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核裂變

       首先發(fā)現(xiàn)的核裂變是鈾－235的裂變。鈾－235和鈾－233以及钚－239一樣，當(dāng)被慢中子轟擊時(shí)都能進(jìn)行裂變（還有其它重核也能進(jìn)行核裂變，但是這三種是具有實(shí)際重要性的裂變物質(zhì)）。一個(gè)重核能按照多種不同方式分裂成大小不同的兩個(gè)碎核，同時(shí)有2～4個(gè)中子射出，下面是鈾－235分裂的兩種方式：

實(shí)際上軸－235裂變產(chǎn)物非常復(fù)雜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有35種元素（30Zn～64Gd），放射性核有200種以上。

       ［例］使用圖24－3，粗略地計(jì)算1g鈾－235按照下式裂變放出的能量

（235）（92）U+（1）（0）n→（140）（56）Ba+（93）（36）Kr+3（1）（0）n

       解：從圖24－3可以查到核平均生成能為

△Hf(140Ba)＝－810GJ·mol-1

△Hf(93Kr)＝－840GJ·mol-1

△Hf(235U)＝－730GJ·mol-1

△H(10n)＝0

我們可以按照求化學(xué)反應(yīng)的生成熱的方法計(jì)算△Hm

△Hm＝［140X（－810）＋93X（－840）－235X（－730）］GJ·mol-1≈－20000GJ·mol-1

每克鈾的焓變?yōu)椋?/p>

△H＝－20000(GJ/mol)×(1mol/235g)＝－85GJ·g-1

       注意：1g鈾裂變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于3噸煙煤燃燒所產(chǎn)生的能量。

       在裂變反應(yīng)中，最值得注意的是：1個(gè)中子射進(jìn)去，2～4個(gè)中子放射出來(lái)，慢中子對(duì)于產(chǎn)生裂變是有效得多。如果把放射出來(lái)的快中子減速，那么這2～4個(gè)慢中子又能再進(jìn)行鈾－235的裂變。依此類推，這過(guò)程稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，見圖24－4，且進(jìn)行得非?？?，在幾微秒內(nèi)，非常大的數(shù)量的核進(jìn)行裂變并放出巨大的能量，結(jié)果產(chǎn)生原子爆炸。

       為什么金屬鈾的正常樣品不按這種方式自發(fā)地爆炸？有兩個(gè)原因：首先天然鈾主要由同位素23892U組成，而可裂變的同位素23592U只占總量的0．7％。裂變過(guò)程產(chǎn)生的中子大部分被23892U俘獲而不能進(jìn)一步產(chǎn)生中子。裂變過(guò)程不可能繼續(xù)下去。但是，就是很純的235U也是常常不能自發(fā)爆炸。假若純235U很少，很多中子將要跑出去了。那么，鏈?zhǔn)搅炎兙鸵Ｖ?。在原子爆炸之前，樣品必須超過(guò)臨界質(zhì)量（即保持鏈反應(yīng)必須的裂變物質(zhì)的量）。在原子弾中，幾塊裂變物質(zhì)，都低于臨界質(zhì)量，而且要分開放，才不致于發(fā)生鏈?zhǔn)搅炎儭．?dāng)突然把它們放在一起時(shí)，便立即產(chǎn)生原子爆炸。