甚麼是核分裂反応?

核分裂反応
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核分裂反応 熱中性子（低速の中性子）を吸収したウラン235が、クリプトン92とバリウム141に分裂した例。この分裂の際、平均2～3個の高速中性子が放出される。この中性子が別のウラン235に再び吸収され、新たな核分裂反応を引き起こすことを核分裂連鎖反応という。
この連鎖反応をゆっくりと進行させ、持続的にエネルギーを取り出すことに成功したのが原子炉である。一方、この連鎖反応を高速で進行させ、膨大なエネルギーを一瞬のうちに取り出すのが原子爆弾である。核分裂反応（かくぶんれつはんのう、Nuclear fission）とは、不安定核（重い原子核や陽子過剰核、中性子過剰核など）が分裂してより軽い元素を二つ以上作る反応のことを指す。

不安定核は主に次の3つの過程を経て別の原子核に変わる。

電子もしくは陽電子を放出して僅かに軽い核になる。
He核（アルファ粒子）を放出して少し軽い核になる。
He核より重い大きな核（重荷電粒子線）を一つ以上放出してかなり軽い核になる。
このうち 1, 2 は一般には原子核崩壊（それぞれベータ崩壊、アルファ崩壊）といい、この核崩壊を起こす原子核は放射線を出す能力を持つ（放射能）。原子核分裂というと 2, 3 になるが、一般的には 3 の事を指す事が多い。

核分裂性物質の原子核が中性子を吸収すると、一定の割合で3の過程で核分裂を起こし、合わせて中性子を放出する。この中性子が別の核分裂性物質の原子核に吸収されれば連鎖反応が起こる。また、この崩壊過程は発熱反応である。この連鎖反応と発熱反応の性質を利用して一度に大量の熱を生成する事が出来る。これが原子力発電や原爆の基本原理である。


[編集] ウラン原子の核分裂
天然ウランには、核分裂を簡単に起こすウラン235と起こさないウラン234、ウラン238が含まれている。ウラン235に熱中性子を一つ吸収させると、ウラン原子は大変不安定になり、二つの原子核と幾つかの高速中性子に分裂する。

代表的な核分裂反応としては下記のようなものがある。


上式で元素記号の左肩に示した質量数は原子核の中に存在する陽子と中性子の和であり、右辺と左辺の核子数は等しいことがわかる。しかし、実際の原子核の質量は一般に陽子と中性子の質量の総和よりも小さい。この質量差を質量欠損と呼ぶ。質量欠損の実体は、特殊相対性理論の帰結である質量とエネルギーの等価性 E = mc2 で質量に換算される原子核内部の核子の結合エネルギーに他ならない。よって、分裂前と分裂後の質量の差は結合エネルギーの差であり、核分裂を起こすとこの質量の差に相当するエネルギーが外部に放出される。上記の過程の質量差をエネルギーに換算すると、ウランの核分裂反応で放出されるエネルギーはウラン原子一つあたり約200MeVとなり、ジュールJに換算すると3.2×10-11Jとなる。1グラムのウラン235の中には、2.56×1021個の原子核を含むので、1グラムのウラン235が全て核分裂を起こすとおよそ8.2×1010Jのエネルギーが生まれる事になる。

このウラン235は、天然ウランに0.72%、原子炉で使用するウラン燃料に3%～5%、原子爆弾に使用する高濃縮ウランには90%以上がそれぞれ含まれている。


[編集] 核分裂生成物
核分裂の過程で原子核が分裂してできた核種を核分裂生成物 (fission product) という。核分裂片ともいう。 通常は二等分になることはなく、一方が重く（質量数140程度）、一方は軽い（95程度）核になる。これは、分裂するときに魔法数（まほうすう）に近い安定な原子核になろうとするためだと解釈されている。

核分裂生成物がどの核種になるかはある確率で決まる。この確率を収率 (yield) という。核分裂する核種によって異なる収率分布をもっているので、核分裂生成物を分析すれば核反応を起こした核種が判る。

核分裂生成物は様々な核種の混合物であるが、総じて陽子数と中性子数との均衡を欠いており放射能を持つ。これらの放射性同位体は、陽子と中性子の均衡が保てるところまで放射壊変（主にベータ崩壊）を繰り返す。これらの半減期は様々で、1秒も経たないうちに崩壊するものもあるが、数日～数ヶ月に達する、やや長い半減期を持つものがある。それらは核分裂が起きた地点やその周囲にしばらく残留するため、その地域に立ち入った人間が吸い込んだり触れたりして被害を負うことにつながる。

