首先，我們介紹核素、結合能、誘發裂變的條件，以及核反應堆物理學中經常出現的最重要的概念：反應截面。 下面對具體類型進行一一介紹。
1.1 核素、同位素、結合能
在穩定的原子核中，原子核的半徑為(R.25^{-13}A^{frac{1}{3}}cm)量級，并且之間的短程引力核子-原子核力比質子之間的庫侖斥力更強。 正是這些力導致 frac{A}{Z} （A 質量數，Z 原子序數）隨著原子序數的增加而增加。 換句話說，隨著原子序數的增加，核素中的中子數量變得越來越豐富。 因此，不同類型的原子核稱為核素，具有相同原子序數的核素稱為該原子序數對應的同位素。
接下來原子核的衰變三種形式，我們的原子是由原子核和原子核外的電子組成的，對吧？ 原子核由相應的質子和中子組成。 那么大家就會認為對應的原子核的質量等于質子和中子的質量之和。 事實上，情況并非如此。 為什么？ 因為穩定核素存在質量缺陷，即：
Delta=left[ Zm_{p}+left( AZ right)m_{n}right]-m_{z}
這種質量損失在原子核形成過程中轉化為能量（E=Delta c^{2}），并使原子核處于負能量狀態。 如果我們談論將原子核分裂成獨立核子所需的外部能量，則稱為原子核的結合。 能量 (BE) , BE=Delta c^{2}
1.2 裂變所需外部能量的閾值
如果外界提供足夠的激發能量，原子核裂變的概率就會增加。 然而，這與細胞核的結構有關。 還有一個概念我們需要了解，那就是閾值。 通俗地說，就是所謂的門檻。 只有達到我的閾值，你的中子才能觸發核裂變反應——這是形象地說，但嚴格來說是：大概率觸發核裂變反應所需的最小激發。 可以稱之為門檻。 該閾值與核結構有關。 對于原子序數Z小于90的核素，其閾值很大，即引發核裂變反應的閾值很高。 如果原子序數大于90，我們將繼續將其進一步劃分。 當原子序數為偶數時，（注：閾值大于90時），能量閾值為4； 如果質量數是奇數，則閾值通常很小。 一些重核，例如{94}和{98}，甚至具有自發發生核裂變的能力，而不需要外部激發能量。
當重核（A，Z）吸收中子形成復合核（A+1，Z）時，復合核的比結合能將小于原核的結合能。 對于233U_{92}、235U_{92}、{94}、{94}來說原子核的衰變三種形式，即使中子能量很低，比結合能的降低也足以大概率觸發復合核的裂變。 這稱為裂變核素。 如果中子在被吸收之前具有一定的動能，那么這部分動能就會轉化為復合核的激發能。
當吸收中子的動能大于1MeV時，所有原子序數大于90的核素都有很高的出現概率，如239U_{92}、235U_{92}、{94}、{94}。 這些核素需要能量為1 MeV或更高的中子，才能大概率誘發核裂變。
接下來，我們將介紹反應堆物理中最重要的概念：中子裂變截面。 關于截面的概念，（后面我會通過量子力學的推導來詳細闡述，見后續文章）。
1.3 中子裂變截面
核反應發生的概率通常用符號 σ 表示，它表示在單位體積有 N 個原子核的介質中，n 個中子以速度 v 通過距離 dx 時可能發生的反應速率：
sigma=frac{反應速率}{nvNdx}
σ 具有面積的量綱。 對于某個核反應過程，σ可以看作是原子核向中子提供的橫截面積，稱為橫截面。
裂變截面 {f} 是中子和原子核相互作用形成隨后裂變的復合核的概率的度量。
如果一個中子與一個初始核子的相對能量和結合能之和對應于復合核的基態與某一激發態的差值，使得所形成的復合核恰好成為某一激發態，則復合核的形成概率顯著提高。 如果奇數質量的裂變核素吸收中子形成的復合核的第一激發態低于偶數質量的裂變核素吸收中子形成的復合核的第一激發態，則質量為奇數。 可裂變核素具有更大的低能中子裂變截面和核吸收截面。
好的，這是幾種核素的裂變截面譜
首先，裂變截面中的共振結構對應于復合核的激發態，最低激發態的能級在1 eV以下。 從圖中可以清楚地看出，當能量高于或低于共振能量非共振區時，能量隨截面的變化與frac{1}{E^{ frac{1}{2}}} 或 frac{1}{v} 定律。 裂變截面在熱能區E最大。{92}的熱中子裂變截面大于235U_{92}或233U_{92}
接下來，上圖是238U_{92}和{94}的裂變截面譜。 我們會發現，當中子能量低于1MeV時，除了共振部分外，它的裂變截面很小。 當中子能量高于1MeV時，其裂變截面很小。 裂變截面約為1b。
接下來我們討論裂變反應產物，如下圖所示：
根據上圖，我們會發現裂變碎片實際上集中在質量數：90和135范圍內，并形成兩個明顯的峰。
它們通常可能經歷β衰變以產生電子，或者它們可能捕獲中子并衰變。
其中，β衰變導致裂變碎片從(A,Z)轉變為(A,Z+1)，中子俘獲導致裂變碎片從(A,Z)嬗變為(A-1,Z)。 這將導致裂變碎片中的核素最終轉變為穩定同位素范圍。 有時需要多次才能成為穩定同位素。
裂變瞬間通常釋放2至3個中子。 裂變后，富中子裂變碎片在衰變過程中可能釋放1個或多個中子。 裂變過程中釋放的中子數量取決于初始裂變核素和引起裂變的中子能量。 如下所示：
1.4 釋放能量
裂變過程中釋放的大部分核能以反沖裂變碎片動能（168 MeV）的形式存在。 這些重電荷粒子在燃料元件內的行進距離小于1毫米，因此反沖核動能以熱能的形式有效地保留在裂變部位。 裂變反應中的另外5 MeV能量以瞬發中子動能的形式釋放。 例如235U_{92}的能量分布如下圖所示：
其中，235U_{92}的最可能能量約為0.7 MeV。 在隨后的擴散過程中，這些中子最終因與原子核的碰撞和散射而減慢并被吸收。 它們攜帶的能量將保留在發生裂變的地方周圍。 100cm內物質為10sim。 一部分被吸收的中子引發俘獲反應，進一步釋放出伽馬射線，與每次裂變產生的高能俘獲伽馬射線相同，平均為7兆電子伏。 這些二次捕獲的伽馬射線由于與周圍10°內的物質相互作用，最終轉化為內能。
裂變反應還直接產生伽馬射線，平均帶走約7 MeV的能量，這些能量以熱能的形式保留在距離裂變10 sim 100cm處。 裂變碎片的衰變還產生20 MeV的能量，以電子動能和中微子動能的形式釋放。 電子能量最終保留在距裂變碎片 1 毫米以內的燃料元件中。 由于中微子不與周圍其他物質相互作用，因此它們的能量無法回收。 雖然裂變產物衰變產生的中子的動能與瞬發中子處于同一數量級，但裂變產物產生的緩發中子數量卻很少甚至可以忽略不計。 下表為235U_{92}裂變后產生的能量分布及可回收的能量分布：
一般來說，每次產生的裂變能量大約是100%的熱能，1W的熱能對應于每秒3.1^{10}個原子核的裂變。 1g裂變核素大約含有2.5^{21}核，可產生1MWd的熱能。
