text: 核反應在核物理和核化學中是指兩個原子核，或一個原子核和另一個外來的次原子粒子，發生碰撞並產生一或多個核種的過程。因此，核反應必定導致一種核種被轉換成另一種核種。若一個原子核和另一個原子核或粒子發生互動作用，並在不改變核種本質的情況下分離，這個過程將被視為一種核散射，而非核反應。核反應分成核融合和核分裂原則上，一個核反應能包含多於兩次粒子碰撞，但由於三個原子核以上同時出現於同一處的機率遠小於兩個原子核，此類碰撞相當罕見。「核反應」一詞可指和其他粒子的碰撞所誘發的核種改變，或核種不經碰撞發生的自發性反應。自然情況下，核反應發生於宇宙射線及物質間的互動作用。核反應亦可透過人為方式，用可調節的速率、可依需求而變的方式操作，以獲取核能。可裂變材料中的核連鎖反應能夠造成誘發核裂變。不同輕元素間的核融合反應供應太陽及恆星的能量產出。歷史.1919年，歐內斯特‧拉塞福利用α粒子撞擊氮原子核，在曼徹斯特大學成功做出將氮轉為氧的蛻變反應：14N + α → 17O + p 。此為人類首次觀測到的誘導核反應，也就是一次衰變產生的粒子被用於轉換另一個原子核的反應。最終，1923年，拉塞福的同僚約翰·考克饒夫及歐內斯特·沃爾頓在劍橋大學完成了第一次完整的人造核反應與核蛻變，他們利用人工加速的質子撞擊鋰-7原子核，將其拆分為兩個α粒子。這項創舉被大眾稱為「拆開原子」，儘管其並非現代所認知的核衰變反應，也就是1938年德國科學家奧託‧哈恩、莉澤‧麥特納及弗裡茨‧施特拉斯曼所發現發生於重元素中的核反應。命名.核反應能以類似化學反應方程式的形式表達，在化學反應方程式中，方程式兩側靜止質量必須守恆，且粒子的轉變必須遵循特定守恆律，諸如電荷與重子數守恆。此類表示法如下例所示：為了平衡上式中的質量、電荷與質量數，第二式右方的原子核，原子序必為2，質量數必為4；因此，其亦為氦-4原子核。故，完整反應式為：或更簡潔地表示為：在許多情況下，人們常採用較短小精簡的符號描述核反應，而非如上式呈現的完整方程式。在此種精簡的方法中，形式A(b,c)D等同於A + b產生c + D。許多質量輕的粒子常使用此方式縮寫。一般而言，p代表質子，n代表中子，d代表氘，α代表α粒子，γ代表γ光子，諸如此類。前述反應可寫成6Li(d,α)α。能量守恆.動能可在核反應得以發生。此能量變化可參考極精確的粒子靜止質量表計算而得， 具體方式如下：根據該表，原子核的標準原子質量為6.015原子質量單位，氘為2.014u，He-4原子核則為4.0026u。因此，在核反應中，若計入相對論效應，總能量守恆。因此，「失去」的質量必以釋出的動能再度出現；其核結合能。利用愛因斯坦的質能守恆方程式 "E" = "mc"2，可以決定釋放的能量。首先，我們需要得出一個原子質量單位對應的能量大小：1 u "c"2 = (1.66054 × 10−27 kg) × (2.99792 × 108 m/s)2= 1.49242 × 10−10 kg (m/s)2 = 1.49242 × 10−10 J (焦耳) × (1 MeV / 1.60218 × 10−13 J)= 931.49 MeV,因此 1 u "c"2 = 931.49 MeV。故，釋出的能量為0.0238 × 931 MeV = 22.2 MeV。以另一種方式表達：質量減少了0.3%，相當於90 PJ/kg的0.3%，即270 TJ/kg。對核反應而言，這是個龐大的能量值；能釋出如此大量的能量，乃因He-4原子核的單位核子結合能異常地高，而這是因為He-4是「雙幻數」的。。因此，α粒子在核反應式的右側經常出現。核反應中的能量釋放，主要以下列三種方式之一出現：當產物原子核處於介穩狀態，我們在其原子序旁加註米字號  。此能量最終透過核衰變釋放。少部分能量亦可能以X射線的形式產生。一般而言，產物原子核具有和反應物不同的原子序，因此其電子殼層的組態將是錯誤的。在電子自行重新排列並降至較低能階的過程，內部過渡X射線可能被釋放。Q值與能量平衡.書寫反應方程式時，我們也可以利用類似化學反應方程式的方式，將反應的能量變化加註於右側：靶核+彈核→終核+釋出核+"Q"對於先前討論過的例子，其反應能量變化已經計算出，為 Q = 22.2 MeV。因此，反應能量反應速率.反應方程式可被平衡，不代表該反應真的能發生。反應發生的速率取決於能量、入射粒子通量，與反應橫截面。巨大反應速率儲存庫的一個例子是REACLIB資料庫，其由聯合核天文物理研究所維護。帶電與非帶電粒子.在啟動核反應的最初碰撞中，粒子間的距離必須夠短，使得短距離強力得以影響它們。許多最常見的核粒子都帶正電，意味著其必須克服可觀的靜電斥力以使核反應得以啟動。即使目標原子核是電中性原子的一部份，另一個粒子仍須深深穿透電子雲並極度靠近帶正電的原子核。因此，這類粒子在發生核反應前，必須先被加速至具有高能量，方法如：另外，由於斥力和兩電荷的乘積成正比，重核間的核反應更加罕見，且相較於重核和輕核間的反應，需要更高的啟動能量；兩輕核間的反應則是最普遍、常見的種類。另一方面，中子不帶有會導致斥力的電荷，且能夠以極低的能量啟動核反應。事實上，在極低的粒子能量下，中子的德布羅意物質波波長大大增加，當其能量接近原子核的共振態時，可能大大增加其捕捉截面積。低能量中子的反應性甚至可能比高能量中子高。值得注意的種類.雖然可能發生的核反應種類相當多，有部分型態較為常見，或說，較值得注意。一些例子如下：核分裂反應——在吸收額外的輕粒子後，極重的原子核會分裂成二個，甚至三個碎塊。這是一種誘發性核反應。自發性核分裂，亦即無需中子輔助即可發生者，通常不被視為一種核反應。至多，其不為一種誘發性核反應。直接反應.一個中能量彈核，在單一快速事件中，和原子核間轉移能量或得失核子。能量及動量轉換相對極小。上述對於實驗核物理尤其實用，因其反應機制相當簡單，使我們能以精確度足夠的計算探測靶核結構。非彈性散射.僅有能量及動量被轉移。電荷交換反應.能量與電荷能在彈核與靶核間轉移。此類反應的例子諸如：核子轉移反應.通常，在適當的低能量下，一或多個核子在彈核與靶核間互相轉移。這對於研究原子核的外殼層結構相當實用。轉移反應可從彈核轉移至靶核。涉及中子的反應.涉及中子的反應對於核反應器與核子武器十分重要。雖然目前最廣為人知的中子反應為中子散射、中子捕獲與核分裂，對於部分輕核而言，最可能和熱中子發生的反應是轉移反應：某些反應只可能與快中子發生：複合核反應.較低能量的彈核被吸收，或較高能量粒子轉移能量給原子核，均能使原子核擁有過高的能量而難以被束縛在一起。在10−19秒的時間尺度下，粒子，尤其中子，將被「煮沸」。也就是說，若無足以使其脫離相吸引力的能量被集中於一個中子，原子核將維持一體。此種準結合的原子核稱為複合原子核。
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metadata.title: 核反應
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