核武器物理的基础知识：核裂变的解释
        裂变和聚变是大规模核能之源，其中的每一种都是基本原子核现象，都与量子力学及相对论理论有关。裂变和聚变的联合影响对现代社会的作用是巨大的和空前的。从本质上说，裂变与a衰变相当类似，都是一个原子核分裂成互相飞离的两个部分，都有一势垒在起着阻止迅速衰变的作用。
       在太阳上有聚变而没有裂变。在地球上天然存在的元素中，自发裂变是极其稀少的。科学家前后经过40年对放射性和原子核转变的研究，没有一个人曾看到过裂变。费米1934年曾经用中子轰击铀-238得到了裂变产物而不认为是裂变，以为出现了一种超铀元素。1938年哈恩和斯特拉斯曼重作了费米的实验，在产物中得到了钡（Z＝56）的明确的化学证明，他们拿不定主意是否是裂变产生的，所以没有发表论文。首先正确解释铀核裂变的荣誉，属于奥地利物理学家迈特内与他的外甥弗里施。他们在1939年1月提出，受到中子轰击而激发的铀可以分裂成为几乎相等大小的碎片。
        裂变的发现犹如种子落入沃土。玻尔和惠勒以惊人的速度发表了关于裂变的理论。以同样的速度，物理学家们抓住了它的实际潜力，开创了大规模释放能量的研究。
       要对裂变释放能量的前景作出估计必须回答三个基本问题。
       第一个问题：裂变中释放出来的能量是多少？这个问题最容易回答：根据比结合能曲线，可以预期的答案是每个核子约1兆电子伏，或一次裂变事件约200兆电子伏。这个能量很快地转变为热量，而与裂变事件的原子核过程无关，它对继续发生裂变没有多大关系。
      第二个问题：哪些原子核是最可能裂变的？
      第三个问题：在一次裂变事件中发射出多少中子？
       1939年，玻尔和惠勒提出了原子核裂变的液滴模型。他们设想，通常的液体具有表面张力，这是由于表面分子只在一侧受到其他分子的包围，因此，比起内部的分子它们所受到的束缚要小些。由于具有表面张力，一滴液体总是趋于球形以尽量减少其表面积。核子的行为类同于液体中的分子，原子核可以看成象一个球状的小水珠，其中质子和中子在不断地运动着。这种运动使得原子核在某一瞬间会变成不规则的形状。特别是当核内受到某种能量的扰动，使原子核处于较高能量的激发态时，原子核变形就更厉害。像液滴一样，原子核形状的改变超过一定的临界程度就会分裂。
       重核中有两个起作用的力：一个是核力，它使原子核凝聚在一起；另一个是库仑力，它趋于把原子核拉开。吸引的核力产生一个有效表面张力，趋于维持原子核为近似的球形。质子间的库仑斥力趋于使原子核拉开。在临界形变以下，表面张力占优势。超过临界形变，库仑斥力占优势。我们知道，核力支配着所有的原子核，但是，对于最重的原子核，核力仅能勉强控制住。如果一个铀核从其正常形状稍稍变形，则核力占优势，使之恢复到原有形状。如果进一步变形，则斥力占优势，核将分裂为二（有时为三）。
       在这两种形变程度之间，有一势垒。势垒的大小取决于库仑能和表面张力能的相对大小。库仑能近似地与Z2/R成正比：
                                                    U库～Z2/R
       另一个有关系的能量是原子核的表面张力能。它与原子核的表面积（或原子核半径的平方）成正比：
                                                    U表面～R2
        因此比值U库/ U表面与Z2/R3成正比。而R3与质量数A成正比，从而可写出
                                        U库/ U表面～Z2/ R3～Z2/A
       玻尔认为这个比值可以作为裂变势垒的重要参数。其值越大，斥力就越占优势，因而原子核裂变就越容易。因此Z2/A值大的情况相当于裂变势垒低。考虑铀的两种主要同位素，对其中的每个核加一个中子：
                                         235U + n = 236U：Z2/A = 35.9
                                         238U + n = 239U：Z2/A = 35.4
      由于这个小差别，236U的裂变就比239U容易些。实际情况确是如此，235U与慢中子作用就可发生裂变。如图2.13所示。
      还有一个区分两个同位素裂变能力的标志性参数是激发能，它比势垒参数更为重要。在原子核的比结合能曲线中有一个细微而不明显的效应是，偶数A的原子核中，每个核子的结合能比其相邻奇数A的原子核中的结合能稍大些。因此，235U俘获一个慢中子后形成一个偶数A的核，它比238U俘获一个慢中子后形成的奇数A核束缚得更紧密，而且可以提供更多的激发能。
      这个差别非常重要。235U吸收一个慢中子形成236U，可以放出6.4兆电子伏的结合能，提供了足够的能量以克服裂变势垒。因此，235U不管吸收多大动能的中子，都会引起核裂变；而慢中子在核附近逗留的时间长，引起核裂变的机会也就更大。238U则不然，当它吸收一个慢中子形成239U后，只能放出4.8兆电子伏的结合能，不足以克服裂变势垒。只有当入射中子的动能足够大，当238U吸收后，入射中子的动能加上结合能足以克服裂变势垒时，才能发生裂变。
     入射中子刚刚能引起238U发生裂变的动能，称为克服裂变势垒的“阈能”（即产生裂变的最低能量）。因为慢中子引起238U裂变的机会（称裂变截面）很小，而且裂变截面随中子能量的变化不大，故很难说从哪一能量开始238U 刚好发生裂变。在核工程学中，有时取1.4兆电子伏为238U 的阈能，在一般教科书中取1.1兆电子伏作为能引起238U裂变的阈能。
     用Z2/A这个裂变势垒参数，可以猜测Z比92大的超铀元素应该比铀更加容易裂变。因为Z2在分子上，是二次方，变化大；而A在分母上，是一次方，相对变化小些。一旦能够“制造”超铀同位素，建造新的反应堆或制造炸弹，不就更容易了吗。现在考虑的实际同位素是钚-239（239Pu，Z＝94）。它是238U俘获一个中子后经过两次衰变而来的，如图2.14所示。
钚-239是一个高度可裂变的同位素：239Pu + n = 240Pu： Z2/A = 36.8
     由于其Z2/A值较大，钚-240的裂变势垒比每一种铀的同位素都要低些。它和铀-236一样有一个偶数的A值，而偶数A值的好处是有大的中子结合能。因为钚有如此大的优越性，所以研究和生产钚的技术发展很快。1939年钚还未被知晓和命名，而在1945年夏天就生产出了世界上第一颗钚炸弹。日本长崎是第一个遭受钚弹灾难的城市。