M07 链式反应

目标:解释铀 -235 裂变中的链式反应。

1939年，德国科学家哈恩(O.Hahn)和斯特拉斯曼(F. Strassmann)首次实现了原子裂变。他们用中子轰击铀-235，天然铀中只含有0.7 %的铀-235。铀-235原子分裂成两个较小的原子(钡和氪的同位素) 和三个中子，并释放出能量。这个过程叫做“裂变”。裂变产生的中子又引发进一步的裂变，随之释放出更多的能量。这种链式反应可以表示为:

 

   最初产生的同位素具有放射性，但因alpha辐射和beta辐射而转变成稳定的核素:Kr+Zr及Ba+Nd。

如果铀-235样品的量不足5 kg(该量称为临界质量)，中子就会从样品的表面逃逸而损失掉。当样品量较大时，中子会保留在铀堆里，使链式反应呈指数形式加速增长，并释放出巨大的能量。原子弹的能量就来源于此。一颗原子弹中装有两块铀-235，每块的质量都小于临界质量。引爆原子弹时，有一个步骤是把一块铀-235挤压进另一块中，形成一块比临界质量大的铀-235块，引爆后原子弹爆炸。控制铀-235的裂变可以获得原子能。反应堆使用U-235和U-238的混合物，但只有同位素 U-235 发生裂变。U-238 可以吸收快中子，不吸收慢中子。在反应堆中，为防止 U-238 吸收中子，设法让U-235裂变产生的中子流过石墨块而得以减速。为了控制反应并避免过热，反应堆中插入强中子吸收体——硼棒。如果裂变过快，推进硼棒以吸收更多的中子;如果裂变慢了下来，拉出硼棒使中子增多，使反应加速。也可以使用其他核燃料，如Pu-239。
图 M07 表示的链式反应并不是U-235 惟一可能发生的反应，有时会释放出两个中子，这时可形成一个原子序数在51和57之间的原子核，以及另一个原子序数在35和41之间的原子核。