核分裂

核分裂は、原子核が2 つ以上の小さな核に分裂する反応です。核分裂プロセスでは、ガンマ光子が発生することが多く、放射性崩壊のエネルギー基準から見ても非常に大きな量のエネルギーが放出されます。

核分裂は、化学者のオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマン、物理学者のリーゼ・マイトナーとオットー・ロバート・フリッシュによって発見されました。ハーンとシュトラスマンは、1938年12月19日に核分裂反応が起こったことを証明し、マイトナーと甥のフリッシュは、1939年1月にそれを理論的に説明しました。フリッシュは、生きた細胞の生物学的分裂との類推から、このプロセスを「核分裂」と名付けました。1939年2月に発表した核分裂に関する2番目の論文で、ハーンとシュトラスマンは、核分裂プロセス中に追加の中性子が存在し、解放されることを予測し、核連鎖反応の可能性を開きました。

重い核種の場合、これは発熱反応であり、電磁放射と断片の運動エネルギー（核分裂が起こるバルク物質の加熱）の両方として大量のエネルギーを放出する可能性があります。核融合と同様に、核分裂でエネルギーを生成するには、結果として生じる元素の合計結合エネルギーが開始元素の合計結合エネルギーよりも大きくなければなりません。

核分裂は原子核変換の一種で、結果として生じる破片（または娘原子）は元の親原子と同じ元素ではない。生成される2つ（またはそれ以上）の原子核は、ほとんどの場合、同程度ではあるもののわずかに異なるサイズであり、一般的な核分裂 性同位体の場合、生成物の質量比は通常約3対2である。[1] [2] ほとんどの核分裂は二核分裂（2つの荷電^した破片を生成）であるが、まれに（1000イベントあたり2～4回）、 3つの正に帯電した破片が生成される三核分裂である。三元プロセスにおけるこれらの破片の最小のサイズは、陽子からアルゴン原子核に及ぶ。

人間が利用している外因性中性子によって誘発される核分裂とは別に、核にすでに過剰な中性子が存在するため外因性中性子を必要としない自然な形の放射性崩壊も核分裂と呼ばれ、特に質量数が非常に高い同位体で発生します。自発核分裂は、1940年にモスクワでフリョロフ、ペトルジャク、クルチャトフ^{[3]によって発見されました。この実験は、中性子の照射がなければ}ウランの核分裂率はニールス・ボーアの予測どおり無視できるほど小さいことを確認することを目的としたものですが、実際には無視できるほど小さいわけではありませんでした。^[3]

核分裂は、その生成物の組成が予測不可能な点（幅広い確率的かついくぶん無秩序に変化する）によって、毎回同じ生成物を生成する陽子放出、アルファ崩壊、クラスター崩壊などの純粋な量子トンネル過程と区別される。核分裂は原子力のためのエネルギーを生成し、核兵器の爆発を引き起こす。これら両方の用途が可能なのは、核燃料と呼ばれる特定の物質が核分裂中性子に当たると核分裂を起こし、バラバラになるときに中性子を放出するためである。これにより、自立した核連鎖反応が可能になり、原子炉内では制御された速度で、核兵器内では制御されない非常に急速な速度でエネルギーが放出される。

同量の核分裂で放出される自由エネルギーの量は²³⁵
Uはメタンの燃焼や水素燃料電池から放出される量の100万倍である。^[4]

しかし、核分裂の生成物は、燃料として通常核分裂する重元素よりも平均的にはるかに放射能が高く、かなり長い間その状態が続くため、核廃棄物の問題を引き起こします。しかし、7つの長寿命核分裂生成物は、核分裂生成物のほんの一部にすぎません。核分裂につながらない中性子吸収は、プルトニウム（²³⁸
U）とマイナーアクチニド（²³⁵
あなたと²³⁸
ウランは、長寿命の核分裂生成物よりもはるかに高い放射性毒性を持っています。核廃棄物の蓄積と核兵器の破壊力に対する懸念は、核分裂をエネルギー源として平和的に利用したいという願望と相殺するものです。トリウム燃料サイクルでは、プルトニウムはほとんど生成されず、マイナーアクチニドもほとんど生成されませんが、²³²
U、あるいはその崩壊生成物は、ガンマ線を主に放出する。すべてのアクチニドは核分裂性または核分裂性であり、高速増殖炉は特定の構成ではあるものの、すべてのアクチニドを核分裂させることができる。核再処理は、使用済み核燃料から使用可能な物質を回収して、ウラン（およびトリウム）の供給を長持ちさせ、「廃棄物」の量を減らすことを目的としている。すべてまたはほぼすべてのアクチニドを核分裂させるプロセスを業界用語で「クローズド燃料サイクル」という。

ユーネスとラブランドは核分裂を次のように定義している。「...原子核を構成する陽子と中性子の集団運動であり、そのため原子核を壊す他の現象とは区別できる。原子核分裂は、大振幅の集団運動の極端な例であり、その結果、親原子核が 2 つ以上の破片原子核に分裂する。核分裂プロセスは自発的に発生する場合もあれば、入射粒子によって誘発される場合もある。」核分裂反応によるエネルギーは核分裂生成物によって生成されるが、その大部分、約 85 パーセントは破片運動エネルギーに含まれ、約 6 パーセントは初期の中性子とガンマ線、およびベータ崩壊後に放出される中性子とガンマ線から、さらに約 3 パーセントはベータ崩壊の生成物であるニュートリノから得られる。 ^{[4] : 21–22, 30}

核分裂は中性子の照射なしに放射性崩壊の一種として起こることがある。このタイプの核分裂は自発核分裂と呼ばれ、1940年に初めて観測された。^{[4] : 22}

誘導核分裂では、入射粒子が標的と融合した後に複合システムが形成される。その結果生じる励起エネルギーは、中性子またはガンマ線を放出し、核分裂を起こすのに十分な場合がある。2つの断片に分裂する反応は二核分裂と呼ばれ、最も一般的な核反応である。最も発生頻度が低いのは三核分裂で、3番目の粒子が放出される。この3番目の粒子は通常α粒子である。^{[4] ：21–24}核分裂では、原子核は吸収する中性子よりも多くの中性子を放出するため、連鎖反応が起こり得る。^{[5] ：291、296}

