Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Phản ứng phân hạch”

[[Tập tin:Nuclear fission.svg|250px|nhỏ|Phản ứng phân hạch cảm ứng. Một [[neutron]] được hấp thụ bởi một [[Urani-235|hạt nhân urani-235]], biến nó thành một hạt nhân [[urani-236]] bị kích thích, với năng lượng kích thích được cung cấp bởi động năng của neutron cộng với các [[ Công thức khối lượng bán thực nghiệm|lực liên kết với neutron]] . Urani-236 lần lượt phân tách thành các nguyên tố nhẹ chuyển động nhanh (sản phẩm phân hạch) và giải phóng một lượng nhỏ neutron tự do. Đồng thời, một hoặc nhiều " [[tia gamma]] tức thời" (không hiển thị) cũng được tạo ra.]]

Trong [[vật lý hạt nhân]] và [[hóa học hạt nhân]], '''phản ứng phân hạch (phân hạch hạt nhân''') là một [[phản ứng hạt nhân]] hoặc quá trình [[Phóng xạ|phân rã phóng xạ]] trong đó [[Hạt nhân nguyên tử|hạt nhân]] của một [[nguyên tử]] tách thành hai hoặc nhiều [[Hạt nhân nguyên tử|hạt nhân]] nhỏ hơn, nhẹ hơn. Quá trình phân hạch thường tạo ra [[Photon|các photon]] [[Tia gamma|gamma]] và giải phóng một lượng [[năng lượng]] rất lớn ngay cả theo tiêu chuẩn năng lượng của [[Phóng xạ|sự phân rã phóng xạ]] .

Sự phân hạch hạt nhân của các nguyên tố nặng được [[Otto Hahn]] và trợ lý [[Fritz Strassmann]] của ông phát hiện vào ngày 17 tháng 12 năm 1938. Hiện tượng này đã được [[Lise Meitner]] và cháu trai của bà [[Otto Frisch|Otto Robert Frisch]] giải thích về mặt lý thuyết vào tháng 1 năm 1939. Frisch đặt tên cho quá trình này khi so sánh tương tự với [[Trực phân|phân hạch sinh học]] của các tế bào sống. Đối với các [[hạt nhân]] nặng, đó là một [[phản ứng tỏa nhiệt]] có thể giải phóng một lượng lớn [[năng lượng]] cả dưới dạng [[bức xạ điện từ]] và như [[động năng]] của các mảnh vỡ ( [[Nhiệt|làm nóng]] vật liệu khối nơi xảy ra quá trình phân hạch). Để phân hạch tạo ra năng lượng, tổng [[Năng lượng liên kết hạt nhân|năng lượng liên kết]] của các phần tử kết quả phải âm hơn (năng lượng liên kết lớn hơn) so với phần tử ban đầu.

Phân hạch là một dạng [[ Biến đổi hạt nhân|biến đổi hạt nhân]] vì các mảnh vỡ kết quả không phải là [[Nguyên tố hóa học|nguyên tố]] giống như nguyên tử ban đầu. Hai (hoặc nhiều) hạt nhân được tạo ra thường có kích thước tương đương nhưng hơi khác nhau, điển hình với tỷ lệ khối lượng sản phẩm khoảng 3 đến 2, đối với [[ Vết nứt|các]] [[đồng vị]] [[ Vết nứt|phân hạch]] phổ biến. <ref>{{Chú thích sách|url=https://books.google.com/books?id=G3JA5pYeQcgC&pg=PA202|title=Nuclear Chemistry|last=M. G. Arora|last2=M. Singh|publisher=Anmol Publications|year=1994|isbn=81-261-1763-X|page=202|last-author-amp=yes}}</ref> <ref>{{Chú thích sách|url=https://books.google.com/books?id=bEXqI4ACk-AC&pg=PA11|title=Fundamentals of Nuclear Pharmacy|last=Gopal B. Saha|date=1 November 2010|publisher=Springer|isbn=978-1-4419-5860-0|pages=11–}}</ref> Hầu hết các phân hạch là phân hạch nhị phân (tạo ra hai mảnh tích điện), nhưng đôi khi (2 đến 4 lần trên 1000 sự kiện), ''ba'' mảnh tích điện dương được tạo ra, trong một [[ Phân hạch|phân hạch tạm thời]] . Các mảnh nhỏ nhất trong các quá trình ternary có kích thước từ hạt proton đến hạt nhân [[argon]].

Ngoài sự phân hạch do neutron gây ra, được con người sử dụng và khai thác, một dạng [[Phóng xạ|phân rã phóng xạ]] tự nhiên (không cần neutron) cũng được gọi là phân hạch, và đặc biệt xảy ra ở các đồng vị có khối lượng rất cao. [[Phân hạch tự phát|Sự phân hạch tự phát]] được [[ Georgy Flyorov|Flyorov]], [[ Konstantin Petrzhak|Petrzhak]] và [[Igor Vasilyevich Kurchatov|Kurchatov]]<ref name="PetrzhakChapter">{{Chú thích sách|title=Краткий Миг Торжества — О том, как делаются научные открытия|last=Петржак|first=Константин|date=1989|publisher=Наука|isbn=5-02-007779-8|editor-last=Черникова|editor-first=Вера|pages=108–112|language=RussianNga|trans-title=Brief Moment of Triumph — About making scientific discoveries|chapter=Как было открыто спонтанное деление|trans-chapter=How spontaneous fission was discovered|author-link=Konstantin Petrzhak}}</ref> phát hiện vào năm 1940 tại Moskva, khi họ xác nhận rằng, không bị bắn phá bởi neutron, tốc độ phân hạch của urani thực sự không đáng kể, như dự đoán của [[Niels Bohr]].<ref name="PetrzhakChapter" />  

