原子核物理学和核裂变

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原子核物理学和核裂变之间的区别

原子核物理学 vs. 核裂变

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。. 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。.

中子

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詹姆斯·查德威克

詹姆斯·查德威克爵士，CH，FRS（Sir James Chadwick，），英国物理学家，因於1932年发现中子而获1935年诺贝尔物理学奖。1941年，他为核武器报告的最後稿本执笔，这份报告促使美國政府開始积极进行核武器研究。第二次世界大戰期間，他担任曼哈頓計劃英國小組的組長。因對物理學的貢獻，他於1945年在英格蘭被冊封為爵士。.

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質子

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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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核聚变

--，是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式。在此过程中，物质没有守恒，因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子（能量）。核聚变是给活跃的或“主序的”恆星提供能量的过程。 两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。 舉個例子：两个質量小的原子，比方說兩個氚，在一定条件下（如超高温和高压），會发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放。 原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E.

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核能

核能通常指原子核的能量，可以透過核聚變、核裂變或放射性核衰變釋放出來。 核能也可以指：.

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核武器

--，也叫--或原子武器，簡稱核武，是利用核反应的光热辐射、電磁脈衝、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，来阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括核分裂武器（第一代核武，通常稱為原子弹）和核融合武器（亦稱為氫彈，分为两級及三級式）。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素，以增大辐射强度扩大污染，或加強中子放射以殺傷人員（如中子弹）。 除此以外，核武器還可以根據用途而細分為戰略核武器及戰術核武器，前者是一般意義上的核武器範疇，為大當量的核武器和遠射程，後者則屬於小當量和近射程。其中，後者可用於戰爭前線。戰術核武器的概念以及發展相對戰略核武器為遲緩，是在第二次世界大战以後多年才逐步形成的，而戰術核武器需要對核能技術的要求亦較高以及複雜，其前提是要擁有戰略核武器。 有紀錄的核武器的研發始於第二次世界大戰前夕，由納粹德國率先提出方案，美國方面的計畫則晚了數個月。但由於當時錯誤的實驗方向與發展，令希特勒認為開發核武器的費用將會過於龐大，加上原先德國有興趣的是核子反應所能提供的能源而並非核武，因此放棄開發核武器。 當1945年納粹德國投降後，大量的德國科學家分散至各國持續研究，進一步幫助了西方國家與蘇聯在核能方面的技術發展。.

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欧内斯特·卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福，第一代尼爾森的卢瑟福男爵，OM，FRS（Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson，），新西兰物理学家，世界知名的原子核物理學之父。學術界公認他為繼法拉第之後最偉大的實驗物理學家。 卢瑟福首先提出放射性半衰期的概念，證實放射性涉及從一個元素到另一個元素的--。他又將放射性物質按照貫穿能力分類為α射線與β射線，並且證實前者就是氦離子。因為「对元素蜕变以及放射化学的研究」，他榮獲1908年諾貝爾化學獎。 卢瑟福領導團隊成功地證實在原子的中心有個原子核，創建了卢瑟福模型（行星模型）。他最先成功地在氮與α粒子的核反應裏將原子分裂，他又在同實驗裏發現了質子，並且為質子命名。第104号元素为纪念他而命名为“鑪”。.

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