二元分裂では、95±15 および 135±15ダルトンのいずれの核分裂生成物も生成される可能性がある。しかし、二元過程は、単に最も可能性が高いという理由で発生する。原子炉内の 1000 個あたり 2 ～ 4 個の核分裂で、三元分裂により 3 つの正電荷を持つ破片 (および中性子) が生成され、これらの最小の破片は、陽子 ( Z = 1) ほどの電荷と質量を持つものから、アルゴン( Z = 18) ほどの大きな破片までの範囲になる可能性がある。しかし、最も一般的な小さな破片は、アルファ崩壊によるアルファ粒子よりもエネルギーが高いヘリウム 4 核 (約 16メガ電子ボルト(MeV) のいわゆる「長距離アルファ」) が 90% 、ヘリウム 6 核、およびトリトン (トリチウムの核) で構成される。二核分裂ほど一般的ではないが、現代の原子炉の燃料棒には依然としてヘリウム4とトリチウムのガスが大量に蓄積されている。^[6]

ボーアとホイーラーは、液滴モデル、アーサー・ジェフリー・デンプスターの充填率曲線、およびユージン・フィーンバーグによる原子核の半径と表面張力の推定値を使用して、核分裂における親原子と娘原子の質量差を推定した。次に、アインシュタインの質量エネルギー等価式を使用して、この質量差をエネルギーに等しくした。中性子照射後の原子核の刺激は、表面張力とクーロン力が反対の、液滴の振動に類似していた。これら2つのエネルギーの合計を細長い形状の関数としてプロットし、結果として生じるエネルギー面が鞍型になることを決定した。鞍型は、臨界エネルギー障壁と呼ばれるエネルギー障壁を提供した。この障壁を乗り越えて原子核を核分裂させるには、入射中性子によって提供される約6MeVのエネルギーが必要であった。^{[4] : 10–11  [7] [8]}ジョン・リリーによれば、「核分裂障壁を克服するために必要なエネルギーは活性化エネルギーまたは核分裂障壁と呼ばれ、 A ≈ 240の場合約 6 MeV です 。活性化エネルギーは A が増加するにつれて減少することが分かっています。最終的には、活性化エネルギーが完全に消失する点に達します...非常に急速な自発核分裂を起こすでしょう。」^[9]

マリア・ゲッパート・マイヤーは後に原子核の核殻モデルを提唱した。核分裂連鎖反応を持続できる核種は、核燃料としての使用に適している。最も一般的な核燃料は、²³⁵ U (原子炉で使用される質量数235のウランの同位体) と²³⁹ Pu (質量数 239 のプルトニウムの同位体) である。これらの燃料は、原子質量が 95 および 135 ダルトン付近を中心とする二峰性範囲の化学元素 (核分裂生成物)に分解される。ほとんどの核燃料は、非常にゆっくりとしか自発核分裂を起こさず、代わりに主にアルファ-ベータ 崩壊連鎖を経て数千年から数億年かけて崩壊する。原子炉または核兵器では、核分裂イベントの圧倒的多数は、以前の核分裂イベントによって生成された別の粒子である中性子の衝突によって引き起こされる。

ウラン238のような核分裂性同位体は、高速中性子（熱核兵器の核融合によって生成されるものなど）によって提供される追加のエネルギーを必要とする。²³⁸
Uは別の核分裂を引き起こすのに十分な速さです²³⁸
U の場合、ほとんどはそうではなく、臨界に達することはない。熱中性子が核分裂を引き起こす可能性は非常に小さい（ゼロではないが）が、²³⁸
U では、中性子吸収の可能性が桁違いに高くなります。

核分裂断面積は、核反応で核分裂が起こる確率に関連する測定可能な特性です。断面積は入射中性子エネルギーの関数であり、²³⁵
あなたと²³⁹
Puは100万倍高い²³⁸
低中性子エネルギーレベルのU。中性子を吸収すると、原子核の結合エネルギーは約 5.3 MeV になります。²³⁸
Uは核分裂の臨界エネルギー障壁を越えるのに必要な追加の1MeVを供給するために高速中性子を必要とする。²³⁵
しかし、その余分なエネルギーは、²³⁵
Uは奇数質量から偶数質量に調整されます。YounesとLovelaceの言葉を借りれば、「...中性子吸収は²³⁵
Uターゲットは²³⁶
U核の場合、励起エネルギーは臨界核分裂エネルギーより大きいが、 n +の場合、²³⁸
U、結果として²³⁹
U原子核の励起エネルギーは臨界核分裂エネルギーよりも低い。」^{[4] : 25–28  [5] : 282–287  [10] [11]}

核分裂入力エネルギーの約6MeVは、強い力を介して余分な中性子が重い原子核に結合することによって供給されます。しかし、多くの核分裂性同位体では、この量のエネルギーは核分裂に十分ではありません。たとえば、ウラン238は、1MeV未満のエネルギーの中性子に対してはほぼゼロの核分裂断面積を持っています。他のメカニズムによって追加のエネルギーが供給されない場合は、原子核は核分裂せず、中性子を吸収するだけです。²³⁸
Uは低速中性子と高速中性子の一部を吸収して²³⁹
U。核分裂を開始するための残りのエネルギーは、他の2つのメカニズムによって供給されます。1つは、入射する中性子の運動エネルギーの増加です。中性子は、 1MeV以上の運動エネルギーを超えると、核分裂可能な重い原子核を核分裂させる能力が高まります（いわゆる高速中性子）。このような高エネルギー中性子は、核分裂することができます。²³⁸
Uを直接（応用については熱核兵器を参照。高速中性子は核融合によって供給される）。しかし、このプロセスは原子炉内では大規模には起こらない。なぜなら、いかなる種類の核分裂によっても生成される核分裂中性子のごく一部が、効率的に核分裂するのに十分なエネルギーを持っているからである。²³⁸
U。（例えば、²³⁵
Uの平均エネルギーは2MeV、中央値は1.6MeV、モードは0.75MeVである[ ^{12] [13]。}高速核分裂のエネルギースペクトルも同様である。^[要出典]

しかし、重アクチニド元素のうち、中性子の数が奇数の同位体（中性子数が 143 の^{235 U など）は、同じ元素で中性子の数が偶数の同位体（中性子数が 146 の238} U など）に比べて、余分な中性子を 1 ～ 2 MeV 多く結合します。この余分な結合エネルギーは、中性子対形成効果のメカニズムの結果として得られます。このメカニズム自体は、パウリの排他原理によって生じ、余分な中性子が原子核内の最後の中性子と同じ原子核軌道を占有できるようになります。したがって、このような同位体では、中性子の運動エネルギーは必要ありません。必要なエネルギーはすべて、低速中性子でも高速中性子でも（前者は減速原子炉で使用され、後者は高速中性子炉や兵器で使用されます）、任意の中性子の吸収によって供給されるためです。