Thành phần không thể đoán trước của các sản phẩm (khác nhau theo cách xác suất rộng và hơi hỗn loạn) phân biệt sự phân hạch với các quá trình [[Xuyên hầm lượng tử|đường hầm lượng tử]] hoàn toàn như [[phát xạ proton]], [[phân rã alpha]] và [[ Phân rã cụm|phân rã cụm]], mỗi lần cho cùng một sản phẩm. Phản ứng phân hạch hạt nhân tạo ra năng lượng cho năng lượng [[Năng lượng hạt nhân|hạt nhân]] và thúc đẩy sự bùng nổ của [[vũ khí hạt nhân]] . Cả hai cách sử dụng đều có thể bởi vì một số chất gọi là [[nhiên liệu hạt nhân]] trải qua quá trình phân hạch khi bị neutron phân hạch tấn công và lần lượt phát ra neutron khi chúng vỡ ra. Điều này làm cho [[phản ứng dây chuyền hạt nhân]] tự duy trì có thể xảy ra, giải phóng năng lượng ở tốc độ được kiểm soát trong [[lò phản ứng hạt nhân]] hoặc với tốc độ rất nhanh, không kiểm soát được trong [[vũ khí hạt nhân]] .

Lượng [[ Năng lượng tự do nhiệt động|năng lượng tự do]] chứa trong nhiên liệu hạt nhân gấp hàng triệu lần năng lượng tự do chứa trong một khối nhiên liệu hóa học tương tự như [[xăng]], khiến phân hạch hạt nhân trở thành một nguồn năng lượng rất dày đặc. Tuy nhiên, các sản phẩm phân hạch hạt nhân trung bình có tính [[phóng xạ]] cao hơn nhiều so với các nguyên tố nặng thường được phân hạch làm nhiên liệu, và vẫn tồn tại trong một khoảng thời gian đáng kể, làm phát [[Chất thải phóng xạ|sinh]] vấn đề [[Chất thải phóng xạ|chất thải hạt nhân]] . Những lo ngại về tích lũy [[Chất thải phóng xạ|chất thải hạt nhân]] và về [[Mùa đông hạt nhân|tiềm năng hủy diệt]] của vũ khí hạt nhân là một đối trọng với mong muốn hòa bình sử dụng [[Năng lượng hạt nhân|phân hạch làm nguồn năng lượng]] .

[[Tập tin:UFission.gif|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:UFission.gif|phải|nhỏ|250x250px|Một mô phỏng trực quan của một sự kiện phân hạch hạt nhân gây ra trong đó một neutron chuyển động chậm được hấp thụ bởi hạt nhân của một nguyên tử uranium-235, nó bắn vào hai nguyên tố nhẹ chuyển động nhanh (sản phẩm phân hạch) và neutron bổ sung. Hầu hết năng lượng được giải phóng là ở dạng vận tốc động học của các sản phẩm phân hạch và neutron.]]

[[Tập tin:ThermalFissionYield.svg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:ThermalFissionYield.svg|nhỏ|300x300px|Sản phẩm phân hạch theo khối lượng cho phân hạch [[ Neutron nhiệt|neutron nhiệt]] của [[Urani-235|U-235]], [[Plutoni-239|Pu-239]], một sự kết hợp của hai lò phản ứng điện hạt nhân hiện tại và [[ Urani-233|U-233]] được sử dụng trong [[ Chu kỳ Thorium|chu trình thorium]] .]]

Sự phân hạch hạt nhân có thể xảy ra mà không bị bắn phá [[neutron]] như một loại [[Phóng xạ|phân rã phóng xạ]] . Loại phân hạch này (được gọi là [[phân hạch tự phát]] ) rất hiếm, ngoại trừ trong một vài đồng vị nặng.

Các [[đồng vị]] [[nguyên tố hóa học]] có thể duy trì phản ứng chuỗi phân hạch được gọi là [[nhiên liệu hạt nhân]] và được cho là ''[[ Vết nứt|phân hạch]]'' . Các nhiên liệu hạt nhân phổ biến nhất là [[Urani-235|²³⁵U]] (đồng vị của [[urani]] có [[Số khối|số khối lớn]] 235 và được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân) và [[Plutoni-239|²³⁹Pu]] (đồng vị của [[plutoni]] với số khối là 239). Những nhiên liệu này tách ra thành một loạt các nguyên tố hóa học với khối lượng nguyên tử tập trung gần 95 và 135 '''u''' ( [[ Sản phẩm phân hạch|sản phẩm phân hạch]] ). Hầu hết các nhiên liệu hạt nhân chỉ trải qua quá trình [[phân hạch tự phát]] rất chậm, thay vào đó phân rã chủ yếu thông qua [[chuỗi phân rã]] [[Hạt alpha|alpha]] - [[Hạt beta|beta]] qua các [[thiên niên kỷ]] đến các [[Niên đại địa chất|eons]] . Trong một [[lò phản ứng hạt nhân]] hoặc vũ khí hạt nhân, phần lớn các sự kiện phân hạch được gây ra bởi sự bắn phá với một hạt khác, neutron, được tạo ra bởi các sự kiện phân hạch trước đó.

Phản ứng phân hạch hạt nhân trong nhiên liệu phân hạch là kết quả của năng lượng kích thích hạt nhân được tạo ra khi hạt nhân phân hạch bắt giữ neutron. Năng lượng này, kết quả từ sự bắt giữ neutron, là kết quả của [[lực hạt nhân]] hấp dẫn tác động giữa neutron và hạt nhân. Nó đủ để làm biến dạng hạt nhân thành một "giọt" hai thùy, đến mức các mảnh hạt nhân vượt quá khoảng cách mà lực hạt nhân có thể giữ hai nhóm hạt nhân tích điện lại với nhau và khi điều này xảy ra, hai mảnh vỡ hoàn thành sự phân tách của chúng và sau đó bị đẩy ra xa nhau bởi các lực đẩy lẫn nhau, trong một quá trình trở nên không thể đảo ngược với khoảng cách ngày càng lớn hơn. Một quá trình tương tự xảy ra ở các đồng vị [[ Phân hạch|phân hạch]] (như urani-238), nhưng để phân hạch, các đồng vị này đòi hỏi năng lượng bổ sung được cung cấp bởi [[ Neutron nhanh|các neutron nhanh]] (như các [[Phản ứng tổng hợp hạt nhân|phản ứng]] tạo ra bởi [[phản ứng tổng hợp hạt nhân]] trong [[Vũ khí nhiệt hạch|vũ khí hạt nhân]] ).

