2015年3月17日 星期二

核分裂Nuclear Fission

化學原理啟迪517
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1.     1930年代晚期發現核分裂,當-235 235 92U核種被中子轟炸,-235 235 92U分裂成幾個較輕的元素:
10n23592U141 56Ba92 36Kr310n
注:鋇141 56Ba和氪92 36Kr
2.     這個反應程序每次釋放3.5×1011J的能量,換句話說,每莫耳的235 92U釋放2.1×1013J的能量,甲烷的燃燒,每莫耳只釋放8.0×105J。相較之下,23592U融合釋出的能量是,甲烷燃燒的26百倍
3.     上面所列舉的是235 92U可進行的核融合程序之一,其他鈾可進行的核融合程序是:
10n235 92U137 52 Te97 40Zn210n
注:137 52 Te和鋅97 40Zn
4.     事實上,-235 235 92U的核分裂產物已知有35種元素,共有200種不同的異構物。
5.     除了這些核種產物,鈾-235 235 92U的核分裂反應會產生中子,中子讓鈾-235 235 92U產生自我持續分裂反應-連鎖反應chain reaction,核分裂反應會自己持續進行,每個核分裂產生的中子能繼續分裂其它的原子核。

6.     一般而言,如果是一個以下的中子,造成其他原子核的分裂,連鎖反應程序就會終止,這樣的反應稱為臨界以下的次臨界的subcritical
7.     如果每個核分裂反應產生的中子,確實能引起其他核分裂反應,這個反應程序將以固定的數量持續下去,稱為臨界狀態的critical
8.     如果每個核分裂反應產生超過1個以上的中子,去引發其他核分裂反映,這個反應程序會迅速升級並且溫度升高,造成激烈的爆炸,這個情況稱為超臨界的 supercritical
9.     只有特定質量的核分裂物質,可達到自我持續分裂反應的狀態,稱為臨界質量critical mass。如果樣本太小,太多中子,在碰撞到其它原子核前,逸失掉,將會使核分裂連鎖反應程序中止。描述如下圖 
10. 在二次大戰,美國花大量心力研發以核分裂原理為基礎的炸藥(曼哈頓計畫 the Manhattan Project)。這個計畫製造出威力強大的核分裂原子彈。在1945轟炸廣島與長崎二城市。
11. 核分裂炸彈的做法是,將二個低於臨界質量的核分裂物質,瞬間結合,變成超臨界質量的核分裂物質,藉此製造出無比的爆炸力。

n   翻譯編寫Steven S. ZumdahlChemical Principles》;圖片來源chemistry.tutorvista.comatomicarchive.com

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