核裂变和物理学

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核裂变和物理学之间的区别

核裂变 vs. 物理学

核裂变（；），--，是指由較重的（原子序数較大的）原子，主要是指鈾或鈽，分裂成较輕的（原子序数较小的）原子的一種核反應或放射性衰變形式。核裂变是由莉澤·邁特納、奥托·哈恩及奥托·罗伯特·弗里施等科學家在1938年發現。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子彈應用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電廠最常見。 重核原子經中子撞擊後，分裂成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個中子，並且以伽马射线的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成鏈式反應而自發分裂。原子核分裂時除放出中子還會放出熱，核電廠用以發電的能量即來源於此。因此核裂变產物的結合能需大於反應物的的結合能。 核裂变會將化學元素變成另一種化學元素，因此核裂变也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異，以常見的可裂变物质同位素而言，形成二個原子的質量比約為3:2。大部份的核裂变會形成二個原子，偶爾會有形成三個原子的核裂变，稱為，大約每一千次會出現二至四次，其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間。 現代的核裂变多半是刻意產生，由中子撞擊引發的人造核反應，偶爾會有自發性的，因放射性衰變產生的核裂变，後者不需要中子的引發，特別會出現在一些質量數非常高的同位素，其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性，和质子发射、α衰變、等單純由量子穿隧產生的裂变不同，後面這些裂变每次都會產生相同的產物。原子彈以及核电站的能量来源都是核裂变。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂变時也會釋放中子，因此可以產生鏈式反應，使核裂变持續進行。在核电站中，其能量產生速率控制在一個較小的速率，而在原子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。 由於每次核分裂釋放出的中子數量大於一個，因此若對鏈式反應不加以控制，同時發生的核分裂數目將在極短時間內以幾何級数形式增長。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，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。但核電廠仍需要對反應爐中的中子數量加以控制，以防止功率過高造成爐心熔毀的事故。通常會在反應爐的慢化劑中添加硼，並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核分裂速度。從鎘以後的所有元素都能分裂。 核分裂時，大部分的分裂中子均是一分裂就立即釋出，稱為瞬發中子，少部分則在之後（一至數十秒）才釋出，稱為延遲中子。. 物理學（希臘文Φύσις，自然）是研究物質、能量的本質與性質，以及它們彼此之間交互作用的自然科學。由於物質與能量是所有科學研究的必須涉及的基本要素，所以物理學是自然科學中最基礎的學科之一。物理學是一種實驗科學，物理學者從觀測與分析大自然的各種基於物質與能量的現象來找出其中的模式。這些模式（假說）稱為「物理理論」，經得起實驗檢驗的常用物理理論稱為物理定律，直到有一天被證明是有錯誤為止(具可否證性)。物理學是由這些定律精緻地建構而成。物理學是自然科學中最基礎的學科之一。化學、生物學、考古學等等科學學術領域的理論都是建構於這些物理定律。 物理學是最古老的學術之一。物理學、化學、生物學等等原本都歸屬於自然哲學的範疇，直到十七世紀至十九世紀期間，才漸漸地從自然哲學中分別成長為獨立的學術領域。物理學與其它很多跨領域研究有相當的交集，如量子化學、生物物理學等等。物理學的疆界並不是固定不變的，物理學裡的創始突破時常可以用來解釋這些跨領域研究的基礎機制，有時還會開啟嶄新的跨領域研究。 通過創建新理論與發展新科技，物理學對於人類文明有極為顯著的貢獻。例如，由於電磁學的快速發展，電燈、電動機、家用電器等新產品纷纷涌现，人類社會的生活水平也得到大幅提升。由於核子物理學日趨成熟，核能發電已不再是藍圖構想，但其所引致的安全問題也使人們意識到地球環境、生態與人類的脆弱渺小。.

原子

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同，原子的類型也不同：質子數決定了該原子屬於哪一種元素，而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。 原子的英文名（Atom）是從希臘語ἄτομος（atomos，“不可切分的”）轉化而來。很早以前，希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時，化學家發現了物理學的根據：對於某些物質，不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期，物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構，由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。 與日常體驗相比，原子是一個極小的物體，其質量也很微小，以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子，例如掃描式穿隧電子顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的亞原子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素，可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化，即亞原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級，或者稱為軌道。當它們吸收和放出​​中子的時候，中子也可以在不同能級之間跳躍，此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性，並且對中子的磁性有著很大的影響。.

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原子核物理学

原子核物理学（简称核物理学，核物理或核子物理）是研究原子核成分和相互作用的物理学领域。它主要有三大领域：研究各类次原子粒子与它们之间的关系、分类与分析原子核的结构并带动相应的核子技术进展。原子核物理学最常见的和有名的应用是核能发电的和核武器的技术，但研究还提供了在许多领域的应用，包括核医学和核磁共振成像，材料工程的离子注入，以及地质学和考古学中的放射性碳定年法。 粒子物理学领域是从原子核物理学演变出来的，并且通常被讲授与原子核物理学密切相关。.

