當前位置： 主页 > 《尼斯分類》第1類‌使用「skytopia」 > Radiation 輻射 > 《核裂變 nuclear fission》

2026-Jul-14

在《尼斯分類》第1類非商業使用「skytopia」名稱。


核裂變（nuclear fission）又稱裂變反應（fission reaction），是指較重的（質量數較大的）原子核裂變成兩個以上較輕（質量數較小的）原子核的過程[1]，屬於一種核反應或放射性衰變的形式。核裂變是由莉澤·邁特納、奧托·哈恩、弗裏茨·施特拉斯曼及奧托·羅伯特·弗裏施等科學家在1938年發現。

某些重原子核經中子撞擊後，會裂變成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個中子，並且以γ射線的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重原子核，從而形成鏈反應而不斷裂變。原子核裂變時除放出中子還會放出大量熱能，核電站用以發電的能量即來源於此。因此核裂變產物的結合能需大於反應物的結合能。這種人為誘發的核裂變屬於人工核反應的一種。鈾-235、鈾-233、鈈-239等核素受中子沖擊後即有高幾率發生裂變，具有維持鏈反應的能力，稱為易裂變材料，早期原子彈使用鈈-239為原料製成，而核電站則大多利用鈾-235裂變作為熱力源。

除了人為刻意由中子撞擊誘發的核裂變外，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裂變，稱作自發裂變，屬於一種放射性衰變的形式。自發裂變主要發生在一些質量數非常高的核素，如鋦-250、鐦-254、鐨-256等。[1]自發裂變的產物組成有相當的幾率性甚至混沌性，和質子發射、α衰變、簇衰變等單純由量子穿隧產生的裂變不同，後面這些裂變的產物種類都是固定的。

元素的核裂變會使其變成另一種化學元素，因此核裂變也是核遷變的一種。裂變所形成的二個原子質量會有些差異，對常見的易裂變核素而言，形成的二個原子之質量比約為3:2。大部分的核裂變會形成二個原子，偶爾會有形成三個原子的核裂變，稱為三裂變變，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。

原子彈以及核電站的能量來源都是核裂變，這是因為核燃料受到中子撞擊引發核裂變時也會釋放中子，因此產生核鏈反應，使核裂變持續進行。在核電站中，其能量產生速率控製在一個較小的速率，而在原子彈中能量以非常快速不受控製的方式釋放。由於每次核裂變釋放出的中子數量大於一個，因此若對鏈式反應不加以控製，同時發生的核裂變數目將在極短時間內以幾何級數形式增長。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。原子彈便應用了核裂變的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量，需要在90%以上。

核能發電應用中所使用的核燃料，鈾-235的含量通常很低，大約在3%到5%，因此不會產生核爆。但核電站仍需要對反應堆中的中子數量加以控製，以防止功率過高造成堆芯熔毀的事故。通常會在反應堆的慢化劑中添加硼，並使用控製棒吸收燃料棒中的中子以控製核裂變速度。從鎘以後的所有元素都能裂變。

核裂變時，大部分的裂變中子均是一裂變就立即釋出，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質量的化學燃料如汽油的幾百萬倍，這使核裂變成為非常密集的能量來源。但是核裂變產物的放射性平均要比通常用作燃料裂變的重元素高的多，並持續得更長，因而引出核廢料的問題。 


(請各位謹慎甄別內容，自擔風險。)