核裂變是這樣的

這個問題問到了我的大學專業，要知道核裂變中的中子是如何準確轟擊原子核的，需要知道中子有什麼性質，中子通量，能產生裂變的核物質，以及鏈式反應的問題。

在微觀領域的現實中，想要操作單箇中子去轟擊單個原子核是很困難的，特別是單一存在的中子極不穩定，不一會兒就變成了質子，都來不及發射它。但是讓一堆中子去轟擊一堆原子核的成功率會不會變大？增加中子數目，直到能擊中原子核的成功率俗話說得好，準度不夠，數量來湊！這就是中子能準確轟擊原子核的秘密。

（一堆中子轟擊一堆鈾原子，本人手藝不高，圖醜）

這裡提及的中子通量簡單的說就是一堆中子轟擊一堆原子核的引數。大的熱中子通量下，中子與原子核會發生多種核反應，核裂變反應就是其中之一。

接上文，如何產生中子呢？可以透過加速器加速一堆質子，轟擊鉛、鎢、汞等重原子靶核，這樣可以產生20個左右有動能的中子，其中根據攜帶的動能不同，可分為快中子、慢中子、熱中子等。

中子不帶電的性質決定了它不受原子核內帶正電的斥力，是選擇中子轟擊的主要原因。使一堆中子轟擊一堆原子核，產生原子的裂變反應就是微觀領域中我們能操作的“點火裝置”。

（松山湖一一國家散裂中子源中心）

還有一種中子源是∝粒子轟擊複合元素靶，如釙鈹、鋂鈹、鐳鈹複合元素靶、會產生少量慢中子。

鈾的同位素鈾235是自然界中唯一易裂變的物質。其他易裂變物質需要人工合成，可以在核反應堆獲得增殖的易裂變物質，所以鈾作為稀土物質有著極為重要國家安全意義。

熱中子轟擊鉛以上重原子核，理論上均可產生裂變反應，但易實現，能自續的裂變反應的還是熱中子轟擊鈾235。

（簡單的鈾235裂變圖）

中子轟擊鈾235可裂變成至少5部分，既2塊裂變碎片，2箇中子，1箇中微子，光子。併產生最少207MeV能量。

（中子轟擊鈾235後生成的東西）

看到了吧！1箇中子轟擊鈾235可產生2一3箇中子，2一3箇中子續繼轟擊鈾235產生4一9箇中子，再次反應會產生8一27箇中子，這會使鏈式裂變反應在瞬間完成，同時反應放出巨大能量，原子彈就是這樣的原理。

（炸向依瑪司的原子彈）

裂變反應中加入鎘可吸收呈指數增長的中子，以降低反應率，反應堆填充重水等物質可形成中子反射層，以防止過多的中子洩露。這樣鏈式裂變就可以控制了，就有了可控核裂變。

（簡單的壓水反應堆圖，中間粉色的棒棒是鎘棒，下半部分藍色的可以是重水）

以上就是中子轟擊原子核的過程，我們以熱中子轟擊鈾235為例，敘述了整個過程，這樣可以更好的理解微觀物質世界。

先讓結論，在核裂變時，我們不需要讓中子準確地撞擊原子核，我們只需要讓裂變材料的質量達到臨界質量，我們就可以讓核裂變的鏈式反應延續下去。

下面，讓我們從頭來進行比較詳細的解釋。

什麼是核裂變呢？核裂變是一種鏈式反應，在核電站或者原子彈中，以鈾235作為裂變材料。下面是裂變反應中的方程式。

即使用一箇中子撞擊一個鈾235原子，得到一個鋇原子，一個氪原子和3箇中子；而3箇中子又會繼續撞擊周圍的鈾235，形成鏈式反應。

在核裂變反應中，會發生質量虧損，而虧損的質量，則會變成能量釋放。原子彈就是在鈾235雪崩一般的核裂變中釋放出巨大能量的。

愛因斯坦用著名的質能方程刻畫了這個釋放能量的過程。

其中，m為虧損的質量，c為光速，E就是釋放的能量。1kg的鈾235，釋放的能量，相當於10噸TNT炸藥爆炸的能量。

那我們怎麼樣才能讓核裂變鏈式反應的第一個反應開始呢？這裡會有一個叫做“臨界質量”的概念。

這個概念在教科書的解釋是，維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量，不同的可裂變材料，受核子的性質、物理性質、物料型狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響，而會有不同的臨界質量。

簡單來說，就是想要鈾235核裂變發生，對鈾235的質量、濃度和體積是有要求的，需要達到某一個值。

我們以原子彈為例，上圖為原子彈的示意圖。

在原子彈爆炸前，中子源位於原子彈的中央，而裂變材料鈾235則分佈在中子源的附近。其中每一塊鈾235，都未達到臨界質量。

當引爆時，原子彈內部的炸藥首先爆炸，產生的推力，會將每一塊鈾235推向彈體中央，使鈾235聚集超過臨界質量。這時，只要有哪怕一箇中子撞擊，就會引發鏈式反應，產生巨大的破壞能量。

在核電站中，工程師們使用了石墨降低中子的速度，控制棒來控制反應的快慢，使裂變在可控的情況下緩慢進行。