[[Mô hình giọt chất lỏng]] của [[hạt nhân nguyên tử]] dự đoán các sản phẩm phân hạch có kích thước bằng nhau là kết quả của biến dạng hạt nhân. [[ Mô hình vỏ hạt nhân|Mô hình vỏ hạt nhân]] tinh vi hơn là cần thiết để giải thích một cách cơ học con đường dẫn đến kết quả thuận lợi hơn về mặt năng lượng, trong đó một sản phẩm phân hạch nhỏ hơn một chút so với sản phẩm khác. Một lý thuyết phân hạch dựa trên mô hình vỏ đã được [[Maria Goeppert-Mayer|Maria Goeppert Mayer đưa ra]] .

Quá trình phân hạch phổ biến nhất là phân hạch nhị phân, và nó tạo ra các sản phẩm phân hạch được ghi chú ở trên, ở mức 95±15 và 135±15 '''u'''. Tuy nhiên, quá trình nhị phân xảy ra chỉ vì nó là xác suất cao nhất. Ở bất cứ nơi nào từ 2 đến 4 phân hạch trên 1000 trong lò phản ứng hạt nhân, một quá trình gọi là [[ Phân hạch|phân hạch ternary]] tạo ra ba mảnh tích điện dương (cộng với neutron) và nhỏ nhất trong số này có thể dao động từ một điện tích và khối lượng nhỏ như một proton (''Z''=1), một mảnh lớn như [[argon]] (''Z''=18). Tuy nhiên, các mảnh nhỏ phổ biến nhất bao gồm 90% hạt nhân helium-4 có nhiều năng lượng hơn các hạt alpha từ phân rã alpha (được gọi là "hạt alpha tầm xa" tại ~16MeV), cộng với hạt nhân helium-6 và [[triti]] (hạt nhân của [[triti]] ). Quá trình ternary ít phổ biến hơn, nhưng cuối cùng vẫn tạo ra sự tích tụ khí helium-4 và triti đáng kể trong các thanh nhiên liệu của các lò phản ứng hạt nhân hiện đại. <ref>S. Vermote, et al. (2008) [https://books.google.com/books?id=6IkykKNob6gC&pg=PA259 "Comparative study of the ternary particle emission in 243-Cm (nth,f) and 244-Cm(SF)"] in ''Dynamical aspects of nuclear fission: proceedings of the 6th International Conference.'' J. Kliman, M. G. Itkis, S. Gmuca (eds.). World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Singapore. {{ISBN|9812837523}}.</ref>

[[Tập tin:Stdef2.png|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:Stdef2.png|phải|nhỏ|275x275px|Các giai đoạn phân hạch nhị phân trong một mô hình giọt chất lỏng. Năng lượng đầu vào làm biến dạng hạt nhân thành hình dạng "xì gà" béo, sau đó thành hình "đậu phộng", sau đó là phân hạch nhị phân khi hai thùy vượt quá khoảng cách thu hút [[lực hạt nhân]] tầm ngắn, sau đó bị đẩy ra xa và tích điện. Trong mô hình giọt chất lỏng, hai mảnh phân hạch được dự đoán có cùng kích thước. Mô hình vỏ hạt nhân cho phép chúng có kích thước khác nhau, như thường được quan sát bằng thực nghiệm.]]

Khoảng 6 MeV của năng lượng phân hạch - đầu vào được cung cấp bởi liên kết đơn giản của một neutron phụ với hạt nhân nặng thông qua lực mạnh; tuy nhiên, trong nhiều đồng vị phân hạch, lượng năng lượng này không đủ để phân hạch. Uranium-238, chẳng hạn, có tiết diện phân hạch gần bằng 0 đối với các neutron có ít hơn một năng lượng MeV. Nếu không có năng lượng bổ sung được cung cấp bởi bất kỳ cơ chế nào khác, hạt nhân sẽ không phân hạch, mà sẽ chỉ hấp thụ neutron, như xảy ra khi U-238 hấp thụ chậm và thậm chí một số phần của neutron nhanh, để trở thành U-239. Năng lượng còn lại để bắt đầu phân hạch có thể được cung cấp bởi hai cơ chế khác: một trong số đó là động năng nhiều hơn của neutron tới, nó ngày càng có khả năng phân [[ Phân hạch|hạch]] hạt nhân nặng [[ Phân hạch|có thể phân hạch]] khi nó vượt quá năng lượng động học của một MeV trở lên (vì vậy- gọi là [[ Neutron nhanh|neutron nhanh]] ). Các neutron năng lượng cao như vậy có thể phân hạch trực tiếp U-238 (xem [[vũ khí nhiệt hạch]] để ứng dụng, trong đó các neutron nhanh được cung cấp bởi [[phản ứng tổng hợp hạt nhân]] ). Tuy nhiên, quá trình này không thể xảy ra ở một mức độ lớn trong lò phản ứng hạt nhân, vì một phần quá nhỏ của các neutron phân hạch được tạo ra bởi bất kỳ loại phân hạch nào cũng có đủ năng lượng để phân hạch hiệu quả U-238 (neutron phân hạch có năng lượng [[Số yếu vị|chế độ]] 2 MeV, nhưng [[Số trung vị|trung bình]] chỉ 0,75 MeV, có nghĩa là một nửa trong số chúng có ít hơn năng lượng không đủ này).