ユーネスとラブランドによれば、「アクチニドのような²³⁵
熱中性子（0.25 meV）の吸収によって容易に核分裂するUは核分裂性と呼ばれ、一方、²³⁸
熱中性子を吸収しても容易に核分裂しないウランは核分裂性ウランと呼ばれます。」^{[4] ：25}

入射粒子が親原子核と融合した後、励起エネルギーが十分であれば、原子核は断片に分裂する。これは分裂と呼ばれ、約 10 ^{−20秒で起こる。断片は 10 −18 秒}から 10 ⁻¹⁵秒の間に即発中性子を放出する。約 10 ⁻¹¹秒で、断片はガンマ線を放出する。10 ⁻³秒で、β 崩壊、β遅延中性子、およびガンマ線が崩壊生成物から放出される。^{[4] : 23–24}

典型的な核分裂イベントでは、1 回の核分裂イベントにつき約 2 億eV (200 MeV) のエネルギーが放出されます。これはおよそ 2 兆ケルビン以上に相当します。核分裂する同位体の種類や、それが核分裂性か核分裂性かは、放出されるエネルギー量にわずかな影響しか与えません。これは、結合エネルギー曲線 (下の図) を調べ、ウランから始まるアクチノイド核種の平均結合エネルギーが核子あたり約 7.6 MeV であることに注目すれば簡単にわかります。結合エネルギー曲線のさらに左、つまり核分裂生成物が密集している部分を見ると、核分裂生成物の結合エネルギーが核子あたり約 8.5 MeV に集中する傾向があることが簡単にわかります。したがって、アクチノイド質量範囲の同位体の核分裂イベントでは、開始元素の核子あたり約 0.9 MeV が放出されます。低速中性子による²³⁵ Uの核分裂は、高速中性子による²³⁸ Uの核分裂とほぼ同じエネルギーを生み出します。このエネルギー放出プロファイルは、トリウムやさまざまなマイナーアクチニドにも当てはまります。^[14]

ウラン原子核が2つの娘原子核に分裂すると、ウラン原子核の質量の約0.1パーセント^[15]が約200MeVの核分裂エネルギーとして現れます。ウラン235（全平均核分裂エネルギー202.79MeV ^{[16] ）の場合、通常約169MeVが娘原子核の運動エネルギーとして現れ、}クーロン反発により光速の約3％で飛び散ります。また、平均2.5個の中性子が放出され、中性子1個あたりの平均運動エネルギーは約2MeV（合計4.8MeV）です。^[17]核分裂反応では、約7MeVの即発ガンマ線光子も放出されます。後者の数字は、核分裂爆発または臨界事故により、エネルギーの約3.5％がガンマ線として放出され、2.5％未満が高速中性子として放出され（両方のタイプの放射線の合計は約6％）、残りが核分裂片の運動エネルギーとして放出される（これは、破片が周囲の物質に衝突すると、単純な熱としてほぼ即座に現れる）ことを意味している。^{[18] [19]}

中性子が関与するプロセスの中には、エネルギーを吸収したり最終的に生成したりすることで有名なものがあります。たとえば、中性子がウラン 238 原子に捕獲されてプルトニウム 239 を増殖する場合、中性子の運動エネルギーはすぐには熱を生成しませんが、プルトニウム 239 が後に核分裂するとこのエネルギーが放出されます。一方、核分裂娘核種から半減期が最大数分の放射性崩壊生成物として放出される、いわゆる遅延中性子は、原子炉制御にとって非常に重要です。これは、反応が「遅延臨界」ゾーンで実行される場合、超臨界連鎖反応 (各核分裂サイクルで吸収するよりも多くの中性子を生成する反応) に意図的にこれらの中性子に依存すると、全体の核反応が 2 倍の大きさになる特徴的な「反応」時間を与えるためです。これらの中性子が存在しなければ、核連鎖反応は即発臨界となり、人間の介入で制御できるよりも速く規模が拡大します。この場合、最初の実験用原子炉は、操作員が手動で停止する前に、危険で厄介な「即発臨界反応」に突入していたであろう（このため、設計者エンリコ・フェルミは、電磁石で吊り下げられ、シカゴ・パイル1の中心に自動的に落下する放射線対抗起動制御棒を組み込んだ）。これらの遅延中性子が核分裂を起こさずに捕捉されると、熱も発生する。^[20]

原子核の結合エネルギーは、原子核の静止質量エネルギーと中性子および陽子核子の静止質量エネルギーの差である。結合エネルギーの式には、体積、表面積、クーロンエネルギー項が含まれており、これら3つすべてについて経験的に導かれた係数と、表面積項とクーロン項については球形に対する変形原子核のエネルギー比が含まれる。推定値を向上させるために、対称性、対合、核力の有限範囲、原子核内の電荷分布などの追加項を含めることができる。^{[4] : 46–50}通常、結合エネルギーは核子あたりの平均結合エネルギーとして参照され、プロットされる。^[9]

リリーによれば、「原子核Bの結合エネルギーは、原子核をその構成原子である中性子と陽子に分離するために必要なエネルギーである」^[9] 。 ここで、Aは質量数、Zは原子番号、m _Hは水素原子の原子質量、m _nは中性子の質量、c は光速である。したがって、電子の平均結合エネルギーが無視できると仮定すると、原子の質量は、その構成原子である陽子と中性子の質量よりも小さくなる。結合エネルギーB は、アインシュタインの質量エネルギー等価関係を使用して、エネルギー単位で表される。結合エネルギーは、核分裂から放出される総エネルギーの推定値も提供する。^[9]$${\displaystyle m(\mathbf {A} ,\mathbf {Z} )=\mathbf {Z} m_{H}+\mathbf {N} m_{n}-\mathbf {B} /c^{2}}$$

結合エネルギーの曲線は、質量数 60 付近の 8.6 MeV で広い最大値を示し、その後徐々に減少して最高質量数の 7.6 MeV に達するのが特徴である。質量数が 238 を超えることはまれである。スケールのより軽い端では、ヘリウム 4 とその倍数であるベリリウム 8、炭素 12、酸素 16、ネオン 20、マグネシウム 24 でピークが見られる。核力による結合エネルギーは、Aが大きいほど一定値に近づくが、クーロンはより長い距離に作用するため、 Zが増加するにつれて陽子あたりの電位エネルギーが増加する。Aが 120 個の核破片より大きい場合、核分裂エネルギーが放出される。より軽い核が結合する場合、核融合エネルギーが放出される。^[9]