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光子

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粒子加速器

粒子加速器（particle accelerator）是利用電場來推動帶電粒子使之獲得高能量。日常生活中常見的粒子加速器有用於電視的陰極射線管及X光管等設施。只有当被加速的粒子置於抽真空的管中时，才不會被空氣中的分子所撞擊而潰散。在高能加速器裡的粒子由四極磁鐵（quadrupole magnet）聚焦成束，使粒子不會因為彼此間產生的排斥力而散開。 粒子加速器有兩種基本型式，環形加速器和直線加速器。.

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电子

电子（electron）是一种带有负电的次原子粒子，通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一，无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋，是一种费米子。因此，根據泡利不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子（又称正子），其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同，但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时，原子会带电；称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时，它带有负电，叫阴离子，失去电子时，它带有正电，叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平衡时，称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論，宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏，精密的尖端儀器，像四極離子阱，可以長時間局限電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像国际热核聚变实验反应堆，藉著局限電子和離子電漿，來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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自然科学

自然科学是研究大自然中有机或无机的事物和现象的科学。自然科学包括天文學、物理学、化学、地球科学、生物学等等。.

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核動力

核动力（nuclear power，也稱原子能或核能）是利用可控核反应来获取能量，然后产生动力、热量和电能。该术语包括核裂变，核衰变和核聚变。产生核电的工厂被称作核电站，将核能转化为电能的装置包括反应堆和汽轮发电机。核能在反应堆中被转化为热能，热能将水变为蒸汽推动汽轮发电机组发电。 利用核反应来获取能量的原理是：当裂变材料（例如铀-235）在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机。蒸汽机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。世界各国军队中的某些潜艇及航空母舰以核能为动力（主要是美國）。 根據國際能源署的資料，2007年全球電力有13.8%由核能提供。截至2014年9月，全世界共有437个核电机组处于运行状态，总装机容量为374.5吉瓦，虽然不是所有的核反应堆都正在发电。超过150艘使用核动力推进的舰船已被建造，由超过180个核反应堆提供提供动力。 核动力相關的重大事故包括三哩岛核泄漏事故（1979年）、切尔诺贝利核事故（1986年）、福岛第一核电站事故（2011年）和一些核动力潜艇事故。在各種能源的事故之中，按照每个单位发电的人命损失计算，核电的安全记录優于其他几种主要的发电方式。 If you cannot access the paper via the above link, the following link is open to the public, credit to the authors.

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放射性

放射性或輻射性是指元素從不稳定的原子核自发地放出射线，（如α射线、β射线、γ射线等）而衰变形成穩定的元素而停止放射（衰变产物），這種現象稱為放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序數在83（鉍）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序數小于83的元素（如锝）也具有放射性。而有趣的是，從原子序84開始一直到鉳元素有以下特性：原子序是偶數的，半衰期都比相邻的长。这是由於原子序数为偶數的元素的原子核含有適當數量的質子和中子，能够形成有利的配置結構。〈即魔數〉 對單一原子來說，放射性衰变依照量子力學是隨機過程，無法預測特定一個原子是否會衰变。不過原子衰变的機率不會隨著原子存在的時間長短而改變。對大量的原子而言，可以用量測衰變常數計算衰變速率及半衰期。其半衰期沒有已知的時間上下限，範圍可以到55個數量級，短至幾乎瞬間，長至久於宇宙年齡。 有許多種不同的放射性衰变。衰变或是能量的減少都會使有某種原子核的原子（父放射核素）轉變為有另一種原子核的原子，或是其中子或質子的數量不同，稱為子體核素。在一些衰变中，父放射核素和子體核素是不同的化學元素，因此衰变後產生了新的元素，這稱為核嬗变。 最早發現的衰变是α衰變、β衰變、γ衰變。α衰變是原子核放出α粒子（氦原子核），是最常見釋放核子的衰變，不過原子核偶爾也會釋放質子，或者釋放其他特殊的核子（稱為）。β衰變是原子核釋放電子（或正子）及反微中子，會將質子轉變為中子（或是將中子轉變為質子） 。核子也可能捕獲軌道上的電子，使質子轉變為中子，這為電子捕獲，上述的衰变都屬於核嬗变。 相反的，也有一些核衰变不會產生新的元素，受激態原子核的能量以伽馬射線的方式釋出，稱為伽馬衰变，或是將激发态原子核将能量转移至轨道电子上，轨道电子再脱离原子，稱為。若是核子中有大量高度受激的中子，有時會以中子發射的方式釋放能量。另外一種核衰变是將原來的原子核變為二個或多個較小的原子核，稱為自發性的核分裂，出現在大量的不穩定核子自發性的衰变時，一般也會釋放伽馬射線、中子或是其他粒子。 著名的例子像是鈾和釷，但也包括在自然界中，半衰期長的同位素，例如钾-40。例如15種是半衰期短的同位素，像鐳及氡，是由衰變後的產物，也有因為而產生的，像碳-14就是由宇宙射線撞擊氮-14而產生。放射性同位素也可能是因為粒子加速器或核反應爐而人工合成，其中有650種的半衰期超過一小時，有數千種的半衰期更短。.

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