Tuy nhiên, trong số các nguyên tố [[Họ Actini|actini]] nặng, những đồng vị có số nơtron lẻ (chẳng hạn như U-235 với 143 neutron) liên kết thêm một neutron với năng lượng tăng thêm 1 đến 2 MeV so với đồng vị của cùng một nguyên tố số lượng neutron (như U-238 với 146 neutron). Năng lượng liên kết bổ sung này được tạo sẵn do kết quả của cơ chế tạo hiệu ứng [[ Công thức khối lượng bán thực nghiệm|ghép neutron]] . Năng lượng bổ sung này là kết quả của [[Nguyên lý loại trừ Pauli|nguyên tắc loại trừ Pauli]] cho phép một neutron phụ chiếm cùng quỹ đạo hạt nhân như neutron cuối cùng trong hạt nhân, do đó hai người tạo thành một cặp. Do đó, trong các đồng vị như vậy, không cần động năng neutron, vì tất cả năng lượng cần thiết được cung cấp bằng cách hấp thụ bất kỳ neutron nào, hoặc là loại chậm hoặc nhanh (trước đây được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân được kiểm duyệt, và sau đó được sử dụng [[ Lò phản ứng neutron nhanh|nhanh lò phản ứng neutron]], và trong vũ khí). Như đã lưu ý ở trên, nhóm các nguyên tố phân hạch có thể được phân hạch hiệu quả với các neutron phân hạch của chính chúng (do đó có khả năng gây ra [[Phản ứng dây chuyền|phản ứng chuỗi]] hạt nhân với lượng tương đối nhỏ của vật liệu tinh khiết) được gọi là " [[ Vết nứt|phân hạch]] ". Ví dụ về đồng vị phân hạch là uranium-235 và plutonium-239.

Các sự kiện phân hạch điển hình phát hành khoảng hai trăm triệu [[Electronvolt|eV]] (200 &nbsp; MeV) năng lượng, tương đương khoảng 2 nghìn tỷ Kelvin, cho mỗi sự kiện phân hạch. Đồng vị chính xác được phân hạch, và nó có thể phân hạch hay phân hạch hay không, chỉ có tác động nhỏ đến lượng năng lượng được giải phóng. Điều này có thể dễ dàng nhìn thấy bằng cách kiểm tra đường cong của [[ Năng lượng kết dính|năng lượng liên kết]] (hình ảnh bên dưới) và lưu ý rằng năng lượng liên kết trung bình của các hạt nhân actinide bắt đầu bằng uranium là khoảng 7,6 MeV mỗi nucleon. Nhìn xa hơn về đường cong của năng lượng liên kết, trong đó cụm [[ Sản phẩm phân hạch|sản phẩm phân hạch]], có thể dễ dàng quan sát thấy rằng năng lượng liên kết của các sản phẩm phân hạch có xu hướng tập trung vào khoảng 8,5 MeV mỗi nucleon. Do đó, trong bất kỳ sự kiện phân hạch nào của một đồng vị trong phạm vi khối lượng của Actinide, khoảng 0,9 MeV được giải phóng trên mỗi nucleon của nguyên tố ban đầu. Sự phân hạch của U235 bởi một neutron chậm mang lại năng lượng gần như tương đương với sự phân hạch của U238 bởi một neutron nhanh. Hồ sơ giải phóng năng lượng này đúng với thorium và các loại actinide nhỏ khác nhau. <ref name="ENS">{{Chú thích web|url=http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-fission.htm|tựa đề=Nuclear fission|tác giả=Marion Brünglinghaus|nhà xuất bản=European Nuclear Society|url lưu trữ=https://web.archive.org/web/20130117002723/http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-fission.htm|ngày lưu trữ=2013-01-17|ngày truy cập=2013-01-04}}</ref>

Ngược lại, hầu hết [[Phản ứng hóa học|các]] phản ứng [[Ôxy hóa khử|oxy]] [[Phản ứng hóa học|hóa hóa học]] (như đốt [[Than đá|than]] hoặc [[Trinitrotoluen|TNT]] ) giải phóng tối đa một vài [[Electronvolt|eV]] mỗi sự kiện. Vì vậy, nhiên liệu hạt nhân chứa ít nhất mười &nbsp; [[Mật độ năng lượng|năng lượng có thể sử dụng]] gấp triệu lần [[Mật độ năng lượng|trên mỗi đơn vị khối lượng]] so với nhiên liệu hóa học. Năng lượng của phản ứng phân hạch hạt nhân được giải phóng dưới dạng [[động năng]] của các sản phẩm và mảnh phân hạch, và dưới dạng [[bức xạ điện từ]] dưới dạng [[tia gamma]] ; trong lò phản ứng hạt nhân, năng lượng được chuyển thành [[nhiệt]] khi các hạt và tia gamma va chạm với các nguyên tử tạo nên lò phản ứng và [[chất lỏng làm việc]] của nó, thường là [[nước]] hoặc đôi khi là [[nước nặng]] hoặc [[ Muối nóng chảy|muối nóng chảy]] .

[[Tập tin:Bucky1.gif|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:Bucky1.gif|phải|nhỏ|Hoạt hình của [[Nổ kích thích Coulomb|vụ nổ Coulomb]] trong trường hợp một cụm hạt nhân tích điện dương, gần giống với cụm các mảnh phân hạch. Mức độ màu sắc của [[ Huế|Huế]] tỷ lệ thuận với điện tích hạt nhân (lớn hơn). Các electron (nhỏ hơn) trên thang đo thời gian này chỉ được nhìn thấy bằng phương pháp stroboscopcopic và mức độ màu sắc là động năng của chúng]]

