核裂變(nuclearfission)又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。是指由重的原子，主要是指鈾或鈽，分裂成較輕的原子的一種核反應形式。

只有一些質量非常大的原子核像鈾(you)、釷(tu)等才能發生核裂變。這些原子的原子核在吸收一箇中子以後會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發生核裂變……，使過程持續進行下去，這種過程稱作鏈式反應。原子核在發生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能，俗稱原子能。1千克鈾－235的全部核的裂變將產生20,000兆瓦小時的能量(足以讓20兆瓦的發電站運轉1,000小時)，與燃燒300萬噸煤釋放的能量一樣多。另見裂變和聚變。

核裂變是在1938年發現的，由於當時第二次世界大戰的需要，核裂變被首先用於製造威力巨大的原子武器——原子彈。原子彈的巨大威力就是來自核裂變產生的巨大能量。目前，人們除了將核裂變用於製造原子彈外，更努力研究利用核裂變產生的巨大能量為人類造福，讓核裂變始終在人們的控制下進行，核電站就是這樣的裝置。

裂變釋放能量是因為原子核中質量－能量的儲存方式以鐵及相關元素(見核合成)的核的形態最為有效。從最重的元素一直到鐵，能量儲存效率基本上是連續變化的，所以，重核能夠分裂為較輕核(到鐵為止)的任何過程在能量關係上都是有利的。如果較重元素的核能夠分裂並形成較輕的核，就會有能量釋放出來。然而，很多這類重元素的核一旦在恆星內部形成，即使在形成時要求輸入能量(取自超新星爆發)，它們卻是很穩定的。不穩定的重核，比如鈾－235的核，可以自發裂變。快速運動的中子撞擊不穩定核時，也能觸發裂變。由於裂變本身釋放分裂的核內中子，所以如果將足夠數量的放射性物質(如鈾－235)堆在一起，那麼一個核的自發裂變將觸發近旁兩個或更多核的裂變，其中每一個至少又觸發另外兩個核的裂變，依此類推而發生所謂的鏈式反應。這就是稱之為原子彈(實際上是核彈)和用於發電的核反應堆(透過受控的緩慢方式)的能量釋放過程。對於核彈，鏈式反應是失控的爆炸，因為每個核的裂變引起另外好幾個核的裂變。對於核反應堆，反應進行的速率用插入鈾(或其他放射性物質)堆的可吸收部分中子的物質來控制，使得平均起來每個核的裂變正好引發另外一個核的裂變。

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