裂变链式反应及其控制

在裂变过程中几个中子的发射导致了发生核裂变的可能性连锁反应如果至少有一个裂变中子诱发另一个可裂变的原子核发生裂变，而这个核又发生裂变并释放中子以继续这一链。如果不止一个中子有效地诱导其他原子核裂变，链增殖更快。链式反应的条件通常用乘法来表示，k，其定义为链中一步(或中子产生)产生的裂变数与前一代裂变数的比值。如果k缺乏团结，连锁反应就无法持续。如果k= 1、能维持稳态链式反应;如果k大于1时，每一步裂变数增加，导致发散链式反应。术语临界装配适用于配置的可裂变物质的k= 1;如果k> 1，这个集合是超临界的。关键组件可能包括金属或氧化物形式的可裂变物质，减缓裂变中子的慢化剂，以及将中子散射回组件核心的反射器。

在一个裂变核弹拥有它是令人向往的k尽可能大，链中步骤之间的时间尽可能短，以便发生许多裂变和大量的能源在短时间内生成(∼10⁻⁷第二，产生毁灭性的爆炸．如果一公斤铀-235发生裂变，所释放的能量将相当于2万吨化学炸药的爆炸三硝基甲苯(TNT)。在一个受控的核反应堆，k保持等于团结用于稳态运行。然而，一个实用的反应堆在设计时必须使用k比统一更重要。这允许权力如果需要，还可以增加水平，并考虑到以下情况:裂变过程中燃料的逐渐损失;在正在形成的裂变产物中“毒物”的积聚，吸收中子并降低辐射强度k价值;将产生的一些中子用于研究或制备各种用途的放射性物质(见下文)．的价值k在反应堆运行期间，由易于吸收中子的材料(即具有高中子俘获截面的材料)制成的可移动棒的位置来控制，例如硼镉或铪。裂变产物之间的延迟中子发射器增加了链式反应中中子连续生成的时间间隔，使反应更容易由机械控制完成运动控制棒的。

裂变反应堆可以根据中子的能量来分类传播链式反应。最常见的类型被称为热反应堆，使用热中子(那些具有相同的能量分布气体常温下的分子)。在这样的反应堆中，裂变中子产生(平均动能超过1mev)的速度必须减慢到热能通过散射从主持人，通常由普通水，重水(D₂O),或石墨．在另一种类型的反应堆中，称为中间反应堆，链式反应是由具有中间能量的中子来维持的铍可能使用主持人。在快速反应堆中，快速裂变中子维持链式反应，不需要慢化剂。所有类型的反应堆都需要冷却剂来去除热生成;水，气体，或者液体金属可用于此目的，这取决于设计需要。有关反应堆类型详情，看到核反应堆:核裂变反应堆．

裂变反应堆和裂变产物的用途

核反应堆本质上是一个用于产生蒸汽或热气体的熔炉，这些蒸汽或热气体可以直接提供热量或驱动涡轮机发电电．核反应堆在世界上许多地方被用于商业发电，并作为电力来源推进潜艇和某些水面舰艇。反应堆的另一个重要用途是利用它们的高中子通量来研究材料的结构和性质，并生产各种各样的放射性核素，这些核素与一些裂变产物一起有许多不同的用途。放射性衰变所产生的热量可以通过微波转化为电能热电效应在半导体材料中，从而产生所谓的原子电池。当由一个长寿命的β发射体提供能量时裂变产物(例如，锶-90或钷-147)或发射α粒子(钚-238或curum -244)，这些电池对于心脏起搏器和远程无人设施(如外太空、地球极地或公海)中使用的仪器来说，太阳能是一种特别有用的能源。有许多其他放射性核素的实际用途，如在放射性:放射性的应用．