Khi một hạt nhân [[urani]] phân thành hai mảnh hạt nhân con, khoảng 0,1 phần trăm khối lượng của hạt nhân urani <ref name="bulletin1950">Hans A. Bethe (April 1950), [https://books.google.com/books?id=Mg4AAAAAMBAJ&pg=PA99 "The Hydrogen Bomb"], ''Bulletin of the Atomic Scientists'', p. 99.</ref> xuất hiện dưới dạng năng lượng phân hạch ~ 200 MeV. Đối với urani-235 (tổng năng lượng phân hạch trung bình 202,79 MeV <ref name="KopMikSin2004">{{Chú thích tạp chí|last=V|first=Kopeikin|last2=L|first2=Mikaelyan and|last3=V|first3=Sinev|year=2004|title=Reactor as a Source of Antineutrinos: Thermal Fission Energy|journal=Physics of Atomic Nuclei|volume=67|issue=10|page=1892|arxiv=hep-ph/0410100|bibcode=2004PAN....67.1892K|doi=10.1134/1.1811196}}</ref> ), thường là ~ 169 MeV xuất hiện dưới dạng [[động năng]] của hạt nhân con gái, chúng bay ra với tốc độ khoảng 3% tốc độ ánh sáng, do [[Lực tĩnh điện|lực đẩy Coulomb]]. Ngoài ra, trung bình là 2,5 &nbsp; neutron được phát ra, với động năng [[Số bình quân|trung bình]] trên mỗi neutron là ~ 2 MeV (tổng cộng 4,8 MeV). <ref>These fission neutrons have a wide energy spectrum, with range from 0 to 14 MeV, with mean of 2 MeV and [[mode (statistics)]] of 0.75 Mev. See Byrne, op. cite.</ref> Phản ứng phân hạch cũng giải phóng ~ 7 MeV trong [[Bức xạ điện từ|các photon]] [[tia gamma]] tức thời. Hình sau có nghĩa là một vụ nổ phân hạch hạt nhân hoặc tai nạn nghiêm trọng phát ra khoảng 3,5% năng lượng của nó dưới dạng tia gamma, ít hơn 2,5% năng lượng của nó là neutron nhanh (tổng cộng cả hai loại bức xạ ~ 6%) và phần còn lại là động năng năng lượng của các mảnh phân hạch (điều này xuất hiện gần như ngay lập tức khi các mảnh vỡ tác động xung quanh vật chất, dưới dạng [[nhiệt]] đơn giản). <ref>[https://web.archive.org/web/20170125171152/https://ke.army.mil/bordeninstitute/published_volumes/nuclearwarfare/chapter1/chapter1.pdf NUCLEAR EVENTS AND THEIR CONSEQUENCES by the Borden institute..."approximately '''82%''' of the fission energy is released as kinetic energy of the two large fission fragments. These fragments, being massive '''and highly charged particles''', interact readily with matter. They transfer their energy quickly to the surrounding weapon materials, which rapidly become heated"]</ref> <ref>{{Chú thích web|url=http://www.oektg.at/wp-content/uploads/02-Nuclear-Engineering-Overview1.pdf|tựa đề=''Nuclear Engineering Overview'' The various energies emitted per fission event pg 4. ''"167 MeV"'' is emitted by means of the repulsive electrostatic energy between the 2 daughter nuclei, which takes the form of the "kinetic energy" of the fission products, this kinetic energy results in both later blast and thermal effects. ''"5 MeV"'' is released in prompt or initial gamma radiation, ''"5 MeV"'' in prompt neutron radiation (99.36% of total), ''"7 MeV"'' in delayed neutron energy (0.64%) and ''"13 MeV"'' in beta decay and gamma decay(residual radiation)|nhà xuất bản=Technical University Vienna|url lưu trữ=https://web.archive.org/web/20180515201022/http://www.oektg.at/wp-content/uploads/02-Nuclear-Engineering-Overview1.pdf|ngày lưu trữ=May 15, 2018}}</ref> Trong một quả bom nguyên tử, sức nóng này có thể phục vụ để tăng nhiệt độ của lõi bom lên 100 &nbsp; triệu [[kelvin]] và gây ra sự phát xạ thứ cấp của tia X mềm, chuyển đổi một phần năng lượng này thành bức xạ ion hóa. Tuy nhiên, trong các lò phản ứng hạt nhân, động năng phân hạch vẫn là nhiệt độ thấp, chính nó gây ra ít hoặc không bị ion hóa.

Trong một lò phản ứng đã hoạt động được một thời gian, các sản phẩm phân hạch phóng xạ sẽ được xây dựng ở nồng độ trạng thái ổn định sao cho tốc độ phân rã của chúng bằng với tốc độ hình thành của chúng, do đó tổng đóng góp một phần của chúng vào nhiệt của lò phản ứng (thông qua phân rã beta ) giống như những đóng góp phân đoạn phóng xạ này cho năng lượng phân hạch. Trong các điều kiện này, 6,5% phân hạch xuất hiện dưới dạng bức xạ ion hóa bị trì hoãn (gamma và beta bị trì hoãn từ các sản phẩm phân hạch phóng xạ) góp phần vào việc sản xuất nhiệt lò phản ứng ở trạng thái ổn định dưới nguồn điện. Đây là phần đầu ra còn lại khi lò phản ứng đột ngột ngừng hoạt động (trải qua [[ Scram|scram]] ). Vì lý do này, sản lượng [[ Nhiệt phân hủy|nhiệt phân rã của]] lò phản ứng bắt đầu ở mức 6,5% công suất phân hạch trạng thái ổn định của lò phản ứng đầy đủ, sau khi lò phản ứng ngừng hoạt động. Tuy nhiên, trong vài giờ, do sự phân rã của các đồng vị này, sản lượng điện phân rã ít hơn nhiều. Xem [[ Nhiệt phân hủy|nhiệt phân rã]] để biết chi tiết.

