首先，我们介绍核素、结合能、诱发裂变的条件，以及核反应堆物理学中经常出现的最重要的概念：反应截面。 下面对具体类型进行一一介绍。
1.1 核素、同位素、结合能
在稳定的原子核中，原子核的半径为(R.25^{-13}A^{frac{1}{3}}cm)量级，并且之间的短程引力核子-原子核力比质子之间的库仑斥力更强。 正是这些力导致 frac{A}{Z} （A 质量数，Z 原子序数）随着原子序数的增加而增加。 换句话说，随着原子序数的增加，核素中的中子数量变得越来越丰富。 因此，不同类型的原子核称为核素，具有相同原子序数的核素称为该原子序数对应的同位素。
接下来原子核的衰变三种形式，我们的原子是由原子核和原子核外的电子组成的，对吧？ 原子核由相应的质子和中子组成。 那么大家就会认为对应的原子核的质量等于质子和中子的质量之和。 事实上，情况并非如此。 为什么？ 因为稳定核素存在质量缺陷，即：
Delta=left[ Zm_{p}+left( AZ right)m_{n}right]-m_{z}
这种质量损失在原子核形成过程中转化为能量（E=Delta c^{2}），并使原子核处于负能量状态。 如果我们谈论将原子核分裂成独立核子所需的外部能量，则称为原子核的结合。 能量 (BE) , BE=Delta c^{2}
1.2 裂变所需外部能量的阈值
如果外界提供足够的激发能量，原子核裂变的概率就会增加。 然而，这与细胞核的结构有关。 还有一个概念我们需要了解，那就是阈值。 通俗地说，就是所谓的门槛。 只有达到我的阈值，你的中子才能触发核裂变反应——这是形象地说，但严格来说是：大概率触发核裂变反应所需的最小激发。 可以称之为门槛。 该阈值与核结构有关。 对于原子序数Z小于90的核素，其阈值很大，即引发核裂变反应的阈值很高。 如果原子序数大于90，我们将继续将其进一步划分。 当原子序数为偶数时，（注：阈值大于90时），能量阈值为4； 如果质量数是奇数，则阈值通常很小。 一些重核，例如{94}和{98}，甚至具有自发发生核裂变的能力，而不需要外部激发能量。
当重核（A，Z）吸收中子形成复合核（A+1，Z）时，复合核的比结合能将小于原核的结合能。 对于233U_{92}、235U_{92}、{94}、{94}来说原子核的衰变三种形式，即使中子能量很低，比结合能的降低也足以大概率触发复合核的裂变。 这称为裂变核素。 如果中子在被吸收之前具有一定的动能，那么这部分动能就会转化为复合核的激发能。
当吸收中子的动能大于1MeV时，所有原子序数大于90的核素都有很高的出现概率，如239U_{92}、235U_{92}、{94}、{94}。 这些核素需要能量为1 MeV或更高的中子，才能大概率诱发核裂变。
接下来，我们将介绍反应堆物理中最重要的概念：中子裂变截面。 关于截面的概念，（后面我会通过量子力学的推导来详细阐述，见后续文章）。
1.3 中子裂变截面
核反应发生的概率通常用符号 σ 表示，它表示在单位体积有 N 个原子核的介质中，n 个中子以速度 v 通过距离 dx 时可能发生的反应速率：
sigma=frac{反应速率}{nvNdx}
σ 具有面积的量纲。 对于某个核反应过程，σ可以看作是原子核向中子提供的横截面积，称为横截面。
裂变截面 {f} 是中子和原子核相互作用形成随后裂变的复合核的概率的度量。
如果一个中子与一个初始核子的相对能量和结合能之和对应于复合核的基态与某一激发态的差值，使得所形成的复合核恰好成为某一激发态，则复合核的形成概率显着提高。 如果奇数质量的裂变核素吸收中子形成的复合核的第一激发态低于偶数质量的裂变核素吸收中子形成的复合核的第一激发态，则质量为奇数。 可裂变核素具有更大的低能中子裂变截面和核吸收截面。
好的，这是几种核素的裂变截面谱
首先，裂变截面中的共振结构对应于复合核的激发态，最低激发态的能级在1 eV以下。 从图中可以清楚地看出，当能量高于或低于共振能量非共振区时，能量随截面的变化与frac{1}{E^{ frac{1}{2}}} 或 frac{1}{v} 定律。 裂变截面在热能区E最大。{92}的热中子裂变截面大于235U_{92}或233U_{92}
接下来，上图是238U_{92}和{94}的裂变截面谱。 我们会发现，当中子能量低于1MeV时，除了共振部分外，它的裂变截面很小。 当中子能量高于1MeV时，其裂变截面很小。 裂变截面约为1b。
接下来我们讨论裂变反应产物，如下图所示：
根据上图，我们会发现裂变碎片实际上集中在质量数：90和135范围内，并形成两个明显的峰。
它们通常可能经历β衰变以产生电子，或者它们可能捕获中子并衰变。
其中，β衰变导致裂变碎片从(A,Z)转变为(A,Z+1)，中子俘获导致裂变碎片从(A,Z)嬗变为(A-1,Z)。 这将导致裂变碎片中的核素最终转变为稳定同位素范围。 有时需要多次才能成为稳定同位素。
裂变瞬间通常释放2至3个中子。 裂变后，富中子裂变碎片在衰变过程中可能释放1个或多个中子。 裂变过程中释放的中子数量取决于初始裂变核素和引起裂变的中子能量。 如下所示：
1.4 释放能量
裂变过程中释放的大部分核能以反冲裂变碎片动能（168 MeV）的形式存在。 这些重电荷粒子在燃料元件内的行进距离小于1毫米，因此反冲核动能以热能的形式有效地保留在裂变部位。 裂变反应中的另外5 MeV能量以瞬发中子动能的形式释放。 例如235U_{92}的能量分布如下图所示：
其中，235U_{92}的最可能能量约为0.7 MeV。 在随后的扩散过程中，这些中子最终因与原子核的碰撞和散射而减慢并被吸收。 它们携带的能量将保留在发生裂变的地方周围。 100cm内物质为10sim。 一部分被吸收的中子引发俘获反应，进一步释放出伽马射线，与每次裂变产生的高能俘获伽马射线相同，平均为7兆电子伏。 这些二次捕获的伽马射线由于与周围10°内的物质相互作用，最终转化为内能。
裂变反应还直接产生伽马射线，平均带走约7 MeV的能量，这些能量以热能的形式保留在距离裂变10 sim 100cm处。 裂变碎片的衰变还产生20 MeV的能量，以电子动能和中微子动能的形式释放。 电子能量最终保留在距裂变碎片 1 毫米以内的燃料元件中。 由于中微子不与周围其他物质相互作用，因此它们的能量无法回收。 虽然裂变产物衰变产生的中子的动能与瞬发中子处于同一数量级，但裂变产物产生的缓发中子数量却很少甚至可以忽略不计。 下表为235U_{92}裂变后产生的能量分布及可回收的能量分布：
一般来说，每次产生的裂变能量大约是100%的热能，1W的热能对应于每秒3.1^{10}个原子核的裂变。 1g裂变核素大约含有2.5^{21}核，可产生1MWd的热能。