カール・フリードリヒ・フォン・ヴァイツゼッカーの半経験的質量公式は、結合エネルギーを体積エネルギー、表面補正、クーロンエネルギー、対称性項、および対形成項の5つの項の合計として表すために使用できます。^[9]

$${\displaystyle B=a_{v}\mathbf {A} -a_{s}\mathbf {A} ^{2/3}-a_{c}{\frac {\mathbf {Z} ^{2}}{\mathbf {A} ^{1/3}}}-a_{a}{\frac {(\mathbf {N} -\mathbf {Z} )^{2}}{\mathbf {A} }}\pm \Delta }$$ ここで、核結合エネルギーは核の体積に比例し、表面近くの核子はより少ない核子と相互作用するため、体積項の影響は減少する。リリーによれば、「すべての天然核では、表面エネルギー項が支配的であり、核は平衡状態にある」。クーロンエネルギーの負の寄与は、陽子の反発電気力から生じる。対称性項は、核内の有効力が、同種中性子-中性子または陽子-陽子の対よりも異種中性子-陽子の対のほうが強いという事実から生じる。対形成項は、同種核子が同じ空間状態でスピンゼロ対を形成するという事実から生じる。NとZが両方とも偶数の場合、対形成は正であり、結合エネルギーが増加する。^[9]

核分裂では、偶数Zの核分裂片が好まれます。これは、断片の電荷分布に対する奇偶効果と呼ばれます。これは、各核分裂生成物の実験的断片収量データで確認でき、偶数Zの生成物はより高い収量値を持ちます。ただし、 Aに基づく断片分布には奇偶効果は観察されません。この結果は、核子対破壊によるものです。

核分裂では、原子核はより軽い原子核の任意の組み合わせに分裂する可能性がありますが、最も一般的な事象は、質量約120の等質量原子核への分裂ではありません。最も一般的な事象（同位体とプロセスによって異なります）は、わずかに不均等な核分裂であり、一方の娘核の質量が約90〜100ダルトンで、もう一方の娘核の質量が残りの130〜140ダルトンです。^[21]

安定な原子核と半減期が非常に長い不安定な原子核は、 Z をNに対してプロットすると安定性の傾向が明らかになります。N = 20 未満の軽い原子核の場合、線の傾きはN ​​= Zですが、重い原子核は安定を保つために追加の中性子を必要とします。中性子または陽子が豊富な原子核は、安定性を保つために過剰な結合エネルギーを持ち、余分なエネルギーは弱い核力によって中性子を陽子に、または陽子を中性子に変換する可能性があります。このプロセスはベータ崩壊と呼ばれます。^[9]

中性子による U-235 の核分裂は、合計 207 MeV のエネルギーを放出します。そのうち約 200 MeV は回収可能です。即発核分裂片は 168 MeV に達し、わずか数ミリメートルで簡単に止めることができます。即発中性子は合計 5 MeV で、このエネルギーは原子炉内での散乱により熱として回収されます。しかし、多くの核分裂片は中性子に富み、β 放出により崩壊します^。リリーによると、「核分裂連鎖からの放射性崩壊エネルギーは、核分裂による 2 回目のエネルギー放出です。即発エネルギーよりはるかに少ないですが、かなりの量であり、原子炉を停止した後も冷却し続けなければならない理由と、廃棄物を細心の注意を払って取り扱い、安全に保管しなければならない理由です。」^[9]

ジョン・リリーは、「...中性子誘導核分裂は余分な中性子を生成し、それが次の世代でさらに核分裂を誘発し、連鎖反応でそれが繰り返される。連鎖反応は中性子増倍係数 kによって特徴付けられ、これはある世代の中性子の数と前の世代の中性子の数の比率として定義される。原子炉でkが1未満の場合、原子炉は臨界未満であり、中性子の数が減少して連鎖反応は消滅する。k > 1 の場合、原子炉は臨界超過であり、連鎖反応は発散する。これは、爆発的な速度で成長する核分裂爆弾の状況である。kが正確に1の場合、反応は安定した速度で進行し、原子炉は臨界状態にあると言われる。中性子が熱エネルギーに効率的に減速されていれば、天然ウランを燃料として使用する原子炉で臨界状態を達成することは可能である。」と述べている。減速材には軽水、重水、グラファイトなどがある。^{[9] : 269, 274}

ジョン・C・リーによれば、「稼働中および開発中のすべての原子炉の核燃料サイクルは、 ²³⁵ U、²³³ U、^{239 Puの3つの}核分裂性物質のいずれかと、関連する同位体連鎖に基づいています。現在の世代の軽水炉では、濃縮ウランには2.5〜4.5重量％の^{235 Uが含まれており、UO} ₂燃料棒に加工され、燃料集合体に装填されます。」^[22]

リーは、「3 つの主要な核分裂性核種である²³⁵ U、²³³ U、²³⁹ Pu の重要な比較の 1 つは、それらの増殖能力です。増殖炉とは、定義上、消費するよりも多くの核分裂性物質を生成する原子炉であり、核分裂性原子核に吸収される中性子 1 個につき、最低 2 個の中性子を生成する必要があります。したがって、一般に、転換比 (CR) は、生成される核分裂性物質と破壊される核分裂性物質の比率として定義されます...CR が 1.0 より大きい場合、増殖比(BR) と呼ばれます... ²³³ U は、熱原子炉と高速原子炉の両方で優れた増殖能力を発揮しますが、²³⁹ Pu は高速原子炉で優れた増殖能力を発揮します。」と述べています。^[22]

臨界核分裂炉は最も一般的なタイプの原子炉です。臨界核分裂炉では、燃料原子の核分裂によって生成された中性子がさらに核分裂を誘発するために使用されるため、制御可能な量のエネルギー放出が維持されます。人工的に生成されたが自己持続性のない核分裂反応を生成する装置は、臨界未満核分裂炉です。このような装置は、放射性崩壊または粒子加速器を使用して核分裂を引き起こします。

臨界核分裂炉は主に 3 つの目的で建設されており、通常は核分裂連鎖反応によって生成される熱または中性子のいずれかを利用するために、さまざまなエンジニアリングのトレードオフが伴います。

