核分裂（Nuclear fission）

核分裂（Nuclear fission）
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

核分裂，又稱核裂變，是指由較重的（原子序較大的）原子核，主要是指鈾或鈽，分裂成較輕的（原子序較小的）原子核的一種核反應形式。按核分裂的方式，核分裂可分為自發分裂 (spontaneous fission)和感生分裂 (induced fission)。自發分裂是沒有外部作用時的分裂，類似於放射性衰變，是重核不穩定性的一種表現；感生分裂是在外來粒子(最常見的是中子)轟擊下產生的分裂。

下面根據液滴模型的觀點，稍微簡述核分裂的過程：處於激發態的原子核(例如，鈾-235核吸收一個中了之後，就形成激發態的鈾-236核)發生形變時，一部分激發能轉化為形變位能。隨著原子核逐步拉長，形變位能將經歷一個先增大後減小的過程。這是因為有兩種因素在作用：來自核力的表面能是隨形變而增大的；但來自質子之間靜電斥力的庫侖力位能，卻是隨形變的增大而減小的。兩種因素綜合作用的結果形成一個裂變位壘，原子核只有通過位壘才能發生分裂。位壘的頂點稱為鞍點。到達最終斷開的剪裂點後，兩個初生碎片受到相互的靜電斥力作用，向相反方向飛離。庫侖力位能轉化成兩碎片的動能。

初生碎片具有很大的形變，它們很快收縮成球形，碎片的形變位能就轉變成為它們的內部激發能。具有相當高激發能的碎片，以發射若干中子和 射線的方式離開激發態。回到基態的碎片由於中子數(N)與質子數(Z)的比例(N/Z)偏大，均處於不穩定核的狀態，因此要經歷一系列的 衰變而變成穩定核。在 衰變過程中，有些核又可能發出中子，這些中子稱為緩發中子。以上就是一個激發核裂變的全過程。

重原子核經中子撞擊後，分裂成為兩個較輕的原子核，同時釋放出數個中子。釋放出的中子再去撞擊其他的重原子核，從而形成連鎖反應。因此若對連鎖反應不加以控制，同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級數形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多，將會瞬間釋放大量的能量。原子彈便應用了核分裂的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量，通常需要在90%以上。

核能發電應用中所使用的核燃料，鈾-235的含量通常很低，大約在3%到5%，因此不會產生核爆。但核電站仍需要對反應堆中的中子數量加以控制，以防止功率過高造成反應堆熔毀的事故。通常會在反應堆的慢化劑中添加硼，並使用控制棒（銀-銦-鎘合金製成）吸收反應堆中的中子數以控制核分裂速度。

參考資料： 中國大百科物理卷I，p.543