裂变反应

当热中子（它的动能跟常温下气体分子的动能差不多）进入一些具有奇数中子的重原子核（ 235 92 U， 233 92 U， 239 94 Pu）内时，裂变就可能发生。重核分裂时产生两个较小的核和两个或更多个中子

（ 235 92 U平均产生 2.5个中子）以及许多能量。典型的核裂反应如有：

235 92 U 1 0 n—→ 141 56 Ba 92 36 Kr 31 0 n 能量

235 92 U 1 0 n—→ 103 42 Mo 131 50 Sn 21 0 n 能量

式中 1 0 n是中子。

从上面的核反应方程来看，同一种核可能不只按一种方式分裂。裂变产物如 141 56 Ba和 92 36 Kr还能放射β粒子（ 0 － 1 e）和γ射线（ 0 0 γ），直到最后变成稳定的同位素。

141 56 Ba—→ 0 － 1 e 0 0 γ 141 57 La

92 36 Kr—→ 0 -1 e 0 0 γ 92 37 Rb

这些反应的产物还能继续放出β粒子，在几个步骤之后，变成稳定的同位素，分别为 141 59 Pr和 90 40 Zr。

能裂变的 235 92 U在天然铀矿中只占 0.7％，其余的 99.3％都是不能被热中子分裂的 238 92 U。反应堆里用的铀棒是天然铀或浓缩铀（铀 235的含量占 2～ 4％）制成的。裂变产生的是速度很大的快中子，很容易被铀 235俘获而不发生裂变，必须设法把快中子变为慢中子。因此，要在铀棒周围放上叫做减缓剂的物质，它们不吸收或很少吸收中子，使快中子跟它们碰撞后，能量减小，速度减缓。常用的减缓剂有石墨、重水和普通水。如果放出的快中子被减缓速度，它们就能引起其他重原子发生裂变，这些核放出 9个中子再引起 9个铀原子核裂变，这些裂变产生的 27个中子再产生 81个中子，……。这个过程叫做链式反应。在一定体积内，铀样品应具有足够的量维持链反应，这最低的样品量叫做临界质量。

发生裂变时放出的巨大能量，可以按著名的爱因斯坦质能关系式 E=mc2 计算。这里， E是来自一定质量 m损失的能量， c是光速。如果使彼此分开的中子、电子和质子结合成任一特定的原子，就会发生质量亏损。例如，根据各组成粒子的质量能算出一个 4 2 He原子质量是 4.032982u。而由 4 2 He原子的实测质量是 4.002604u，所以质量亏损是 0.030378u。由于原子比彼此分开的中子、质子和电子更稳定，原子处于较低的能级。因此，假定 4 2 He原子由分开的质子、电子、中子构成，则每个原子损失的 0.030378u将以能量的形式释放出来。跟质量亏损相当的能量叫做原子核结合能。结合能和键能类似，两者都是把整体（原子核或分子）拆散成基本组分所需能量的量度。彼此分开的核粒子比它们在核内结合时有更大的质量。

原子序数在 30～ 63之间的元素比起非常轻和非常重的元素，每个核粒子有较大的质量亏损，这意味着最稳定的核存在于原子序 30～ 63的元素之间。由于它们相对稳定性较好，绝大部分的核裂变产物都是原子序数为中间的元素。因此，当发生裂变并生成较小的更稳定的核时，这些粒子的总质量减小，质量必然要转变为能量。

1kg 235 92 U或 239 94 Pu裂变时释放的能量约相当于 20000tTNT。