增殖性材料是指本身在熱中子的作用下不易發(fā)生核裂變，但是通過中子俘獲和接下來的核反應(yīng)產(chǎn)生裂變物質(zhì)的材料。
簡(jiǎn)介
可以通過在核反應(yīng)堆中接受輻射轉(zhuǎn)換為裂變物質(zhì)的天然增殖性材料有如下幾種：
??釷[tǔ]-232，可以轉(zhuǎn)化為鈾[yóu]-233
??鈾-234，可以轉(zhuǎn)化為鈾-235
??鈾-238，可以轉(zhuǎn)化為钚[bù]-239
在核反應(yīng)堆中，通過俘獲一個(gè)中子就可以轉(zhuǎn)化為裂變材料的人工合成同位素包括：
??钚-238，可以轉(zhuǎn)化為钚-239
??钚-240，可以轉(zhuǎn)化為钚-241
有一些超鈾元素需要俘獲超過一個(gè)中子才能轉(zhuǎn)變成半衰期較長(zhǎng)的可裂變物質(zhì)，這樣這些物質(zhì)才有可能在衰變前通過捕獲一個(gè)中子發(fā)生裂變
??钚-242-镅243鋦-244-鋦-245
??鈾-236--237-钚-238-钚-239
??镅[méi]-241-鋦-242-鋦-243(或者更可能的反應(yīng)是鋦-242衰變成為钚-238，同樣需要一個(gè)額外的中子來變成可裂變核素）
由于在最終轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炎兾镔|(zhì)前，每個(gè)反應(yīng)都需要3個(gè)到4個(gè)熱中子，而一個(gè)熱中子引發(fā)的裂變僅僅釋放出2到3個(gè)中子，這些核素反應(yīng)會(huì)減少自由中子的數(shù)量。在快速反應(yīng)堆中，可能需要較少的中子就可以變成裂變材料，而在他們裂變時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的中子。
增殖反應(yīng)堆是指反應(yīng)堆中只需要少量甚至不需要中子減速劑，因此他們需要應(yīng)用快中子。增殖反應(yīng)堆可以用于制造比他們消耗得更多的裂變材料。這是，需要將增殖材料放置在反應(yīng)堆核心的周圍，或者放置在特殊的燃料棒中。由于钚-238、钚-240和钚-242都是增殖材料，而這些材料在熱反應(yīng)堆中無法有效利用，將這些材料與其他不可裂變同位素聚集起來將比在熱反應(yīng)堆中更容易。
核裂變
核裂變（德語：Kernspaltung；英語：nuclear fission），在港臺(tái)稱作核分裂，是指由較重的（原子序數(shù)較大的）原子，主要是指鈾或钚，裂變成較輕的（原子序數(shù)較小的）原子的一種核反應(yīng)或放射性衰變形式。核裂變是由莉澤·邁特納、奧托·哈恩及奧托·羅伯特·弗里施等科學(xué)家在1938年發(fā)現(xiàn)。原子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期原子彈應(yīng)用钚-239為原料制成。而鈾-235裂變?cè)诤穗娬咀畛Ｒ姟?/p>
重核原子經(jīng)中子撞擊后，裂變成為兩個(gè)較輕的原子，同時(shí)釋放出數(shù)個(gè)中子，并且以伽馬射線的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而自發(fā)裂變。原子核裂變時(shí)除放出中子還會(huì)放出熱，核電站用以發(fā)電的能量即來源于此。因此核裂變產(chǎn)物的結(jié)合能需大于反應(yīng)物的的結(jié)合能。
核裂變會(huì)將化學(xué)元素變成另一種化學(xué)元素，因此核裂變也是核遷變的一種。所形成的二個(gè)原子質(zhì)量會(huì)有些差異，以常見的可裂變物質(zhì)同位素而言，形成二個(gè)原子的質(zhì)量比約為3:2。大部分的核裂變會(huì)形成二個(gè)原子，偶爾會(huì)有形成三個(gè)原子的核裂變，稱為三裂變變，大約每一千次會(huì)出現(xiàn)二至四次，其中形成的最小產(chǎn)物大小介于質(zhì)子和氬原子核之間。
現(xiàn)代的核裂變多半是刻意產(chǎn)生，由中子撞擊引發(fā)的人造核反應(yīng)，偶爾會(huì)有自發(fā)性的，因放射性衰變產(chǎn)生的核裂變，后者不需要中子的引發(fā)，特別會(huì)出現(xiàn)在一些質(zhì)量數(shù)非常高的同位素，其產(chǎn)物的組成有相當(dāng)?shù)臋C(jī)率性甚至混沌性，和質(zhì)子發(fā)射、α衰變、集群衰變等單純由量子穿隧產(chǎn)生的裂變不同，后面這些裂變每次都會(huì)產(chǎn)生相同的產(chǎn)物。原子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。核燃料是指一物質(zhì)當(dāng)中子撞擊引發(fā)核裂變時(shí)也會(huì)釋放中子，因此可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使核裂變持續(xù)進(jìn)行。在核電站中，其能量產(chǎn)生速率控制在一個(gè)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。
由于每次核裂變釋放出的中子數(shù)量大于一個(gè)，因此若對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加以控制，同時(shí)發(fā)生的核裂變數(shù)目將在極短時(shí)間內(nèi)以幾何級(jí)數(shù)形式增長(zhǎng)。若聚集在一起的重核原子足夠多，將會(huì)瞬間釋放大量的能量。原子彈便應(yīng)用了核裂變的這種特性。制成原子彈所使用的重核含量，需要在90%以上。
核能發(fā)電應(yīng)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(huì)產(chǎn)生核爆。但核電站仍需要對(duì)反應(yīng)堆中的中子數(shù)量加以控制，以防止功率過高造成堆芯熔毀的事故。通常會(huì)在反應(yīng)堆的慢化劑中添加硼，并使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核裂變速度。從鎘以后的所有元素都能裂變。
核裂變時(shí)，大部分的裂變中子均是一裂變就立即釋出，稱為瞬發(fā)中子，少部分則在之后（一至數(shù)十秒）才釋出，稱為延遲中子。
中子俘獲
中子俘獲是一種原子核與一個(gè)或者多個(gè)中子撞擊，形成重核的核反應(yīng)。由于中子不帶電荷，它們能夠比帶一個(gè)正電荷的質(zhì)子更加容易地進(jìn)入原子核。
在宇宙形成過程中，中子俘獲在一些質(zhì)量數(shù)較大元素的核合成過程中起到了重要的作用。中子俘獲在恒星里以快（R-過程）、慢（S-過程）兩種形式發(fā)生。質(zhì)量數(shù)大于56的核素不能夠通過熱核反應(yīng)（即核聚變）產(chǎn)生，但是可以通過中子俘獲產(chǎn)生。
參考資料 >