事件结果包含有事件发生条件的反应称为链式反应。如有焰燃烧都存在链式反应。当某种可燃物受热,它不仅会汽化,而且该可燃物的分子会发生热解作用从而产生自由基。自由基是一种高度活泼的化学形态,能与其他的自由基和分子反应,而使燃烧持续进行下去,这就是燃烧的链式反应。
但一般地,链式反应指核物理中,核反应产物之一又引起同类核反应继续发生、并逐代延续进行下去的过程。
铀核裂变的假说一经提出,所有的物理实验室立刻沸腾起来了,对这一现象展开了紧张的研究。在不到一年的时间内,所发表的有关核裂变的科学论文,总共达一百多篇,这在物理史上是没有前例的。在很短的时期内,不但搞清楚了核裂变的基本特性,并且揭示了这一发现的深刻意义。铀核裂变的基本特性是不对称裂变。
铀核吸收一个中子以后,按30多种不同的方式发生裂变,生成的碎片又发生一系列的β衰变,因此,一共产生30多种元素的近300种同位素。难怪费米、伊伦·居里、哈恩等当时第一流的科学家都被这种现象迷惑了那么长的时间。
旁图所示是铀235裂变碎片的质量分布曲线。从图中可以清楚地看到,分布曲线有两个峰,一个在质量数95附近,一个在质量数138附近。双峰曲线表示,铀核裂变时,绝大部分是不对称裂变,对称裂变的几率是很小的(质量数118附近)。这种不对称裂变,在裂变现象发现后不久就通过各种实验方法得到确证,但是在核理论已经取得巨大进展的今天,这种不对称裂变的原因,依然是一个谜。 链式反应
铀核裂变时,分裂成两个碎片的情况是最常见的,也曾观察到分裂成三个(甚至四个)碎片的情况,不过发生的几率很小,只有千分之几。这种所谓“三裂变”现象,是中国著名核物理学家钱三强、何泽慧夫妇于1946年首先发现的。三裂变的几率虽然很小,但由于它能更清楚地说明裂变机制,所以目前仍在对它进行研究。
核裂变所生成的碎片一般都是中子过剩的,它们以发射电子(β衰变)的方式逐渐将过剩的中子转变成质子,即通过一连串的β衰变而到达稳定状态。由于这个缘故,大多数裂变产物通常都是β放射性同位素。为什么核裂变产生的碎片通常是中子过剩的呢?为什么不是缺少中子或中子数与质子数正合适呢?
我们知道,原子核是由质子和中子(统称核子)组成的。核子之间存在一种很强的作用力,叫做核力,这种力是一种短程吸引力。在原子核内,这种作用力很强,在原子核外,迅速降到零,核子就是靠这种力保持在原子核内的。另外质子间还存在静电斥力,随着原子序数的增加,即随着原子核内质子数的增加,静电斥力也增大。因此,为维持核的稳定性,需要更多的过剩中子所产生的核力来平衡这一斥力。因而,稳定原子核的核内中子数和质子数的比值,随着原子序数的增加而变大。例如轻元素碳、氧等的中子数与质子数之比为1,中等质量的元素溴、钡等为1.3,而铀、钍等重元素则增大到1.6。原子核的中子数和质子数之比若小于或大于相应的合适比值,都将是不稳定的。