Một số quá trình liên quan đến neutron là đáng chú ý để hấp thụ hoặc cuối cùng mang lại năng lượng - ví dụ như động năng neutron không sinh nhiệt ngay lập tức nếu neutron bị bắt bởi một nguyên tử uranium-238 để tạo ra plutonium-239, nhưng năng lượng này được phát ra nếu plutoni-239 là sau đó phân hạch. Mặt khác, cái gọi là [[ Neutron bị trì hoãn|neutron chậm]] phát ra dưới dạng các sản phẩm phân rã phóng xạ có chu kỳ bán rã lên đến vài phút, từ sản phẩm con phân hạch, rất quan trọng đối với việc [[ Vật lý lò phản ứng hạt nhân|điều khiển lò phản ứng]], bởi vì chúng cho thời gian "phản ứng" đặc trưng cho phản ứng hạt nhân tổng thể tăng gấp đôi kích thước, nếu phản ứng được chạy trong vùng " trễ tới hạn ", cố tình dựa vào các neutron này để phản ứng chuỗi siêu tới hạn (một trong đó mỗi chu kỳ phân hạch mang lại nhiều neutron hơn mức hấp thụ). Nếu không có sự tồn tại của chúng, phản ứng dây chuyền hạt nhân sẽ [[ Nhắc nhở quan trọng|nhanh chóng]] trở nên tới hạn và tăng quy mô nhanh hơn khả năng can thiệp của con người. Trong trường hợp này, các lò phản ứng nguyên tử thử nghiệm đầu tiên sẽ chạy đến một "phản ứng tới hạn kịp thời" nguy hiểm và lộn xộn trước khi các nhà khai thác của họ có thể tự tắt chúng (vì lý do này, nhà thiết kế [[Enrico Fermi]] bao gồm các thanh điều khiển kích hoạt chống bức xạ, bị đình chỉ bằng nam châm điện, có thể tự động rơi vào trung tâm [[Chicago Pile-1]] ). Nếu những neutron bị trì hoãn này bị bắt mà không tạo ra sự phân hạch, chúng cũng tạo ra nhiệt. <ref>{{Chú thích web|url=http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_1.html|tựa đề=Nuclear Fission and Fusion, and Nuclear Interactions|nhà xuất bản=National Physical Laboratory|url lưu trữ=https://web.archive.org/web/20100305114800/http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_1.html|ngày lưu trữ=2010-03-05|ngày truy cập=2013-01-04}}</ref>

Trong phân hạch, có một ưu tiên là tạo ra các mảnh có số chẵn, được gọi là hiệu ứng chẵn - lẻ đối với phân bố điện tích của các mảnh. Tuy nhiên, không có hiệu ứng chẵn - lẻ được quan sát thấy trong phân phối '''số khối''' . Kết quả này được quy cho sự [[Phá vỡ cặp hạt nhân trong phân hạch|phá vỡ cặp nucleon]] .

Trong các sự kiện phân hạch hạt nhân, các hạt nhân có thể vỡ thành bất kỳ sự kết hợp nào của các hạt nhân nhẹ hơn, nhưng sự kiện phổ biến nhất không phải là sự phân hạch với các hạt nhân có khối lượng bằng nhau về khối lượng 120; sự kiện phổ biến nhất (tùy thuộc vào đồng vị và quá trình) là sự phân hạch hơi không đồng đều trong đó một hạt nhân con gái có khối lượng khoảng 90 đến 100 '''u''' và cái còn lại 130 đến 140 '''u''' <ref>{{Chú thích tạp chí|last=L. Bonneau|last2=P. Quentin|year=2005|title=Microscopic calculations of potential energy surfaces: Fission and fusion properties|url=http://t16web.lanl.gov/publications/bonneau2.pdf|journal=AIP Conference Proceedings|volume=798|pages=77–84|doi=10.1063/1.2137231|archive-url=https://web.archive.org/web/20060929025926/http://t16web.lanl.gov/publications/bonneau2.pdf|archive-date=September 29, 2006|access-date=2008-07-28}}</ref> Phân hạch không đồng đều thuận lợi hơn về mặt năng lượng vì điều này cho phép một sản phẩm gần với mức tối thiểu năng lượng gần khối lượng 60 '''u''' (chỉ bằng một phần tư khối lượng phân hạch trung bình), trong khi các hạt nhân khác có khối lượng 135 '''u''' vẫn không nằm ngoài phạm vi của các hạt nhân bị ràng buộc chặt chẽ nhất (một tuyên bố khác về điều này, là đường cong [[ Năng lượng kết dính|năng lượng liên kết]] nguyên tử hơi dốc về bên trái của khối lượng 120 '''u''' hơn bên phải của nó).

[[Tập tin:Binding_energy_curve_-_common_isotopes.svg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:Binding_energy_curve_-_common_isotopes.svg|phải|nhỏ|300x300px|"Đường cong năng lượng liên kết": Biểu đồ năng lượng liên kết trên mỗi hạt nhân của các đồng vị chung.]]

Sự phân hạch hạt nhân của các nguyên tố nặng tạo ra năng lượng có thể khai thác được vì năng lượng [[ Năng lượng kết dính|liên kết]] riêng ( [[ Năng lượng kết dính|năng lượng]] liên kết trên khối lượng) của hạt nhân có khối lượng trung gian với [[Số nguyên tử|số]] [[Nguyên tử khối|nguyên tử]] và [[Nguyên tử khối|khối lượng nguyên tử]] gần bằng [[ Niken-62|⁶²Ni]] và [[ Sắt-56|⁵⁶Fe]] lớn hơn năng lượng liên kết riêng của hạt nhân của hạt nhân rất nặng, do đó năng lượng được giải phóng khi các hạt nhân nặng bị phá vỡ. Tổng khối lượng nghỉ của các sản phẩm phân hạch ('''Mp''') từ một phản ứng đơn lẻ nhỏ hơn khối lượng của hạt nhân nhiên liệu ban đầu ('''M'''). Khối lượng dư '''Δm''' = '''M''' - '''Mp''' là [[ Khối lượng bất biến|khối lượng bất biến]] của năng lượng được giải phóng dưới dạng [[photon]] ( [[tia gamma]] ) và động năng của các mảnh phân hạch, theo công thức [[Sự tương đương khối lượng–năng lượng|tương đương năng lượng khối lượng]] ''E'' = ''mc''².