• 原子炉は、発電所の一部として、または原子力潜水艦などの地域電力システム。
• 研究用原子炉は、科学、医療、工学、その他の研究目的で中性子を生成したり、放射性物質を活性化したりすることを目的としています。
• 増殖炉は、より豊富な同位体から核燃料を大量に生産することを目的としています。よりよく知られている高速増殖炉は、天然に非常に豊富に存在する²³⁸ U (核燃料ではない)^{から239 Pu (核燃料) を生成します。核分裂性同位体233} U (トリウム燃料サイクル)を増殖するために²³² Th を使用して以前にテストされた熱増殖炉は、引き続き研究および開発されています。

原理的には、すべての核分裂炉は 3 つの機能すべてで動作できますが、実際にはタスクによってエンジニアリングの目標が相反し、ほとんどの原子炉は上記のタスクのうち 1 つのみを念頭に置いて構築されています (現在は廃止されているハンフォード N 原子炉など、初期の反例がいくつかあります)。

2019年現在、世界中の448の原子力発電所は398GWEの発電能力を誇っており、そのうち約85%が加圧水型原子炉や沸騰水型原子炉などの軽水冷却炉である。核分裂によるエネルギーは伝導または対流によって原子炉冷却材に伝達され、次に熱交換器に送られ、発生した蒸気はタービンや発電機の駆動に用いられる。^{[22] : 1–4}

セルバーによれば、原子爆弾の目的は、「核分裂を起こすことが知られている 1 つ以上の物質で高速中性子連鎖反応を起こし、エネルギーを放出する装置」を作ることである。ローズによれば、「改造しなければ、爆弾の核は臨界質量の 2 倍の大きさであっても、核物質の 1 パーセント未満しか完全に核分裂せず、その後核物質は膨張して連鎖反応が進まなくなる。改造すると効率が常に上がる。改造すると中性子が核に反射され、その慣性によって核の膨張が遅くなり、核の表面が吹き飛ばされるのを防ぐことができる」。核物質の臨界未満の成分の再配置は、爆発を効果的に行うために、できるだけ速く進める必要がある。さらに、3 つ目の基本コンポーネントが必要でした。「起爆装置、つまりラジウム + ベリリウム源、またはよりよいのは Po + ベリリウム源で、ラジウムまたはポロニウムをコアの 1 つの部分に、ベリリウムをもう 1 つの部分に取り付けて、部品が結合して連鎖反応を開始するときに衝突して中性子を噴射します。」しかし、爆弾を製造するには「数百トンのウラン鉱石を探し出し、採掘し、処理する必要があり...」、U-235 の分離または Pu-239 の生産には追加の工業能力が必要になります。^{[5] : 460–463}

核分裂の発見は、放射能の科学と原子の構成要素を記述する新しい原子物理学の精緻化に関する40年以上の研究の末、1938年にカイザー・ヴィルヘルム化学協会（現在はベルリン自由大学の一部）の建物で行われました。1911年にアーネスト・ラザフォードは、非常に小さく高密度で正に帯電した陽子の核が、軌道を回る負に帯電した電子に囲まれているという原子モデル（ラザフォードモデル）を提唱しました。^[27]ニールス・ボーアは1913年にこれを改良し、電子の量子的振る舞いを調和させました（ボーアモデル）。1928年にジョージ・ガモフは液滴モデルを提唱し、これは核分裂の物理学を理解する上で不可欠となりました。^{[5] : 49–51, 70–77, 228  [4] : 6–7}

1896年、アンリ・ベクレルが放射能を発見し、マリー・キュリーが放射能と命名した。1900年、ラザフォードとフレデリック・ソディはトリウムから発生する放射性ガスを調査し、「トリウムという元素がゆっくりと自然にアルゴンガスに変化しているという驚くべき必然的な結論を導き出した！」 ^{[5] ：41–43}

1919年、アーネスト・マースデンが1915年に指摘した以前の異常現象を追って、ラザフォードは「原子を分解」しようと試みた。ラザフォードは、窒素に向けられたアルファ粒子¹⁴ N + α → ¹⁷ O + p を使用して、窒素を酸素に人工的に変換する初の実験に成功した。ラザフォードは「窒素原子は分解したと結論づけなければならない」と述べたが、新聞は彼が原子を分割したと報じた。これは、核反応、つまりある崩壊からの粒子が別の原子核を変換するために使用される反応の最初の観察であった。これはまた、原子核を研究する新しい方法を提供した。その後、ラザフォードとジェームズ・チャドウィックは、アルファ粒子源のエネルギーに関連する限界に達する前に、アルファ粒子を使用してホウ素、フッ素、ナトリウム、アルミニウム、リンを「分解」した。^[5] 1932年、ラザフォードの同僚であるアーネスト・ウォルトンとジョン・コッククロフトは、人工的に加速させた陽子をリチウム7に照射して、この原子核を2つのアルファ粒子に分裂させ、完全に人工的な核反応と核変換を達成した。この偉業は「原子の分裂」として広く知られ、後に重元素で発見された核分裂反応ではなかったものの、 「人工的に加速させた原子粒子による原子核の変換」により、2人は1951年のノーベル物理学賞を受賞した。^[28]

イギリスの物理学者ジェームズ・チャドウィックは1932年に中性子を発見した。^[29]チャドウィックは、ジョリオ・キュリーの以前の観察に続き、イオン化室を使用してベリリウム放射線によっていくつかの元素から叩き出された陽子を観察した。チャドウィックの言葉によれば、「...放射線の大きな透過力を説明するためには、粒子が正味の電荷を持たないと仮定する必要がある...」中性子の存在は1920年にラザフォードによって初めて仮定され、チャドウィックの言葉によれば、「...一体どうやって大きな正電荷を持つ大きな原子核を構築するつもりだったのか？そしてその答えは中性粒子だった。」^{[5] : 153–165}その後、彼は発見をより詳細に発表した。^[30]

リチャード・ローズは中性子について、「したがって、それは圧倒的な透過力を持つ新しい核探査機として役立つだろう」と述べた。フィリップ・モリソンは「音速程度の速度で移動する熱中性子のビームは、数千倍の速度で移動する陽子のビームよりもはるかに簡単に多くの物質で核反応を引き起こす」と述べた。ローズによると、「中性子を減速させると、中性子が原子核の近くにいる時間が長くなり、捕獲される時間が長くなる」という。フェルミのチームは、原子核が中性子を捕獲した後にガンマ線を放出する放射捕獲を研究し、60の元素を研究し、40の元素で放射能を誘発した。その過程で、彼らは水素が中性子を減速させる能力を発見した。^{[5] : 165, 216–220}

