什么是裂变链式反应？
《核能》什么是裂变链式反应？,页面无弹窗的全文阅读!
想象一下排成一条线的多米诺骨牌，一张多米诺骨牌倾倒，会使另一张牌倾倒，一张一张这样连续地倒下去，所有的多米诺骨牌会一下子全都倾倒。这类似于核反应堆中的链式反应。链式反应从一个核的裂变开始，诸如铀-235或钚-239那样的原子核吸收一个中子，引起可裂变核分裂。在这个可裂变核的裂变过程中，会释放出2～3个中子。一个核反应堆的链式反应是这样设计的：这些中子里(平均来说)只有一个中子能引起另一个可裂变核的裂变。用多米诺骨牌来类比，在链式反应的每一步只有一张多米诺骨牌被推倒。
相反，爆炸链式反应是这样设计的：裂变的数目是呈指数级增加的。想象一下，多米诺骨牌被排成三角形，这样，三角形顶端倒下的多米诺骨牌会推倒两张或更多的牌。每一张倾倒的多米诺骨牌会碰倒两张或更多的牌，所以倒下的多米诺骨牌是以几何级数或指数的方式增加的。类似地，在核爆炸中，一个铀-235或钚-239原子核裂变时释放出的2或3个中子，它们全部或大部分会引起其他可裂变核的裂变，所以中子也是以指数方式增加的。在核弹内部，这一链式反应迅速蔓延开来，使得在几微秒的时间内有足以摧毁一座城市心脏地区的能量释放出来。在爆炸中，裂变的次数大约为1024。为了对这个巨大的数字有一个更清晰的概念，让我们来回忆一下：100万是106，10亿是109，1万亿是1012，所以1024是1万亿乘以1万亿。回想一下地球上的沙粒的数目，夏威夷大学的数学家们估计，这个数目是75亿乘以10亿。因此，核弹内部的裂变次数远远超过世界上的沙粒的总数。
铀是什么？它是从哪里来的？又是如何被发现的？
铀是一种弱放射性的重金属元素，在民用和军事领域都有广泛的应用，包括反应堆燃料、核武器、飞机尾部压舱物和穿甲弹。在陆地和海洋中自然分布的铀有三种同位素，按丰度从大到小排列为：铀-238、铀-235和铀-234。数字是指每种同位素原子核中的中子和质子的总数。因为铀的质子数一定为92，所以铀-238含有146个中子，铀-235含有143个中子，铀-234含有142个中子。铀-238占了天然铀的绝大部分，其丰度约为99.28%；其次是铀-235，丰度为0.72%；最后是铀-234，丰度约为0.0054%。理想的同位素是铀-235，与其他两种同位素相比，它更容易发生裂变。另一种理想的同位素是铀-233，它也很容易发生裂变，但是并没有天然的铀-233，因为它的半衰期相对较短。铀-233可以由钍-232繁衍产生。
天然铀同位素的比例是随时间变化的。要理解为什么如此，有必要简单地看一下地球的形成过程。大约45亿年前，地球由在一个新生的恒星(即人类所说的太阳)周围旋转的星际物质聚合而成。太阳是由一个巨大的气体球内部的氢、氦和其他物质在万有引力的作用下压缩而成的。环绕着太阳，有一个巨大的涡旋物质的圆盘。地球和其他行星就是由这些物质凝聚而成的。这些物质来源于宇宙大爆炸初期形成的氢与氦的混合物，以及由超新星喷发出的物质。超新星是正在爆炸的巨型恒星。这些超新星制造了所有比铁-56重的元素。前面已经提到，元素周期表中从氢到铁(包括铁)的元素都是通过聚变产生的。恒星内部的聚变经历了一个非常长的时期——长达几十亿年。超新星向星际空间喷发出了数十种不同的元素、几百种不同的同位素。
铀是超新星产生的这些元素中的一种。当地球形成的时候，有数量众多的不是铀-238的同位素存在，但是铀-238的半衰期比其他同位素的长，在浓缩的过程中，铀-238开始富集。铀-238的半衰期为44.7亿年。与之相较，铀-235的半衰期是7亿年，铀-234的半衰期是24.6万年，而铀-233的半衰期是15.92万年。
至少从公元79年起，人类就使用氧化铀来为陶器的釉彩着色，直到1789年德国化学家马丁·克拉普罗特在沥青铀矿中发现了铀，这时科学家才发现它是一种独特的元素。铀(Uranium)的名字来源于天王星(Uranus)，那是天文学家威廉·赫歇尔当时刚发现不久的一颗行星。尤金梅尔-基奥·佩利戈特(Eugene-Melchior Peligor)在1841年第一次将铀作为一种金属分离了出来。铀的放射性直到1896年才被发现。
那时候，法国物理学家亨利·贝克勒尔正在进行铀磷光性质的研究。他把铀曝晒在日光之下，以便能够观察到磷光或“黑暗中发光”的现象，这是一种吸收高频光后延迟一些时间发射出低强度光的现象。由于是阴天，贝克勒尔把铀化合物与将在实验中使用的照相底片一起放进密闭的抽屉内。后来他决定重新进行实验，在重做之前，先冲印了照相底片，发现底片已经曝光。贝克勒尔的结论是，从铀中发射出了一些有能量的物质而使得底片曝光。这种物质来源于铀原子核的高能辐射。贝克勒尔的同事玛丽·居里和皮埃尔·居里开始了一系列的铀矿石实验。使用化学技术，他们分离并由此发现了两种放射性元素：镭(Ra)和钋(Po)。镭(Radium)的命名源于放射性(radioactive)。居里夫妇用玛丽的祖国波兰(Poland)来为钋(Polonium)命名。在此发现后的几十年中，镭一直作为一种重要元素，为各种应用提供放射源，例如为手表面盘的夜光材料等提供放射源。在许多工作人员因受到镭的照射而得了癌症之后，这种应用就中断了。自20世纪50年代开始，由于使用了反应堆产生的放射性元素钴-60和铯-137，镭就逐渐退出了大多数的商业应用领域。