Sự thay đổi năng lượng liên kết cụ thể với [[số nguyên tử]] là do sự tương tác của hai [[lực]] cơ bản tác động lên các [[Nucleon|hạt nhân]] thành phần ( [[proton]] và [[neutron]] ) tạo nên hạt nhân. Các hạt nhân bị ràng buộc bởi một [[lực hạt nhân]] hấp dẫn giữa các hạt nhân, vượt qua lực [[Tĩnh điện học|đẩy tĩnh điện]] giữa các proton. Tuy nhiên, lực hạt nhân chỉ hoạt động trong phạm vi tương đối ngắn (một vài đường kính [[nucleon]] ), vì nó đi theo [[ Tiềm năng Yukawa|tiềm năng Yukawa]] phân rã theo cấp số nhân, khiến nó không đáng kể ở khoảng cách xa hơn. Lực đẩy tĩnh điện có phạm vi dài hơn, vì nó phân rã theo quy tắc nghịch đảo bình phương, do đó hạt nhân lớn hơn khoảng 12 &nbsp; các hạt nhân có đường kính đạt đến điểm mà tổng lực đẩy tĩnh điện vượt qua lực hạt nhân và khiến chúng không ổn định một cách tự nhiên. Vì lý do tương tự, các hạt nhân lớn hơn (đường kính hơn tám hạt nhân) ít bị ràng buộc chặt chẽ hơn trên mỗi đơn vị khối lượng so với các hạt nhân nhỏ hơn; phá vỡ một hạt nhân lớn thành hai hoặc nhiều hạt nhân có kích thước trung gian sẽ giải phóng năng lượng.

Ngoài ra do phạm vi ngắn của lực liên kết mạnh, các hạt nhân ổn định lớn phải chứa nhiều neutron hơn so với các nguyên tố nhẹ nhất, ổn định nhất với '''tỷ lệ 1:1''' proton và neutron. Hạt nhân có hơn 20 proton không thể ổn định trừ khi chúng có nhiều hơn số nơtron bằng nhau. Các neutron phụ ổn định các nguyên tố nặng vì chúng thêm vào liên kết lực mạnh (hoạt động giữa tất cả các nucleon) mà không thêm vào lực đẩy proton proton. Trung bình, các sản phẩm phân hạch có cùng [[ Tỷ lệ proton neutron bào|tỷ lệ neutron và proton]] như hạt nhân mẹ của chúng, và do đó thường không ổn định để phân rã beta (làm thay đổi neutron thành proton) vì chúng có quá nhiều neutron so với các đồng vị ổn định có cùng khối lượng.

Xu hướng hạt nhân sản phẩm phân hạch này trải qua quá trình phân rã beta là nguyên nhân cơ bản của vấn đề [[Phóng xạ|chất thải phóng xạ]] [[ Chất thải cấp cao|ở mức độ cao]] từ các lò phản ứng hạt nhân. Các sản phẩm phân hạch có xu hướng [[Hạt beta|phát xạ beta]], [[Phân rã beta|phát ra]] các [[electron]] chuyển động nhanh để tiết kiệm [[điện tích]], vì các neutron dư chuyển đổi thành các proton trong các nguyên tử sản phẩm phân hạch. Xem [[ Sản phẩm phân hạch (theo yếu tố)|các sản phẩm phân hạch (theo yếu tố)]] để biết mô tả về các sản phẩm phân hạch được sắp xếp theo yếu tố.

[[Tập tin:Fission_chain_reaction.svg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:Fission_chain_reaction.svg|nhỏ|462x462px|Một phản ứng chuỗi phân hạch hạt nhân. 1. &nbsp; Một nguyên tử [[Urani-235|uranium-235]] hấp thụ [[neutron]] và phân hạch thành hai nguyên tử mới (các mảnh phân hạch), giải phóng ba neutron mới và một số năng lượng liên kết. 2. &nbsp; Một trong những neutron đó được hấp thụ bởi một nguyên tử [[Urani 238|uranium-238]] và không tiếp tục phản ứng. Một neutron khác đơn giản là bị mất và không va chạm với bất cứ thứ gì, cũng không tiếp tục phản ứng. Tuy nhiên, một neutron không va chạm với một nguyên tử uranium-235, sau đó phân hạch và giải phóng hai neutron và một số năng lượng liên kết. 3. &nbsp; Cả hai neutron đó va chạm với các nguyên tử uranium-235, mỗi nguyên tử phân hạch và giải phóng giữa một và ba neutron, sau đó có thể tiếp tục phản ứng.]]

Một số nguyên tố nặng, chẳng hạn như [[Urani|uraniumurani]]um, [[Thori|thoriumthori]]um và [[Plutoni|plutoniumplutoni]]um, trải qua cả quá trình [[phân hạch tự phát]], một dạng [[Phóng xạ|phân rã phóng xạ]] và ''phân hạch cảm ứng'', một dạng [[phản ứng hạt nhân]] . Các đồng vị nguyên tố trải qua quá trình phân hạch cảm ứng khi bị [[neutron]] tự do tấn công được gọi là [[ Phân hạch|phân hạch]] ; Các đồng vị trải qua quá trình phân hạch khi bị [[ Neutron nhiệt|neutron nhiệt]] chuyển động chậm cũng được gọi là [[ Vết nứt|phân hạch]] . Một số đồng vị đặc biệt dễ phân hủy và có thể thu được (đáng chú ý là ²³³U, ²³⁵U và ²³⁹Pu) được gọi là [[nhiên liệu hạt nhân]] vì chúng có thể duy trì phản ứng dây chuyền và có thể thu được với số lượng đủ lớn để có ích.