エンリコ・フェルミとローマの同僚たちは、1934年にウランに中性子を照射した結果を研究した。^[31]フェルミは、自分の実験で陽子93と94を持つ新しい元素が生成されたと結論付け、グループはそれをオーセニウムとヘスペリウムと名付けた。しかし、フェルミの結果の分析に誰もが納得したわけではなかったが、彼は 「中性子照射によって生成される新しい放射性元素の存在の実証と、低速中性子によって引き起こされる核反応の発見」により1938年のノーベル物理学賞を受賞した。ドイツの化学者イダ・ノダックは、1934年に、新しいより重い元素93を生成する代わりに、「原子核がいくつかの大きな破片に分裂すると考えられる」と示唆した。^[32]しかし、引用した反論はかなり先の話であり、フェルミの主張に彼女が指摘したいくつかの欠陥の1つに過ぎなかった。ノダックは著名な分析化学者であったが、彼女が提案しているものの大きさを理解するには物理学の知識が不足していた。^[33]

フェルミの論文発表後、オットー・ハーン、リーゼ・マイトナー、フリッツ・シュトラスマンがベルリンで同様の実験を開始した。オーストリア系ユダヤ人であったマイトナーは、1938年3月のオーストリアとドイツの統合であるアンシュルスによりオーストリア国籍を失ったが、1938年7月にスウェーデンに逃れ、ベルリンでハーンと手紙のやり取りを始めた。偶然にも、マイトナーが12月19日付けのハーンからの手紙を受け取ったとき、彼女の甥で同じく難民であったオットー・ロバート・フリッシュもスウェーデンにいた。その手紙には、ウランに中性子を照射した際に生成されたものの一部がバリウムであるという化学的証拠が記されていた。ハーンは原子核の破裂を示唆したが、その結果の物理的根拠が何であるかは確信が持てなかった。バリウムの原子質量はウランの40%小さく、それまで知られていた放射性崩壊の方法では原子核の質量のこれほど大きな差を説明できなかった。フリッシュは懐疑的だったが、マイトナーはハーンの化学者としての能力を信頼していた。マリー・キュリーは長年にわたりバリウムとラジウムを分離しており、その技術はよく知られていた。マイトナーとフリッシュはハーンの結果を、ウランの原子核がほぼ半分に分裂したことを意味すると正しく解釈した。フリッシュは、当時二分裂と呼ばれていた生きた細胞が2つの細胞に分裂するプロセスに似せて、このプロセスを「核分裂」と名付けることを提案した。核の「連鎖反応」という用語が後に化学から借用されたのと同じように、「核分裂」という用語も生物学から借用された。^[36]

この新しい発見のニュースはすぐに広まり、科学的、そして潜在的に実用的可能性を秘めたまったく新しい物理的効果であると正しく認識された。ハーンとシュトラスマンの発見に関するマイトナーとフリッシュの解釈は、プリンストン大学で講義することになっていたニールス・ボーアとともに大西洋を渡った。プリンストンで働いていたコロンビア大学の物理学者ラビとウィリス・ラムは、そのニュースを聞いてコロンビアに持ち帰った。ラビはエンリコ・フェルミに伝えたと言い、フェルミはラムに功績を認めた。その後すぐにボーアはプリンストンからコロンビアへフェルミに会いに行った。オフィスにフェルミがいなかったので、ボーアはサイクロトロンエリアへ降りてハーバート・L・アンダーソンを見つけた。ボーアはアンダーソンの肩をつかんで言った。「若者よ、物理学における新しくて刺激的なことについて説明しよう。」^[37]

コロンビア大学の多くの科学者にとって、中性子の照射によるウランの核分裂で放出されるエネルギーを検出しようとすべきであることは明らかでした。1939年1月25日、コロンビア大学のチームが米国で最初の核分裂実験を実施しました^{[38] 。実験は}ピューピンホールの地下室で行われました。この実験では、イオン化箱の中にウラン酸化物を入れ、これに中性子を照射して、放出されたエネルギーを測定しました。結果、核分裂が起こっていることが確認され、特に核分裂しているのはウラン235同位体であることが強く示唆されました。翌日、ジョージワシントン大学とワシントンカーネギー研究所の共催で第5回ワシントン理論物理学会議がワシントンDCで始まりました。この会議で、核分裂に関するニュースはさらに広まり、さらに多くの実験的実証が促進されました。^[39] 1939年1月6日のハーンとシュトラスマンの論文は、核分裂の発見を発表した。1939年2月の核分裂に関する2番目の論文で、ハーンとシュトラスマンは初めてウラン核分裂（Uranspaltung）という用語を使用し、核分裂プロセス中に追加の中性子が存在し、解放されることを予測し、核連鎖反応の可能性を開いた。 ^[40] 1939年2月11日のマイトナーとフリッシュの論文では、このプロセスを液滴の分裂に例え、放出されるエネルギーを200MeVと推定した。^[41] 1939年9月1日のボーアとホイーラーの論文では、この液滴モデルを使用して、放出されるエネルギーを含む核分裂の詳細を定量化し、中性子誘導核分裂の断面積を推定し、²³⁵
Uはその断面積と低速中性子核分裂に大きく寄与した。^{[42] [5] : 262, 311  [4] : 9–13}

この時期に、ハンガリーの物理学者レオ・シラードは、中性子による重原子の核分裂を利用して核連鎖反応を起こせることに気付きました。中性子を使ったこのような反応は、1933 年にラザフォードの中性子衝突による発電に関する軽蔑的な発言を読んで、シラードが初めて考案したアイデアでした。しかし、シラードはベリリウムを使った中性子による連鎖反応を実現できませんでした。シラードは、「中性子によって分裂し、中性子1 個を吸収すると中性子2 個を放出する元素が見つかれば、そのような元素を十分な質量で集めれば、核連鎖反応を起こすことができる」と述べました。 1939年1月25日、ユージン・ウィグナーからハーンの発見を知ったシラードは、「...十分な中性子が放出されれば...もちろん連鎖反応を継続できるはずだ。HGウェルズが予測したことはすべて、私にとっては突然現実のものとなった」と述べた。ハーン＝ストラスマンの論文が発表された後、シラードはルイス・ストラウスに宛てた手紙の中で、ウランの核分裂中に「この新しい反応で放出されるエネルギーは、これまで知られていたすべての場合よりもはるかに高いはずである...」と述べ、それが「エネルギーと放射性元素の大規模な生産、残念ながらおそらく原子爆弾につながる」可能性があると指摘した。^{[43] [5] : 26–28, 203–204, 213–214, 223–225, 267–268}

