核裂變

核的反應(yīng)。具有核裂變的核燃料有鈾-235、鈾-233、钚-239，目前正在運(yùn)轉(zhuǎn)的核電廠所使用的是鈾-235。用慢中子轟擊鈾-235時(shí)，就起下列裂變反應(yīng)：

裂變產(chǎn)物非常復(fù)雜，已發(fā)現(xiàn)的裂變產(chǎn)物有35種元素（從₃₀Zn到₆₄Gd），放射性核有200種以上。

核裂變所釋放出的大量能量與質(zhì)量虧損有關(guān)，可用愛因斯坦（A．Einstein）公式進(jìn)行計(jì)算

△E=△mc²

式中△E表示系統(tǒng)能量的改變量△E=∑E_生成物-∑E_{反應(yīng)物}，△m表示系統(tǒng)質(zhì)量的改變量，（△m=∑m_生成物-∑m_{反應(yīng)物}），c為光速（2.9979×10⁸m·s^-1），若以如下裂變反應(yīng)為例

141.9092、90.9056g·mol^-1。

則△m=｛141.9092＋90.9056＋3×1.00867）

-（235.0439＋1.00867）｝g·mol^-1

=｛235.8048-236.0526｝g·mol^-1

＝-0.2118g·mol^-1

△E=△m·c²

=（-0.2118×10^-3kg·mol^-1）×（2.9979×10⁸m·s^-1）²

＝-1.9035×10¹³kg·m²·s^-2·mol^-1

=-1.9035×10¹³J·mol^-1

=-1.9035×10¹⁰kJ·mol^-1

1.000g鈾-235放出的能量是

在核裂變過程中，每1g參加反應(yīng)的鈾-235可放出約8×10⁷kJ的能量，而每1g煤完全燃燒時(shí)放出的熱量約為30kJ。這就是說，1g鈾-235裂變所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于約2.7×10⁶g煤燃燒時(shí)所放出的能量。可見核能是多么巨大。

由于核裂變反應(yīng)中產(chǎn)生了中子，故裂變反應(yīng)以鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的形式進(jìn)行。一般來說，在核裂變反應(yīng)中，產(chǎn)生的中子數(shù)多于消耗的中子數(shù)，但產(chǎn)生的中子會(huì)被核裂變物質(zhì)和反應(yīng)堆內(nèi)構(gòu)件吸收一部分，還有一部分中子將逃逸到堆外，幸存中子的多少，對(duì)裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)具有決定性影響，如果幸存中子平均不到1，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就愈來愈弱，稱為“收斂”，如果幸存中子平均大于1，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會(huì)愈來愈強(qiáng)，稱為“發(fā)散”，最后可能達(dá)到無法控制的地步，原子彈爆炸即利用此原理，這非常危險(xiǎn)！故我們希望幸存中子恰好為1，讓鏈?zhǔn)椒磻?yīng)經(jīng)久不息地進(jìn)行下去。駕馭鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可通過控制棒實(shí)現(xiàn)，控制棒可用中子吸收截面很大但本身又不發(fā)生裂變的材料如鎘、硼、鉿制成。這種核反應(yīng)堆稱為熱中子反應(yīng)堆。

天然鈾按質(zhì)量分?jǐn)?shù)是包含0.0055％鈾-234、0.72％鈾-235和99.2745％鈾-238三種同位素的“家族”，鈾-238不能直接用作核裂變?nèi)剂�，如果僅用鈾-235作核燃料，其資源就很少�，F(xiàn)代技術(shù)已開創(chuàng)了將鈾-238轉(zhuǎn)變成钚-239的技術(shù)

钚-239能進(jìn)行核裂變反應(yīng)。也就是說，在反應(yīng)堆里，每個(gè)鈾-235或钚-239裂變時(shí)放出的中子，除維持裂變反應(yīng)外，還有少量的中子可以用來使難裂變的鈾-238轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊念?/font>-239。這種反應(yīng)堆稱為快中子增殖堆。簡(jiǎn)稱快堆。即快堆在消耗裂變?nèi)剂弦援a(chǎn)生核能的同時(shí)，還能生成相當(dāng)于消耗量1.2～1.6倍的裂變?nèi)剂�。這樣，就可以把熱中子反應(yīng)堆中所積壓的鈾-238充分利用。