連鎖反應

連鎖反應 (Chain Reaction)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

原子內部結構是由科學家拉塞福（Rutherford）先生於 1911 年以 $$\alpha$$ 粒子高速撞擊金箔所發現的。在這股研究原子內部特性的風潮中，義大利物理學家費米（Fermi）在 1934 年以中子撞擊鈾元素後，發現會有新的元素產生，這也是人類第一次發現核分裂反應。

其後經過多位科學家的努力，發現天然的鈾元素中含有鈾-238及鈾-235兩種同位素，天然鈾中鈾-238的含量為 $$99.3\%$$，鈾-235含量則只有 $$0.7\%$$，而經中子撞擊後只有鈾-235會發生分裂反應。

對鈾的原子核以中子撞擊，其反應過程為：一個中子撞擊鈾-235原子核後，暫時共同形成鈾-236原子核，同時因其內部吸收了該中子的能量，故開始作劇烈的啞鈴狀震盪，若啞鈴狀結構因震盪過劇而瓦解，原子核大約可以分裂成兩半，產生兩個質量較小的原子核，且放出 $$2$$ 到 $$3$$ 個新的中子，若這些中子可再次撞擊其他鈾原子，如此繼續分裂，此即所謂的「連鎖反應」。

在前述的核分裂反應裏，反應後產生兩個較輕的原子核及 $$2$$ 至 $$3$$ 個中子的總質量比反應前鈾-235加上一個中子的總質量小，其間損失的質量會變成能量；而根據愛因斯坦（Einstein）在 1905 年提出的理論，質量變成能量時，其轉換關係為 $$E=mc^2$$，而光速是一個非常大的數值，約是每秒 $$3$$ 億公尺，因此只要極小的質量即可變成極大的能量。

在極短時間內可因連鎖反應而產生巨大的能量，原子彈就是利用這個原理。反應中只要有 $$1$$ 公克的質量轉化成能量，則威力相當於 $$16$$ 萬公噸黃色炸藥發生爆炸，可以在瞬間摧毀整個城市，並造成數十萬人死亡。

核能發電也是同樣利用鈾原子核分裂產生的能量，與原子彈不同之處，在於對核電廠的核分裂連鎖反應加以有效控制，不讓它發生劇烈爆炸，而是讓核分裂緩慢並持續進行，將能量以細水長流的方式加以利用。

參考資料
1.維基百科–核連鎖反應  http://zh.wikipedia.org/zh-hk/核連鎖反應
2.TEENS清蔚園–連鎖反應  http://vm.nthu.edu.tw/science/shows/nue/fission.html
3.核分裂的連鎖反應  http://www.taiwanwatch.org.tw/issue/nuclear/SAVE/save017.htm