核裂变是重原子核吸收中子后分裂成两个较轻原子核，同时释放能量和中子的物理过程。这一现象是核能利用的基础，既为人类提供清洁能源，也催生了核武器技术。

核裂变的核心机制

1. 原子核结构：铀-235、钚-239等重原子核由数百个质子和中子组成，通过核力紧密结合。

2. 中子撞击：当慢速中子（热中子）被重核吸收后，原子核变得不稳定，发生振动并分裂。

3. 能量释放：分裂后的轻核总质量小于原核，质量亏损通过爱因斯坦质能方程（E=mc²）转化为能量，单次裂变释放约200MeV能量。

4. 链式反应：释放的中子继续撞击其他重核，形成自持反应，需通过控制棒（如镉、硼）调节中子数量。

核裂变的可控与不可控应用

可控应用：核电站

1. 反应堆设计：使用铀-235富集度3%-5%的燃料棒，慢化剂（水、石墨）降低中子速度。

2. 能量转化：裂变热能加热水产生蒸汽，驱动涡轮发电，效率达30%-40%。

3. 安全机制：三重屏障（燃料包壳、压力容器、安全壳）防止辐射泄漏，如福岛事故后增设氢气复合器。

不可控应用：原子弹

1. 临界质量：铀-235需达52kg以上，通过爆炸物压缩形成超临界状态。

2. 链式反应速度：中子飞行时间仅10^-7秒，1千克铀-235完全裂变释放能量相当于2万吨TNT。

核裂变的影响与挑战

1. 能源革命：全球430座核反应堆提供10%电力，法国70%电力来自核能。

2. 环境争议：核废料含钚-239等半衰期数万年的元素，深地质处置成本高昂。

3. 技术双刃剑：同一原理既用于治病（钴-60放疗）也用于杀戮（广岛原子弹）。