基本介紹
- 中文名：原子連鎖反應
- 所屬類別：專業術語
- 領域：核能術語
- 原理：原子核之間相互作用
簡介,原理,特點,連鎖反應,伴隨核輻射,清潔、無污染,
簡介
原子反應是指入射粒子（或原子核）與原子核（稱靶核）碰撞導致原子核狀態發生變化或形成新核的過程。反應前後的能量、動量、角動量、質量、電荷與宇稱都必須守恆。原子反應是宇宙中早已普遍存在的極為重要的自然現象。現今存在的化學元素除氫以外都是通過天然原子反應合成的，在恆星上發生的原子反應是恆星輻射出巨大能量的源泉。
此外，宇宙射線每時每刻都在地球上引起原子反應。自然界的碳14大部分是宇宙射線中的中子轟擊氮14產生的。30年代初加速器的出現和40年代初反應堆的建成，為研究原子反應提供了強有力的工具。已能將質子加速到5×105兆電子伏，將鈾原子核加速到約9×104兆電子伏，並能獲得介子束。高解析度半導體探測器的使用，大大提高了測量核輻射能量的精度。核電子學和計算機技術的發展，從根本上改善了數據的獲取和處理能力。在過去半個多世紀裡，研究過的原子反應數以千計，製備出了自然界不存在的放射性核素約2000種，發現了300餘種基本粒子，獲得了有關核素性質、核轉變規律、核結構、基本粒子以及自然界四種相互作用的規律和相互聯繫的大量知識。
原理
在原子反應中，用於轟擊原子核的粒子稱為入射粒子或轟擊粒子，被轟擊的原子核稱為靶核，原子反應發射的粒子稱為出射粒子，反應生成的原子核稱為剩餘核或產物核。入射粒子a轟擊靶核A，發射出射粒子b並生成剩餘核B的原子反應可用以下方程式表示：
A+a→B+b 或簡寫為： A(a，b)B
若a、b為同種粒子，則為散射，並根據剩餘核處於基態還是激發態而分為彈性散射和非彈性散射，用A(a，a)A和A(a，a′)A*表示，給定的入射粒子和靶核能發生的原子反應往往不止一種。每一種原子反應稱為一個反應道。反應道由入射道和出射道構成。入射粒子和靶核組成入射道，出射粒子和剩餘核組成出射道。同一入射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。
發生某種原子反應的幾率用原子反應截面來表征。只有滿足質量數、電荷、能量、動量、角動量和宇稱等守恆條件，原子反應才能發生，相應的反應道稱為開放的，或簡稱開道，反之為閉道。原子反應過程總是伴隨著能量的吸收或釋放，前者稱為吸能反應，反者稱為放能反應。反應能常用Q表示，等於反應後與反應前體系動能之差，可標明在原子反應方程式中。
原子反應按其本質來說是質的變化，但它和一般化學反應有所不同。化學反應只是原子或離子的重新排列組合，而原子核不變。因此，在化學反應里，一種原子不能變成另一種原子。原子反應乃是原子核間質點的轉移，致使一種原子轉化為它種原子，原子發生了質變。原子反應的能量效應要比化學反應的大得多。原子反應能常以兆電子伏計量，而化學反應能一般只有幾個電子伏。例如：原子反應不是通過一般化學方法所能實現的，而是用到很多近代物理學的實驗技術和理論。首先要用人工方法產生高能量的核“炮彈”，如氦原子核、氫原子核、氘原子核等，利用這些“炮彈”猛烈撞擊別的原子核，從而引起原子反應。各種各樣的加速器，都是為了人工產生帶電的高能粒子用做核“炮彈”來進行原子反應的。當1932年人們發現中子後，不但對原子核的結構有了正確的認識，而且發現中子是一種新型的核“炮彈”。由於中子不帶電荷，它和原子核之間不存在電排斥力，因而用它來產生原子反應時，比用帶電的其他高能粒子效果好得多。一些工廠有原子反應堆。
值得一提的是，原子反應的衰變，裂變，以及聚變是高中物理對於原子物理的初步學習。原子反應逐漸的平民化，已經成為了學生學習的基本知識之一。
特點
連鎖反應
某些原子反應存在連鎖反應的現象，如：U-235和中子的原子反應：只要有一個中子轟擊U-235，就會放出3箇中子，3箇中子再去轟擊U-235就會生成9箇中子，這樣連續下去，在幾微秒的時間裡，就使反應進行得非常劇烈而放出巨大的能量，具有這種特點的反應，我們稱之為連鎖反應。核子彈的爆炸能夠如此劇烈，就是由於發生了連鎖反應。
伴隨核輻射
在U-235與中子的原子反應中，如果反應不密封的話，產生的中子會以光速射向周圍環境，形成輻射。以光速運動的微小粒子都能產生輻射。輻射看不見、摸不著。但是可以通過儀器測得。少量的輻射對人體不產生影響，而且人類還利用輻射為人類造福，例如醫院用X光給病人做胸透，放療是治療癌症比較常用的方法，其原理就是利用輻射來殺死癌細胞。但是輻射量一多，就會對人體產生傷害。比如X光可以用於檢查疾病，但是如果孕婦照X光的話，就有可能導致嬰兒畸形或基因變異。同樣，接受放療的病人，會有脫髮、噁心、乏力等副反應出現。劑量再大一點的輻射，還會使成人產生基因變異，誘發白血病（血癌）、皮膚癌等疾病。大量的輻射，還會燒傷甚至燒死一切有生命的物質。
