連鎖反応 (核分裂)
連鎖反応(れんさはんのう、nuclear chain reaction)とは、核分裂性物質が中性子を吸収することで核分裂反応を起こすと同時に新たな中性子が飛び出し、さらに別の核分裂反応を引き起こして、単位時間当たりの反応回数が一定もしくは指数関数的に増加する状態である。
十分に多量(臨界量以上)の核分裂性物質の中で、制御されない状態の下で連鎖反応が起きると、エネルギーが爆発的に放出される。これが核兵器の動作原理になっている。連鎖反応は十分に制御された状態でエネルギー源としても用いられる(原子炉など)。
いくつかの核分裂反応で生じる中性子数とエネルギーの平均値は以下の通りである。
U + 中性子 -> 核分裂片 + 2.52 中性子 + 180 MeV.
Pu + 中性子 -> 核分裂片 + 2.95 中性子 + 200 MeV.
この反応式の右辺では、我々が利用することができず検出も困難なニュートリノの運動エネルギー分約 10 MeV は除かれている。
重い原子核が核分裂を起こすと、2個またはそれ以上の核分裂片が作られる。これらの分裂片は元の重い原子核よりも質量の小さな原子核からなる。分裂片の質量の和は、反応で生じるニュートリノのエネルギーを計算に入れたとしても元の原子核の質量に正確には一致しない。この質量の差は、反応で放出される中性子の質量と運動エネルギー及び反応前後の原子核の結合エネルギーの差に相当する。核分裂で放出された中性子は高速で飛び去り、中性子捕獲と呼ばれる過程によって別の重い原子核と衝突してさらに核分裂を起こす場合もある。このような過程が連鎖反応の元になっている。