裂变(nuclearfission)又称
分裂,是一个原
分裂成几个原
的变化。是指由重的原
,主要是指铀或钚,分裂成较轻的原
的一
反应形式。
只有一些质量非常大的原像铀(you)、钍(tu)等才能发生
裂变。这些原
的原
在
收一个
以后会分裂成两个或更多个质量较小的原
,同时放
二个到三个
和很大的能量,又能使别的原
接着发生
裂变……,使过程持续
行
去,这
过程称作链式反应。原
在发生
裂变时,释放
大的能量称为原
能,俗称原
能。1千克铀-235的全
的裂变将产生20,000兆瓦小时的能量(足以让20兆瓦的发电站运转1,000小时),与燃烧300万吨煤释放的能量一样多。另见裂变和聚变。
裂变是在1938年发现的,由于当时第二次世界大战的需要,
裂变被首先用于制造威力
大的原
武
——原
弹。原
弹的
大威力就是来自
裂变产生的
大能量。目前,人们除了将
裂变用于制造原
弹外,更努力研究利用
裂变产生的
大能量为人类造福,让
裂变始终在人们的控制
行,
电站就是这样的装置。
裂变释放能量是因为原质量-能量的储存方式以铁及相关元素(见
合成)的
的形态最为有效。从最重的元素一直到铁,能量储存效率基本上是连续变化的,所以,重
能够分裂为较轻
(到铁为止)的任何过程在能量关系上都是有利的。如果较重元素的
能够分裂并形成较轻的
,就会有能量释放
来。然而,很多这类重元素的
一旦在恒星
形成,即使在形成时要求输
能量(取自超新星爆发),它们却是很稳定的。不稳定的重
,比如铀-235的
,可以自发裂变。快速运动的
撞击不稳定
时,也能
发裂变。由于裂变本
释放分裂的
,所以如果将足够数量的放
质(如铀-235)堆在一起,那么一个
的自发裂变将
发近旁两个或更多
的裂变,其
每一个至少又
发另外两个
的裂变,依此类推而发生所谓的链式反应。这就是称之为原
弹(实际上是
弹)和用于发电的
反应堆(通过受控的缓慢方式)的能量释放过程。对于
弹,链式反应是失控的爆炸,因为每个
的裂变引起另外好几个
的裂变。对于
反应堆,反应
行的速率用
铀(或其他放
质)堆的可
收
分
的
质来控制,使得平均起来每个
的裂变正好引发另外一个
的裂变。
裂变所释放的
能量
移动速度极
(快
),因此必须通过减速,以增加其撞击原
的机会,同时引发更多
裂变。一般商用
反应堆多使用慢化剂将
能量
速度减慢,变成低能量的
(
)。商营
反应堆普遍采用普通
、石墨和较昂贵的重
作为慢化剂。
裂变是一个原
分裂成几个原
的变化。只有一些质量非常大的原
像铀、钍等才能发生
裂变。这些原
的原
在
收一个
以后会分裂成两个或更多个质量较小的原
,同时放
二个到三个
和很大的能量,又能使别的原
接着发生
裂变……,使过程持续
行
去,这
过程称作链式反应。原
在发生
裂变时,释放
大的能量称为原
能,俗称原
能。1克铀235完全发生
裂变后放
的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。比原
弹威力更大的
武
是氢弹,就是利用
聚变来发挥作用的。
聚变的过程与
裂变相反,是几个原
聚合成一个原
的过程。只有较轻的原
才能发生
聚变,比如氢的同位素氘、氚等。
聚变也会放
大的能量,而且比
裂变放
的能量更大。太
连续
行着氢聚变成氦过程,它的光和
就是由
聚变产生的。
裂变是怎样发现的?
莉泽·迈特纳(lisemeitner)和奥多·哈恩(ottohahn)同为德国柏林威廉皇帝研究所(kaiserwilhelminstitute)的研究员。作为放元素研究的一
分,迈特纳和哈恩曾经奋斗多年创造比铀重的原
(超铀原
)。用游离质
轰击铀原
,一些质
会撞击到铀原
,并粘在上面,从而产生比铀重的元素。这一
看起来显而易见,却一直没能成功。
他们用其他重金属测试了自己的方法,每次的反应都不所料,一切都
莉泽的
理方程式所描述的发生了。可是一到铀,这
人们所知的最重的元素,就行不通了。整个20世纪30年代,没人能解释为什么用铀
的实验总是失败。
从理学上讲,比铀重的原
不可能存在是没有
理的。但是,100多次的试验,没有一次成功。显然,实验过程
发生了他们没有意识到的事
。他们需要新的实验来说明游离的质
轰击铀原
时究竟发生了什么。
最后,奥多想到了一个办法:用非放的钡作标记,不断地探测和测量放
的镭的存在。如果铀衰变为镭,钡就会探测到。
他们先行前期实验,确定在铀存在的条件
钡对放
镭的反应,还重新测量了镭的确切衰变速度和衰变模式。这
了他们三个月的时间。
没等他们行实质
的实验,莉泽就不得不逃往瑞典,躲避上台的希特勒纳粹党。奥多只得独自
行他们的伟大的实验。
哈恩完成实验两周后,莉泽就收到了一份的报告,其
记述了他实验的失败。哈恩用集束粒
轰击铀,却连镭也没得到,只探测到了更多的钡——钡远远多
了实验开始时的量。他
到迷惑不解,请求莉泽帮他解释这究竟是怎么回事。
一周后,莉泽穿着雪鞋在初冬的雪地里散步,这是一个画面从她心一闪而过:原
将自
撕裂开来。这个画面来得那么生动、惊人和
烈,她几乎从想象
就能
到原
的
动,能听到原
撕裂时发
的咝咝声。
她立即认识到自己已经找到了答案:质的增加使铀原
变得很不稳定,从而发生分裂。他们又
了一个实验,证明当游离的质
轰击放
铀时,每个铀原
都分裂成了两
分,生成了钡和氪。这个过程还释放
大的能量。
就这样迈特纳发现了裂变的过程。
将近4年之后,1942年12月2日午2时20分,恩里克·费米扳动开关,几百个
收
的镉控制
冲
石墨块和数吨氧化铀小球垒成的反应堆。费米在芝加哥大学斯塔格足球场的西看台
的地
网球场
堆放了4.2万个石墨块。这是世界上第一个
反应堆——是迈特纳发现的产
。1945年,原
弹的发明是她的
裂变发现的第二次应用。
我们应谨慎利用裂变!
裂变(资料可
过)在线
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