[科普中国]-裂变原子

裂变原子是指可发生核裂变的原子。冰受热变成水是一种物理变化，氢气和氧气反应变成水是一种化学变化，但是在这些变化中组成水的氢原子和氧原子的原子核都没有发生变化。实际上原子核也是能变化的，目前人们已经知道原子核可以发生两种变化：核裂变和核聚变。

核裂变核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀（yóu）、钍（tǔ）等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的 原子核接着发生核裂变，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235 完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。

核裂变历史核裂变是在1938年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子武器——原子弹。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量。目前，人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行，核电站就是这样的装置。

裂变反应全称“原子核裂变反应”、“核裂变反应”。中子与重核作用后，导致重核分裂成碎片的核反应。每次裂变反应一般将产生两个裂变碎片，平均放出2~3个新中子，并释放200MeV左右的能量。核分裂过程如附图所示。重核A吸收中子，形成一个处于激发态的复核B，如果激发能足够大，则变成哑铃状复核C，哑铃两端的静电斥力足以克服结合能时，原子核即发生分裂。可裂变核为数不多，主要有钍232、铀233、铀235、铀238、钚239、钚240等数种，其中，铀233、铀235和钚239可由任何能量的中子引起分裂，钍232、铀238和钚240则需由高能中子方能引起裂变；上述各种元素均称为“可裂变元素”，而其中的铀 233、铀235和钚239称为“易裂变元素”。1

裂变产物亦称“裂变碎片”，简称“裂变物”。在中子轰击下可裂变元素分裂后的碎片。裂变反应所生成的初级裂变产物计有80余种，质量数为72~160，且不同能量的中子引起的裂变产物的产额分布不同。但质量数为95和139附近的两种裂变产物的产额最大，对称分裂的裂变产物产额有极小值，且与入射中子能量有关（见附图）。裂变产物一般都有过多的中子，需经一系列的β衰变后方能达到稳定，且在衰变过程中还会释放出大量的γ射线。显然，β和γ辐射对反应堆的安全至为重要，如反应堆热屏蔽层和生物屏蔽层设计，以及停堆冷却系统的设计均与此有关。1

核裂变模型理论简介裂变是在所有核了平等参与的量了多体体系在多维空问中的大振幅运动，同时又有复杂的两体（和多体）关联造成的成团效应，所以这一问题长期以来一直被称为“核物理研究的硬骨头”，它的解决是对理论研究的最终“挑战”。所以，尽管裂变发现已有70余年，理论有很大发展且应用广泛，但是现在仍没有一个理论或模型能白洽地预言所有核从低能到高能的所有可观察量。因此只能采用各种模型作唯像的近似处理，从而进行理论计算。

1.核裂变动力学模型动力学模型的原理是把原了核看成一连续介质，把核形变参量看做集体运动坐标，把形状变化和内部粒了运动的相互作用看成为导致集体运动的耗散和扩散机制加上上标。这种模型仅适用于激发能较高且量了效应可以忽略的核裂变过程，但为了与低能区的实验数据进行比较，有时也将这种模型的理论计算结果试用于激发能较低的裂变。动力学模型是研究核裂变的一种非常重要模型，也是本课题小组所主要采用的研究模型之一，所以本文将对这种模型进行较详细的讨论，为核裂变模型理论的研究工作奠定理论基础。2

2.裂变微观模型动力学模型仅适用于激发能较高的裂变多粒了体系，且存在着如下几个基本问题：首先是这种模型不适用于量了效应明显的低能裂变现象；其次是这种模型依赖于形变参量的选择，因而具有很大的随意性，缺乏明确的标准；第三是质量张量、耗散张量的计算也缺乏可靠的理论基础。因此，为了填补动力学模型在描述核裂变过程中的缺陷，人们提出了微观模型及统计模型等，从不同的角度解释裂变后的各种现象，研究裂变机制。3

3.裂变统计模型以上微观模型和动力学模型都是核裂变在一定的动力学规律下研究核形状随时问变化过程。核裂变是一种非常复杂的多粒了集体运动过程，虽然很多情况下的核反应都可以应用动力学来处理，但是应用动力学处理裂变问题时在现有的技术条件下是非常困难的。统计方法是一门高度成熟的处理复杂多体问题的学科，应用统计模型处理复杂的核裂变问题或许是一种行之有效的方法。统计模型假设系统在断点处于统计平衡。因此，对于任何一种核态，只需要计算它的状态数，便可求得这种核态的儿率。统计模型在处理裂变的实际应用中也存在着缺点，如对于裂变断点的选取缺乏必要的判据，这使得统计模型理论也常带有相当程度的任意性。4