1. 足够的中子增殖系数（k≥1）

  • 每次核裂变释放的中子中，平均至少有一个中子能够引发下一次裂变，即中子增殖系数k≥1。若k<1，反应将逐渐停止；k=1时为临界状态，反应稳定持续；k>1则为超临界状态，反应强度递增。
  • 实际应用中需考虑中子泄漏（从反应体系中逃逸）和非裂变吸收（如被-238或杂质吸收）的影响，因此需确保裂变产生的中子数显著高于损失量。

    • 2. 可裂变核燃料的浓度与体积达到临界条件

  • 临界体积：裂变物质（如-235）的体积需足够大，以减少中子泄漏。例如，纯-235的临界直径约为16.8厘米，对应临界质量约50公斤。
  • 燃料浓缩度：天然中-235仅占0.72%，不足以维持链式反应，需通过浓缩提高其浓度，或使用慢化剂（如石墨、重水）将快中子减速为热中子，增加-235的裂变概率。

    • 3. 中子慢化与有效利用

  • 裂变产生的中子为快中子（能量较高），而-235对热中子（慢中子）的裂变截面更大。慢化剂（如重水、石墨）通过碰撞减速中子，使其更易被-235捕获，从而提高反应效率。
  • 若使用天然，需通过慢化剂设计使中子快速减速，避免被-238吸收（共振吸收效应）。

    • 4. 控制杂质与反应环境

  • 裂变体系中需减少中子吸收性杂质（如硼、镉等），防止中子被非裂变反应消耗。
  • 在核反应堆中，通过控制棒（如镉棒）调节中子数量，维持临界状态；反射层（如石墨、铍）将泄漏中子反射回反应区，减少损失。

    • 5. 自持反应的条件

  • 链式反应需在封闭系统中进行，确保中子密度足够且能量分布合理。例如，核反应堆通过燃料棒、慢化剂和冷却剂的组合设计，实现可控的持续反应。

    • 链式核反应的关键在于中子数量、能量与燃料体系的平衡。通过临界体积、燃料浓缩、慢化剂优化及杂质控制，确保中子增殖系数≥1，从而实现自持链式反应。这一原理被应用于核反应堆（可控）与原（不可控）中。