シラードは、ニューヨークのフェルミとパリのフレデリック・ジョリオ＝キュリーに、連鎖反応の可能性についての発表を控えるよう促した。さもないと、後に第二次世界大戦として知られる戦争の前夜にナチス政府がその可能性に気付くことになるからだ。フェルミはためらいつつも自己検閲に同意した。しかしジョリオ＝キュリーはそうせず、1939年4月、パリの彼のチーム（ハンス・フォン・ハルバンとリュー・コワルスキーを含む）はネイチャー誌に、当時ウランの核分裂で放出される中性子の数は1回の核分裂につき3.5個と報告されていたと報告した。^[44]シラードとウォルター・ジンは「核分裂で放出される中性子の数はおよそ2個」と発見した。フェルミとアンダーソンは「捕獲された中性子1個につき約2個の中性子が生成される」と推定した。^{[5] : 290–291, 295–296}

ウランの核分裂による核分裂中性子のニュースを聞いて、シラードはすぐにウランを使った核連鎖反応の可能性を理解した。夏に、フェルミとシラードは、このプロセスを媒介する原子炉 (原子炉) のアイデアを提案した。原子炉は天然ウランを燃料として使用する。フェルミは、中性子が低エネルギー (いわゆる「低速」または「熱」中性子) であれば、原子によって中性子がはるかに効率的に捕獲されることをずっと以前に示していた。量子的な理由により、中性子にとって原子ははるかに大きな標的のように見えるからである。したがって、核分裂するウラン原子核によって放出される二次中性子を減速させるために、フェルミとシラードはグラファイトの「減速材」を提案した。この減速材に高速で高エネルギーの二次中性子が衝突し、効果的に減速する。十分な量のウランと十分に純粋なグラファイトがあれば、彼らの「原子炉」は理論的には低速中性子連鎖反応を維持できる。その結果、熱が発生し、放射性核分裂生成物が生成される。^{[5] : 291, 298–302}

1939年8月、シラード、テラー、ウィグナーはドイツが核分裂連鎖反応を利用するかもしれないと考え、この問題に米国政府の注意を引こうと奮起した。このために、彼らはフランクリン・ルーズベルト大統領宛ての手紙にアルバート・アインシュタインの名を貸すよう説得した。10月11日、アインシュタインとシラードの手紙はアレクサンダー・ザックスを通じて届けられた。ルーズベルトはすぐにその意味を理解し、「アレックス、あなたが望んでいるのはナチスが我々を爆破しないようにすることだ」と述べた。ルーズベルトはウランに関する諮問委員会の設立を命じた。^{[5] : 303–309, 312–317}

1940年2月、フェルミとジョン・R・ダニングの奨励により、アルフレッド・OC・ニエはガラス質量分析計で四塩化ウランからU-235とU-238を分離することができた。その後、ダニングはコロンビア大学のサイクロトロンで発生した中性子をU-235サンプルに照射し、「U-235がウランの低速中性子核分裂の原因である」ことを確認した。^{[5] ：297-298、332}

バーミンガム大学で、フリッシュは臨界質量の公式を研究していたパイエルスとチームを組んだ。同位体分離が可能であると仮定して、彼らは断面積がまだ決定されていないが天然ウランよりはるかに大きいと想定される²³⁵ U を検討した。彼らは、ゴルフボールよりも小さい体積にわずか 1 ポンドか 2 ポンドあれば、蒸発よりも速く連鎖反応が起こり、その結果生じる爆発で太陽内部よりも高い温度と地球の中心よりも高い圧力が発生すると計算した。さらに、同位体分離のコストは「戦争のコストに比べれば取るに足らないもの」だった。1940 年 3 月までに、マーク オリファントに励まされて、彼らは「ウランの核連鎖反応に基づく『超爆弾』の構築について」と「放射性『超爆弾』の特性に関する覚書」の 2 部構成のフリッシュ- パイエルス覚書を書いた。 1940年4月10日、MAUD委員会の第1回会議が開催された。^{[5] ：321–325、330–331、340–341}

1940年12月、オックスフォード大学のフランツ・サイモンは「実際の分離プラントの規模の推定」を執筆した。サイモンは、ウラン同位体の分離にはガス拡散法が最良の方法であると提案した。^{[5] : 339, 343}

1941 年 3 月 28 日、エミリオ・セグレとグレン・シーボーグは「 ²³⁹ Pu が低速中性子で核分裂する強い兆候」について報告した。これは、化学分離がウラン同位体分離の代替手段であることを意味した。その代わりに、通常のウランを燃料とする原子炉は、²³⁵ U の核爆発の代替としてプルトニウム同位体を生成することができた。5 月、彼らはプルトニウムの断面積が U235 の 1.7 倍であることを実証した。プルトニウムの高速核分裂断面積が U238 の 10 倍と測定されたとき、プルトニウムは爆弾の現実的な選択肢となった。^{[5] : 346–355, 366–368}

1941年10月、MAUDは米国政府に最終報告書を提出した。報告書には「我々は現在、効果的なウラン爆弾の製造が可能であるという結論に達した...最初の爆弾の材料は1943年末までに準備できるだろう...」と記されていた。^{[5] : 368–369}

1941年11月、ジョン・ダニングとユージン・T・ブースは、ガスバリア拡散によるウラン濃縮を実証した。11月27日、ブッシュはルーズベルトに米国科学アカデミーの第3回報告書を提出した。報告書は、とりわけ、すべての同位体分離システムの並行開発を求めていた。12月6日、ブッシュとコナントはウラン委員会の任務を再編成し、ハロルド・ユーリーがガス拡散、ローレンスが電磁分離、エガー・V・マーフリーが遠心分離機、アーサー・コンプトンが理論研究と設計を担当することとした。^{[5] : 381, 387–388}

1942年4月23日、メトロポリタン研究所の科学者たちは、照射ウランからプルトニウムを抽出する7つの方法について議論し、7つすべての調査を進めることを決定した。6月17日、硝酸ウラン六水和物（UNH）の最初のバッチは、セントルイスのワシントン大学のサイクロトロンで中性子照射を受けていた。7月27日、照射されたUNHはグレン・T・シーボーグのチームのために準備が整い、8月20日、彼らは超微量化学技術を使用してプルトニウムの抽出に成功した。^{[5] : 408–415}

