核裂变 核分裂nuclear fission又称裂变反应fission reaction是指較重的質量數較大的原子核分裂成兩個以上较輕質量數较小的原子核的過程屬於一種核反應或放射性衰變的形式核裂变是由莉澤邁特納奥托哈恩弗里茨施特拉斯曼及奥托罗伯特弗里施等科學家在年發現 某些重原子核經中子撞擊後會分裂成為兩個較輕的原子同時釋放出數個中子並且以γ射线的方式釋放光子釋放出的中子再去撞擊其它的重原子核從而形成連鎖反應而不斷分裂原子核分裂時除放出中子還會放出大量熱能核電廠用以發電的能量即來源於此因此核裂变產物的結合能需大於反應物的結合能這種人為誘發的核分裂屬於人工核反應的一種鈾鈾鈽等核素受中子衝擊後即有高機率發生分裂具有維持連鎖反應的能力稱為易分裂材料早期原子彈使用鈽為原料製成而核電廠則大多利用鈾裂變作為熱力源 除了人為刻意由中子撞擊誘發的核分裂外某些重原子核不需要中子等外來因素的引發也會自發性地分裂稱作自發分裂屬於一種放射性衰變的形式自發分裂主要發生在一些質量數非常高的核素如鋦鉲鐨等自發分裂的產物組成有相當的機率性甚至混沌性和质子发射α衰變簇衰变等單純由量子穿隧產生的裂变不同後面這些裂变的產物種類都是固定的 元素的核裂变會使其變成另一種化學元素因此核裂变也是核遷變的一種分裂所形成的二個原子質量會有些差異对常見的易裂变核素而言形成的二個原子之質量比約為大部份的核裂变會形成二個原子偶爾會有形成三個原子的核裂变稱為三分裂變英语ternary fission大約每一千次會出現二至四次其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間 原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变这是因为核燃料受到中子撞擊引發核裂变時也會釋放中子因此產生核連鎖反應使核裂变持續進行在核电站中其能量產生速率控制在一個較小的速率而在原子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放由於每次核分裂釋放出的中子數量大於一個因此若對鏈式反應不加以控制同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級数形式增長若聚集在一起的重核原子足夠多將會瞬間釋放大量的能量原子彈便應用了核分裂的這種特性製成原子彈所使用的重核含量需要在以上 核能發電應用中所使用的核燃料鈾的含量通常很低大約在到因此不會產生核爆但核電廠仍需要對反應爐中的中子數量加以控制以防止功率過高造成爐心熔毀的事故通常會在反應爐的慢化劑中添加硼並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度從鎘以後的所有元素都能分裂 核分裂時大部分的分裂中子均是一分裂就立即釋出稱為瞬發中子少部分則在之後一至數十秒才釋出稱為延遲中子 核燃料的自由能是相近质量的化学燃料如汽油的几百万倍这使核裂变成为非常密集的能量来源但是核裂变产物的放射性平均要比通常用作燃料裂变的重元素高的多并持续得更长因而引出核废料的问题