[科普中国]-原子连锁反应

原子连锁反应是指原子核与原子核，或者原子核与各种粒子（如质子，中子，光子或高能电子）之间的相互作用引起的各种连锁变化。

简介原子反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒。原子反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。现今存在的化学元素除氢以外都是通过天然原子反应合成的，在恒星上发生的原子反应是恒星辐射出巨大能量的源泉。1

此外，宇宙射线每时每刻都在地球上引起原子反应。自然界的碳14大部分是宇宙射线中的中子轰击氮14产生的。30年代初加速器的出现和40年代初反应堆的建成，为研究原子反应提供了强有力的工具。已能将质子加速到5×105兆电子伏，将铀原子核加速到约9×104兆电子伏，并能获得介子束。高分辨率半导体探测器的使用，大大提高了测量核辐射能量的精度。核电子学和计算机技术的发展，从根本上改善了数据的获取和处理能力。在过去半个多世纪里，研究过的原子反应数以千计，制备出了自然界不存在的放射性核素约2000种，发现了300余种基本粒子，获得了有关核素性质、核转变规律、核结构、基本粒子以及自然界四种相互作用的规律和相互联系的大量知识。

原理在原子反应中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核，原子反应发射的粒子称为出射粒子，反应生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核A，发射出射粒子b并生成剩余核B的原子反应可用以下方程式表示：

A+a→B+b 或简写为： A(a，b)B

若a、b为同种粒子，则为散射，并根据剩余核处于基态还是激发态而分为弹性散射和非弹性散射，用A(a，a)A和A(a，a′)A*表示，给定的入射粒子和靶核能发生的原子反应往往不止一种。每一种原子反应称为一个反应道。反应道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道，出射粒子和剩余核组成出射道。同一入射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。

发生某种原子反应的几率用原子反应截面来表征。只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件，原子反应才能发生，相应的反应道称为开放的，或简称开道，反之为闭道。原子反应过程总是伴随着能量的吸收或释放，前者称为吸能反应，反者称为放能反应。反应能常用Q表示，等于反应后与反应前体系动能之差，可标明在原子反应方程式中。

对于吸能反应，仅当入射粒子的动能高于阈能时才能引起原子反应。

原子反应按其本质来说是质的变化，但它和一般化学反应有所不同。化学反应只是原子或离子的重新排列组合，而原子核不变。因此，在化学反应里，一种原子不能变成另一种原子。原子反应乃是原子核间质点的转移，致使一种原子转化为它种原子，原子发生了质变。原子反应的能量效应要比化学反应的大得多。原子反应能常以兆电子伏计量，而化学反应能一般只有几个电子伏。例如：原子反应不是通过一般化学方法所能实现的，而是用到很多近代物理学的实验技术和理论。首先要用人工方法产生高能量的核“炮弹”，如氦原子核、氢原子核、氘原子核等，利用这些“炮弹”猛烈撞击别的原子核，从而引起原子反应。各种各样的加速器，都是为了人工产生带电的高能粒子用做核“炮弹”来进行原子反应的。当1932年人们发现中子后，不但对原子核的结构有了正确的认识，而且发现中子是一种新型的核“炮弹”。由于中子不带电荷，它和原子核之间不存在电排斥力，因而用它来产生原子反应时，比用带电的其他高能粒子效果好得多。一些工厂有原子反应堆。

原子反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。前者为自发发生的核转变，而后三种为人工原子反应（即用人工方法进行的非自发原子反应）。

值得一提的是，原子反应的衰变，裂变，以及聚变是高中物理对于原子物理的初步学习。原子反应逐渐的平民化，已经成为了学生学习的基本知识之一。

特点连锁反应某些原子反应存在连锁反应的现象，如：U-235和中子的原子反应：只要有一个中子轰击U-235，就会放出3个中子，3个中子再去轰击U-235就会生成9个中子，这样连续下去，在几微秒的时间里，就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量，具有这种特点的反应，我们称之为连锁反应。原子弹的爆炸能够如此剧烈，就是由于发生了连锁反应。

伴随核辐射在U-235与中子的原子反应中，如果反应不密封的话，产生的中子会以光速射向周围环境，形成辐射。以光速运动的微小粒子都能产生辐射。辐射看不见、摸不着。但是可以通过仪器测得。少量的辐射对人体不产生影响，而且人类还利用辐射为人类造福，例如医院用X光给病人做胸透，放疗是治疗癌症比较常用的方法，其原理就是利用辐射来杀死癌细胞。但是辐射量一多，就会对人体产生伤害。比如X光可以用于检查疾病，但是如果孕妇照X光的话，就有可能导致婴儿畸形或基因变异。同样，接受放疗的病人，会有脱发、恶心、乏力等副反应出现。剂量再大一点的辐射，还会使成人产生基因变异，诱发白血病（血癌）、皮肤癌等疾病。大量的辐射，还会烧伤甚至烧死一切有生命的物质。2

清洁、无污染核能是清洁、无污染的新能源： 以法国为例：1980－1986年间，法国核电占总发电量的比例由24%－70%，在此期间法国总发电量增加40%，而排放的含硫物质降低了9%，尘埃减少了36%。大气质量明显改善。

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学