什么是裂变(fission)？

裂变是一种核反应，其中一个重原子（如铀）的原子核分裂成两个大小大致相同、质量中等的粒子。

重核原子可以裂变，包括钚、铀和钍。

反应过程中释放出大量的能量。这种能量以中子和电磁辐射的形式存在。电磁辐射可以采用伽马射线的形式。

链式反应可以建立在释放的每个中子触发附近原子裂变的地方。这被称为自持裂变。核电站利用这些连锁反应事件来产生大量电力。

只有存在临界质量时，才能发生链式反应。如果质量不足以自我维持反应，则称其为亚临界，而如果质量导致裂变速率增加，则称其为超临界。

核电站通过受控核裂变反应产生能量。世界范围内的核电站产生的能源约占世界能源的16%。

核裂变反应堆使用铀235。他们向铀-235中加入一个中子，然后铀-235变成铀-236，铀-236变得非常不稳定，从而分解产生更多的可裂变碎片。裂变反应堆不需要高能中子来催化反应。

核反应堆确实存在产生大量化学废物的问题，这些化学废物通常具有放射性。

重原子本质上是不稳定的，但它们仍然有一个裂变屏障，在裂变发生之前必须克服这个屏障。

裂变反应发生的可能性取决于原子核的中子数是偶数还是奇数。

如果它有偶数个中子（例如铀-238），那么裂变反应就不那么容易发生。如果加入一个中子（例如铀-235），那些奇数的原子能更快更容易地发生裂变。

有些核弹只使用裂变反应。裂变炸弹可以产生大量的能量，例如一枚10千吨的炸弹可以产生多达4.2 x 1013焦耳的能量。

什么是融合(fusion)？

核聚变是指两个或多个原子核聚合形成一个更大更重的原子的反应。在这个过程中，大量的能量随着质量的降低而释放。

要发生聚变，必须克服库仑斥力。这也被称为库仑势垒。这可以通过加速原子核或利用气体离子的动能来实现。加速原子核可能是使原子克服斥力所必需的。

由于库仑斥力不太大，较轻的原子更容易发生核聚变，因此可以发生核吸引和核聚变。

静电库仑斥力与质子数有关，因此原子序数较低的元素更容易熔合，因为存在的质子较少，因此吸引力较小。

这就解释了为什么轻元素或它们的同位素（如氘或氚，这两种氢原子的同位素）之间会发生聚变。

为了克服这些排斥力并使核聚变发生，必须在一段称为限制时间的时间内达到足够高的温度。

太阳产生的能量来自太阳核心深处发生的聚变反应。太阳和其他恒星由核聚变反应提供能量。

当反应发生时，氢原子融合成氦（这称为质子-质子链式反应）。在这个过程中，中微子被释放，电磁辐射形式的能量也被释放。

聚变反应也像裂变反应一样释放能量，因为原子具有结合能。这是与质子和中子之间的质量差有关的能量。

存在两种类型的熔合反应：

• 在恒星燃烧过程中，质子和中子的数量在反应后发生变化，以及
• 在反应结束时和反应开始时存在相同数量的质子和中子。

聚变反应还没有被成功地用来产生电能。

裂变(fission)和融合(fusion)的共同点

1. 它们都涉及到原子核的变化。
2. 裂变和聚变都会导致大量能量的释放。
3. 在裂变和聚变反应中形成一个或多个与反应物原子重量不同的原子。
4. 在裂变和聚变反应中，反应物和产物之间的重量都有变化。
5. 作为产物形成的原子与反应物原子不同。
6. 这两种核反应都可以用于核武器。

总结 - 裂变(fission) vs. 简言之，融合：(fusion in a nutshell: :)

• 裂变描述了当一个重原子分裂成两个大小和质量相似的原子时的核反应。
• 聚变描述了两个或多个轻原子聚集在一起形成更大更重原子的核反应。
• 因此，在聚变和裂变反应中，从反应物到产物的质量都会发生变化。
• 在某些情况下，某些重原子会自发地发生裂变。即便如此，在反应进行之前，还是有一个必须克服的裂变屏障。
• 裂变会导致一系列自我延续的裂变反应。
• 聚变发生在低质量原子之间，如氢原子。
• 氢原子在太阳中熔化形成氦。电磁辐射是这个反应的结果。
• 聚变和裂变反应的结果是由于质量变化而释放出大量能量。
• 核裂变用于核反应堆发电。
• 裂变和聚变反应都可用于发展以核弹形式存在的强大核武器。