1939 年 4 月、フェルミとシラードの目標は、同位体分離ではなく、天然ウランで連鎖反応を起こすことになりました。最初の取り組みでは、エルドラド ラジウム コーポレーションから 500 ポンドのウラン酸化物を使用しました。マンガン溶液のタンクに直径 2 インチ、長さ 2 フィートの缶 52 個を詰め、吸収される中性子よりも多くの中性子が放出されることを確認しました。しかし、水中の水素が核分裂に必要な低速中性子を吸収しました。そこで、捕獲断面積が小さいグラファイト形状の炭素が検討されました。1940 年 4 月、フェルミは、ナショナル カーボン カンパニーのグラファイト ブリックを同社のピューピン研究所で受け取り、炭素が低速中性子連鎖反応を起こす可能性があることを確認できました。8 月と 9 月、コロンビア チームは一連の指数関数的な「山」を作ることで、断面積の測定を拡大しました。最初の炉心はウラン-グラファイト格子で構成され、288 個の缶で構成され、各缶には 60 ポンドの酸化ウランが含まれ、グラファイトレンガで囲まれていた。フェルミの目標は、中性子発生を維持するために必要な臨界質量を決定することであった。フェルミは連鎖反応を評価するための再生係数k を定義し、値 1.0 が持続的な連鎖反応を示すとした。1941 年 9 月、フェルミのチームは ak 値 0.87 しか達成できなかった。1942 年 4 月、プロジェクトがシカゴに集中される前に、彼らは酸化物から水分を除去することで 0.918 を達成した。1942 年 5 月、スタッグ フィールドの指数関数型炉心の一つが ak 0.995 に達した後、フェルミは本格的な連鎖反応炉、シカゴパイル 1を計画した。ホウ素の痕跡がなく、断面積が大きいグラファイトの純度を上げることが最も重要になった。また、マリンクロット化学工場から高度に精製された酸化物を入手することも重要だった。最後に、エイムズ法から純粋なウラン金属を入手するには、酸化物擬似球をフランク・スペディングの「卵」に置き換える必要があった。1942 年 11 月 16 日から、フェルミはアンダーソンとジンに 12 時間交代制で 2 交代制で作業させ、12 月 1 日までに 57 層に達する堆積物を建設した。最終的な堆積物は、グラファイト 771,000 ポンド、酸化ウラン 80,590 ポンド、金属ウラン 12,400 ポンド、カドミウム制御棒10 本で構成されていた。中性子強度は、三フッ化ホウ素で測定された。フェルミはシフト終了後、制御棒を外した状態で中性子計数管を運転した。1942年12月2日、kが1.0に近づいたため、フェルミは制御棒を1本を除いてすべて外し、最後の1本を徐々に外した。フェルミが「炉心は臨界に達した」と告げると、中性子計数管のクリック音とペンレコーダーの音が増大した。彼らはak 1.0006を達成した。これはプルトニウム増殖に加えて、中性子強度が2分ごとに倍増することを意味した。^{[5] : 298–301, 333–334, 394–397, 400–401, 428–442}

米国では、1942年後半に原子兵器製造への総力を挙げた取り組みが開始された。この作業は1943年に米国陸軍工兵隊に引き継がれ、マンハッタン工兵地区として知られるようになった。口語的にマンハッタン計画と呼ばれた極秘の計画は、レスリー・R・グローブス将軍が指揮した。計画の数十のサイトの中には、最初の産業規模の原子炉がありプルトニウムを生産したワシントン州のハンフォード・サイト、主にウラン濃縮に取り組んでいたテネシー州のオークリッジ、爆弾の開発と設計に関する研究の科学的拠点だったニューメキシコ州のロスアラモスなどがあった。他のサイト、特にバークレー放射線研究所やシカゴ大学の冶金研究所は、重要な役割を果たした。計画の全体的な科学的指揮は、物理学者のJ・ロバート・オッペンハイマーが管理した。

1945 年 7 月、ニューメキシコ州の砂漠で行われたトリニティ実験で、「ガジェット」と呼ばれる最初の原子爆弾が爆発しました。この爆弾はハンフォードで生成されたプルトニウムを燃料としていました。1945 年 8 月には、ウラン 235 爆弾の「リトルボーイ」とプルトニウム爆弾の「ファットマン」という 2 つの原子爆弾が日本の広島と長崎に対して使用されました。

自然界で臨界状態になることは稀である。ガボンのオクロにある3つの鉱床では、約20億年前に自立的な核分裂が起こった16か所（いわゆるオクロ化石原子炉）が発見されている。フランスの物理学者フランシス・ペランは1972年にオクロ化石原子炉を発見したが、それを仮説としたのは1956年のポール・クロダであった。^[45]通常の水によって減速された大規模な天然ウラン核分裂連鎖反応は、はるか昔に起こったことであり、現在では不可能である。この古代のプロセスで通常の水を減速材として使用できたのは、現在から20億年前の天然ウランが、今日利用できる天然ウラン（わずか0.7％で、軽水炉で使用できるようにするためには3％に濃縮する必要がある）よりも、より短寿命の核分裂性同位体²³⁵ U（約3％）に富んでいたためである。

• 冷核分裂
• 核分裂性物質
• 核分裂生成物炉
• ハイブリッド核融合/核分裂
• 核融合
• 原子力推進
• 光核分裂

• DOE 基礎ハンドブック: 核物理学と原子炉理論 第 1 巻(PDF)。米国エネルギー省。1993 年 1 月。2014 年 3 月 19 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2012年 1 月 3 日に取得。
• DOE 基礎ハンドブック: 核物理学と原子炉理論 第 2 巻(PDF)。米国エネルギー省。1993 年 1 月。2013 年 12 月 3 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2012年 1 月 3 日に取得。
• Bulgac, Aurel; Jin, Shi; Stetcu, Ionel (2020). 「核分裂ダイナミクス：過去、現在、ニーズ、そして未来」。Frontiers in Physics . 8 : 63. arXiv : 1912.00287 . Bibcode :2020FrP.....8...63B. doi : 10.3389/fphy.2020.00063 .

• 核兵器の影響
• アルソスデジタルライブラリの核分裂に関する注釈付き書誌
• 核分裂の発見 2010-02-16にWayback Machineにアーカイブされましたアメリカ物理学会歴史センターによる音声と教師用ガイド付きの歴史的記録
• atomicarchive.com 核分裂の説明
• Nuclear Files.org 2018-03-08 にWayback Machineでアーカイブされました核分裂とは何ですか?
• 核分裂アニメーション