第二次世界大戦末期に広島市と長崎市に原子爆弾が投下された後、家族や知人の行方を捜すために被害地域に立ち入った人々が重篤な放射線障害を受けたひとつの要因に、煙や砂塵とともにやや長い半減期を持つ核分裂生成物を吸入したことが挙げられる。さらに、直接体内に取り込まれなくても身体の周囲には大量の核分裂生成物が存在し、至る所で放射されるガンマ線にさらされていた。アルファ線やベータ線なら厚手の衣服で遮断することも可能であるが、ガンマ線は衣服を透過できるため、深刻な被害につながった。原爆が投下されたのは夏の真っ盛りであり、薄手の衣服しか着用していない状況では、露出した皮膚がアルファ線やベータ線の直撃を受けたことも被害拡大の一因となっていると考えられる。当時の人々がこのような現象についての知識は持っておらず、被害を予防・軽減するための方策はとりようがなかった。

核裂變，又稱核分裂是指由重的原子，主要是指鈾或鈽，分裂成較輕的原子的一種核反應形式。原子彈以及裂變核電站（或是核能發電廠）的能量來源都是核裂變。 其中鈾裂變在核電廠最常見，加熱後鈾原子放出2到4個中子，中子再去撞擊其它原子，從而形成鏈式反應而自發裂變。撞擊時除放出中子還會放出熱，再加快撞擊，但如果溫度太高，反應爐會熔掉，而演變成反應爐融毀而造成嚴重災害，因此通常會放控制棒（硼製成）去吸中子以降低分裂速度。





核聚變，又稱核融合。是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發光發熱的能量來源。

相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。

目前人類已經可以實現不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出。科學家正努力研究如何控制核聚變，但是現在看來還有很長的路要走。

2005年，部份科學家相信已經成功做出小型的核聚變1，並且得到初步驗證2。首個實驗核聚變發電站將選址法國3。


可控核聚變
目前主要的幾種可控核聚變方式：
超聲波核聚變
雷射約束（慣性約束）核聚變
磁約束核聚變（托卡馬克）
核衰變是放射性核素自發地釋放射線和能量，最終轉化為其他穩定核素的過程。放射性核素在進行核衰變的時候，根據核素的性質可能放射出α射線、 β射線、γ射線以及俘獲電子等。

由於一個原子的衰變是自然地發生，即不能預知何時會發生，因此會以機會率來表示。每顆原子衰變的機率大致相同，做實驗的時候，會使用千千萬萬的原子。當原子開始發生衰變，其數量會越來越少，衰變的速度也會因而減慢。例如一種原子的半衰期為一小時，一小時後其未衰變的原子會剩下原來的二分一，兩小時後會是四分一，三小時後會是八分一。

原子的衰變會產生出另一種元素，並會放出阿爾法、貝塔粒子或中微子，在發生衰變後，該原子也會釋出伽馬射線。衰變後的實物粒子靜止質量的總合少於衰變前實物粒子靜止質量的總和，因為根據質能方程，能量可以表現出質量，當物體的能量增加E，其質量則增加E/c2，當物體的能量減少E，其質量也減少E/c2，如果一個原子核衰變後放出實物粒子，假設該原子核在衰變前相對於某一貫性參照物靜止，衰變後的新原子核和所放出的實物粒子相對於該慣性參照物運動，即對於該慣性參照物而言，新原子核和所放出的實物粒子具有動能，當新原子核或所放出的實物粒子與其他粒子發生碰撞，它便會失去能量。因此，衰變前和衰變後質量和能量都是守恆的，粒子的靜止質量則不守恆。如果該原子核放出光子，同樣的，光子也具有質量，但沒有靜止質量。通常衰變所產生的產物多也是帶放射性，因此會有一連串的衰變過程，直至該原子衰變至一穩定的同位素。

發生核衰變的放射性核素有的是在自然界中出現的天然放射性同位素，如碳14，但其衰變只會經過一次β衰變轉為氮14原子，並不會一連串地發生。也有很多是經過粒子對撞等方法人工製造的核素

參考資料:
http://zh.wikipedia.org/

核裂變，又稱核分裂是指由重的原子，主要是指鈾或鈈，分裂成較輕的原子的一種核反應形式。原子彈以及裂變核電站（或是核能發電廠）的能量來源都是核裂變。 其中鈾裂變在核電廠最常見，加熱後鈾原子放出2到4個中子，中子再去撞擊其它原子，從而形成鏈式反應而自發裂變。撞擊時除放出中子還會放出熱，再加快撞擊，但如果溫度太高，反應爐會熔掉，而演變成反應爐融毀而造成嚴重災害，因此通常會放控制棒（硼製成）去吸中子以降低分裂速度。