裂变产生的巨大能ม量为人类造福,让核裂ฐ变始终在人们的控制ๆ下进行,核电å站就是这样的装ณ置。

裂ฐ变释放能量是因为ฦ原子核中质量-能量的储存方式以铁及相关元素见核合成的核的形态最为有效。从最重的元素一直到铁,能量储存效率基本上是连续变化的,所以,重核能ม够分裂为较轻核到铁为ฦ止的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核,就会有能量释放出来。然而,很多这类重元素า的核一旦在恒星内部ຖ形成,即使在形成时要求输入能量取自超新星爆发,它们却是很稳定的。不稳定的重核,比如铀຀-23๑5的核,可以自发裂ฐ变。快速运动的中子撞击不稳定核时,也能触发裂变。由于裂ฐ变本身释放分裂的核内中子,所以如果将足够数量的放射性物质如铀-2๐3๑5๓堆在一起,那么一个核的自发裂变将触发近旁้两个或更多核的裂变,其中每一个ฐ至少又触发另外两个ฐ核的裂ฐ变,依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为ฦ原子弹实际上是核弹和用于发电的核反应堆通过受控的缓慢方式的能ม量释放过程。对于核弹,链式反应是失控的爆炸,因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。对于核反应堆,反应进行的速率用插入铀或其他放射性物质堆的可吸收部分中子的物质来控制,使得平均起来每个核的裂ฐ变正好引发另外一个核的裂变。

核裂变所释放的高能ม量中子移动速度极高快中子,因此必须通过减速,以增加其撞击原子的机会,同时引发更多核裂变。一般商用核反应堆多使用慢化剂๘将高能量中子速度减慢,变成低能量的中子热中ณ子。商营核反应堆普遍采用普通水、石墨和较昂贵的重水作为ฦ慢化剂。

核裂ฐ变是一个原子核分裂成几个ฐ原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀຀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到เ三个中ณ子和很大的能量,又能ม使别的原子核接着发生核裂ฐ变……,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂ฐ变时,释放出巨大的能ม量称为原子核能,俗称原子能ม。1克铀235๓完全发生核裂ฐ变后放出的能量相当于燃烧25๓吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹,就是利ำ用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反,是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能ม发生核聚变,比如氢的同位素า氘、氚等。核聚变也๣会放出巨大的能ม量,而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部ຖ连续进行着氢聚变成氦过程,它的光和热就是由核聚变产生的。

核裂变是怎样发现的?

莉泽·迈特纳lisemeitner和奥多·哈恩ottohahn同为德国柏林威แ廉皇帝研究所kaiserwilhelminstitute的研究员。作为ฦ放射性元素研究的一部分,迈特纳和哈恩曾经奋斗ç多年创造比铀重的原子超铀຀原子。用游离质子轰击铀຀原子,一些质子会撞击到เ铀原子核,并粘在上面,从而产生比铀重的元素。这一点看起来显而易见,却一直没能成功。

他们用其他重金属测试了自己้的方แ法,每次的反应都不出所料é,一切都按莉泽的物理方แ程式所描述的发生了。可是一到铀຀,这种人们所知的最重的元素,就行不通了。整个20่世纪30่年代,没人能解释为什么เ用铀做的实验总是失败。

从物理学上讲,比铀຀重的原子不可能存在是没有道理的。但是,1้00多次的试验,没有一次成功。显然,实验过程中ณ发生了他们没有意识到的事情。他们需要新的实验来说明游离的质子轰击铀原子核时究竟发生了什么。

最后,奥多想到了一个办法:用非放射性的钡作标记,不断地探测和测量放射性的镭的存在。如果铀衰变为ฦ镭,钡้就会探测到。

他们先进行前期实验。确定在铀存在地条件下钡้对放射性镭地反应。还重新า测量了镭地确切衰变速度和衰变模式。这花了他们三个月地时间。

没等他们进行实质性地实验。莉泽就不得不逃往瑞典。躲避上台地希特勒纳粹党。奥多只得独自进行他们地伟大地实验。

哈恩完成实验两周后。莉泽就收到了一份长长地报告。其中ณ记述了他实验地失败。哈恩用集束粒子流轰击铀。却连镭也没得到。只探测到เ了更多地钡——钡้远远多出了实验开始时地量。他感到迷惑不解。请求莉泽帮他解释这究竟是怎么回事。

一周后。莉泽穿着雪鞋在初冬地雪地里散步。这是一个画面从她心中一闪而过:原子将自身撕裂开来。这个画ฑ面来得那ว么เ生动、惊人和强烈。她几乎ๆ从想象中就能ม感到เ原子核地跳动。能听到原子撕裂时发出地咝咝声。

她立即认识到自己已经找到了答案:质子地增加使铀原子核变得很不稳定。从而发生分裂。他们又做了一个实验。证明当游离地质子轰击放射性铀຀时。每个ฐ铀຀原子都分裂成了两部分。生成了钡和氪。这个过程还释放出巨เ大地能ม量。

就这样迈特纳发现了核裂变地过程。

将近4๒年之后,194๒2年12๐月2๐日下午2时20分,恩里克·费米扳动开关,几百个ฐ吸收中子的镉控制棒冲出石墨块和数吨氧化铀຀小球垒成的反应堆。费米在芝加哥大学斯塔格足球场的西看台下的地下网球场内堆放了42万个石墨块。这是世界上第一个核反应堆——是迈特纳发现的产物。194๒5年,原子弹的发明是她的核裂变发现的第二次应用。

我们应谨慎利ำ用核裂变!