10，走进核物理实验篇

10，走进核物理实验篇

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裂变现象的现代最重要应用之一是核链式反应。根据爱因斯坦质能方程，核链式反应会产生大量的能量，可用于建设性和破坏性目的。我们最好深入研究裂变反应的性质，以了解链式反应的工作原理。

众所周知，Lise Meitner（1878-1968）和她的侄子 Otto Frisch 于 1939 年发现了原子核裂变，并在她的研究《中子分解铀》中对此进行了描述。裂变一词就是为了描述一种新型核反应而发明的。

1942年，诺贝尔奖获得者恩里科·费米在芝加哥大学首次实现了持续链式反应。

第一个受控链式反应发生于 1943 年。

第一颗原子弹于1945年研制成功。

到1951年，核链式反应已发展成为一种更环保、高效的发电方法，比如核电站。

当第一个发生的核反应的输出会导致进一步相同核反应的发生时，就会发生所谓的核链式反应。这些链式反应几乎都是产生额外中子的一系列裂变事件，这些额外的中子进而可以产生更多的裂变事件，因此被称为链式反应，比如核动力反应堆的运行就需要核链式反应。

许多化学过程也都是链式反应，它们与核链式反应有许多共同的特征。这些类比如下：

1. 当化学物质或核物质存在时，链式反应就会持续。当核素被去除或消耗完后，链式反应停止。
2. 可以通过在反应链中添加或消除某种化学物质或核物质来启动、加速、减慢和停止链式反应。
3. 随着链式反应的进行，能量一直被释放。
4. 释放的能量通常以热能的形式产生，产生的热量可以被热机捕获以进行有用的工作，例如发电。

尽管化学过程和核链式反应存在一些相似之处，但也存在以下显着差异：

1，核链式反应产生的能量大约是化学反应的一百万倍。

2，日常生活中化学链式反应发生的频率明显高于核反应，比如火灾就是一种化学链式反应。

3，核链式反应需要精确的工程设计，因为自然的核链式反应只发生一次。

4，核链式反应之前需要进行大量的准备工作。

5，核链式反应发生时，会释放更多的能量，从而导致核燃料比化石燃料具有更高的能量密度。

为了维持核链式反应，每次裂变反应之后都必须紧跟着一次额外的裂变反应。核链式反应中最实用的核素是铀的裂变同位素U-235。一个U-235原子裂变时，平均释放2.5个中子。 但研究人员需要精心设计才能使这些释放的中子继续引发其他U-235原子的裂变反应。

裂变链过程如下图9所示：

图1：U-235原子核链式反应