Tất cả các đồng vị có thể phân hạch và phân hạch đều trải qua một lượng nhỏ phân hạch tự phát, giải phóng một vài neutron tự do vào bất kỳ mẫu nhiên liệu hạt nhân nào. Các neutron như vậy sẽ thoát ra khỏi nhiên liệu nhanh chóng và trở thành một [[Neutron|neutron tự do]], với [[Phân rã theo cấp số mũ|tuổi thọ trung bình]] khoảng 15 phút trước khi phân rã thành [[Hạt beta|các hạt]] [[proton]] và [[Hạt beta|beta]]. Tuy nhiên, neutron tác động gần như bất biến và được hấp thụ bởi các hạt nhân khác trong vùng lân cận từ lâu trước khi điều này xảy ra (neutron phân hạch mới được tạo ra di chuyển với tốc độ khoảng 7% tốc độ ánh sáng, và thậm chí cả neutron được điều tiết di chuyển ở khoảng 8 lần tốc độ của âm thanh). Một số neutron sẽ tác động đến hạt nhân nhiên liệu và gây ra sự phân hạch hơn nữa, giải phóng thêm neutron. Nếu đủ nhiên liệu hạt nhân được lắp ráp ở một nơi, hoặc nếu các neutron thoát ra được chứa đủ, thì những neutron mới phát ra này sẽ vượt trội hơn các neutron thoát ra khỏi tổ hợp và sẽ xảy ra ''phản ứng chuỗi hạt nhân bền vững'' .

Một tổ hợp hỗ trợ cho phản ứng dây chuyền hạt nhân bền vững được gọi là tổ hợp tới hạn hoặc, nếu lắp ráp gần như hoàn toàn làm từ nhiên liệu hạt nhân, một [[khối lượng tới hạn]] . Từ "tới hạn" đề cập đến một mức đỉnh trong hành vi của các [[phương trình vi phân]] cho biết số lượng neutron tự do trình bày trong nhiên liệu: nếu có ít hơn một khối lượng tới hạn thì số lượng của neutron được xác định bởi [[Phóng xạ|sự phân rã phóng xạ]], nhưng nếu có từ một khối lượng tới hạn trở lên, thì lượng neutron được điều khiển thay vào đó bằng yếu tố vật lý của phản ứng dây chuyền. [[Khối lượng]] thực tế của một ''khối nhiên liệu hạt nhân tới hạn'' phụ thuộc mạnh mẽ vào cấu trúc hình học và các vật liệu xung quanh.

Không phải tất cả các đồng vị phân hạch có thể duy trì phản ứng dây chuyền. Ví dụ, ²³⁸U, dạng uranium dồi dào nhất, có thể phân hạch nhưng không phân hạch: nó trải qua quá trình phân hạch cảm ứng khi bị tác động bởi một neutron năng lượng với hơn 1 &nbsp; MeV của động năng. Tuy nhiên, quá ít neutron được tạo ra bởi quá trình phân hạch ²³⁸U đủ năng lượng để tạo ra các phân hạch tiếp theo trong ²³⁸U, do đó không có phản ứng dây chuyền nào có thể xảy ra với đồng vị này. Thay vào đó, bắn phá ²³⁸U bằng neutron chậm khiến nó hấp thụ chúng (trở thành ²³⁹U) và phân rã bằng [[Phân rã beta|phát xạ beta]] thành ²³⁹Np, sau đó phân rã lại theo quy trình tương tự thành ²³⁹Pu; quá trình đó được sử dụng để sản xuất ²³⁹Pu trong các [[ Lò phản ứng giống|lò phản ứng của nhà tạo giống]] . Sản xuất plutonium tại chỗ cũng góp phần vào phản ứng chuỗi neutron trong các loại lò phản ứng khác sau khi đã sản xuất đủ plutoni-239, vì plutonium-239 cũng là một nguyên tố phân hạch dùng làm nhiên liệu. Người ta ước tính rằng có tới một nửa công suất được tạo ra bởi một lò phản ứng "không tạo giống" tiêu chuẩn được tạo ra bởi sự phân hạch của plutoni-239 được sản xuất tại chỗ, trong toàn bộ vòng đời của một lần truyền tải nhiên liệu.

[[Tập tin:Philippsburg2.jpg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin tin:Philippsburg2.jpg|phải|nhỏ|Các [[ Tháp làm mát|tháp làm mát]] của [[ Nhà máy điện hạt nhân Philippsburg|Nhà máy điện hạt nhân Philippsburg]], ở [[Đức]] .]]

Lò phản ứng phân hạch tới hạn là loại [[lò phản ứng hạt nhân]] phổ biến nhất. Trong một lò phản ứng phân hạch tới hạn, neutron được tạo ra bởi sự phân hạch của các nguyên tử nhiên liệu được sử dụng để tạo ra nhiều phân hạch hơn, để duy trì lượng giải phóng năng lượng có thể kiểm soát được. Các thiết bị tạo ra các phản ứng phân hạch được thiết kế nhưng không tự duy trì là [[ Lò phản ứng phân hạch cận lâm sàng|các lò phản ứng phân hạch cận lâm sàng]] . Các thiết bị như vậy sử dụng [[Phóng xạ|phân rã phóng xạ]] hoặc [[máy gia tốc hạt]] để kích hoạt phân hạch.

* ''[[Nhà máy điện hạt nhân|các lò phản ứng điện]]'' được dự định để tạo ra nhiệt cho năng lượng hạt nhân, là một phần của [[Sản xuất điện năng|trạm phát điện]] hoặc hệ thống điện địa phương như [[tàu ngầm hạt nhân]] .

* ''[[ Lò phản ứng nghiên cứu|lò phản ứng nghiên cứu]]'' nhằm tạo ra neutron và/hoặc kích hoạt các nguồn phóng xạ cho các mục đích khoa học, y tế, kỹ thuật hoặc các mục đích nghiên cứu khác.

* ''[[lò phản ứng giống]]'' dự định sản xuất nhiên liệu hạt nhân với số lượng lớn từ các [[đồng vị]] phong phú hơn. [[Lò phản ứng nhanh giống]] được biết đến nhiều hơn tạo ra ²³⁹Pu (nhiên liệu hạt nhân) từ ²³⁸U tự nhiên rất dồi dào (không phải nhiên liệu hạt nhân). [[ Lò phản ứng giống|Các lò phản ứng của nhà tạo nhiệt]] đã được thử nghiệm trước đây bằng cách sử dụng ²³²Th để tạo ra đồng vị phân hạch ²³³ U ( [[ Chu trình nhiên liệu Thorium|chu trình nhiên liệu thorium]]) tiếp tục được nghiên cứu và phát triển.