宇宙射線散裂

宇宙射線散裂是自然發生的一種核分裂和核合成形式，它經由宇宙射線撞擊物質產生新的元素。宇宙射線是來自地球之外的高能粒子，主要是飄蕩在空間中的電子和α粒子。當宇宙射線（主要是質子）撞擊到物質，包括其他的宇宙射線，就會造成散裂。碰撞的結果是被撞的大的核子會逐出核子（質子和中子），這種過程不僅在宇宙的深處進行，宇宙射線的撞擊也在我們的上層大氣層內進行。

宇宙射線散裂製造出輕的元素，像是鋰和硼，這個過程是在1970年代偶然發現的。太初核合成的模型認為氘的總量太大，與宇宙擴散的速率不能一致，因此對在大爆炸之後是否仍有產生氘的過程在繼續進行，產生極大的興趣。

宇宙射線散裂是被調查的能製造氘的一種過程，但是它的結果是散裂不可能製造出氘，並且剩餘的氘含量可以用假設存在的重子暗物質來解釋。然而，對散裂的研究顯示，它可以產生鋰和硼。鋁、鈹、碳（碳-14）、氯、碘和氖的同位素都可以經由宇宙射線散裂產生。 ^[1] 

核裂變（德語：Kernspaltung；英語：nuclear fission），在港台稱作核分裂，是指由較重的（原子序數較大的）原子，主要是指鈾或鈈，裂變成較輕的（原子序數較小的）原子的一種核反應或放射性衰變形式。核裂變是由莉澤·邁特納、奧托·哈恩及奧托·羅伯特·弗裏施等科學家在1938年發現。原子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期原子彈應用鈈-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電站最常見。

重核原子經中子撞擊後，裂變成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個中子，並且以伽馬射線的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成鏈式反應而自發裂變。原子核裂變時除放出中子還會放出熱，核電站用以發電的能量即來源於此。因此核裂變產物的結合能需大於反應物的的結合能。

核裂變會將化學元素變成另一種化學元素，因此核裂變也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異，以常見的可裂變物質同位素而言，形成二個原子的質量比約為3:2。大部分的核裂變會形成二個原子，偶爾會有形成三個原子的核裂變，稱為三裂變變，大約每一千次會出現二至四次，其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間。

現代的核裂變多半是刻意產生，由中子撞擊引發的人造核反應，偶爾會有自發性的，因放射性衰變產生的核裂變，後者不需要中子的引發，特別會出現在一些質量數非常高的同位素，其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性，和質子發射、α衰變、集羣衰變等單純由量子穿隧產生的裂變不同，後面這些裂變每次都會產生相同的產物。原子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂變時也會釋放中子，因此可以產生鏈式反應，使核裂變持續進行。在核電站中，其能量產生速率控制在一個較小的速率，而在原子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。

由於每次核裂變釋放出的中子數量大於一個，因此若對鏈式反應不加以控制，同時發生的核裂變數目將在極短時間內以幾何級數形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多，將會瞬間釋放大量的能量。原子彈便應用了核裂變的這種特性。製成原子彈所使用的重核含量，需要在90%以上。

核能發電應用中所使用的核燃料，鈾-235的含量通常很低，大約在3%到5%，因此不會產生核爆。但核電站仍需要對反應堆中的中子數量加以控制，以防止功率過高造成堆芯熔燬的事故。通常會在反應堆的慢化劑中添加硼，並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核裂變速度。從鎘以後的所有元素都能裂變。

核裂變時，大部分的裂變中子均是一裂變就立即釋出，稱為瞬發中子，少部分則在之後（一至數十秒）才釋出，稱為延遲中子。 ^[1] 

核合成是從已經存在的核子（質子和中子）創造出新原子核的過程。原始的核子來自大爆炸之後已經冷卻至一千萬度以下，由夸克膠子形成的等離子體海洋。在之後的幾分鐘內，只有質子和中子，也有少量的鋰和鈹（原子量都是7）被合成，但相對來説仍只有很少的數量。太初核合成的第一個過程可以稱為核起源（成核作用），隨後產生各種元素的核合成，包括所有的碳、氧等元素，都是發生在原始恆星內部的核聚變或核裂變。 ^[1] 

宇宙線亦稱為宇宙射線，是來自外太空的帶電高能次原子粒子。它們可能會產生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。射線這個名詞源自於曾被認為是電磁輻射的歷史。主要的初級宇宙射線（來自深太空與大氣層撞擊的粒子）成分在地球上一般都是穩定的粒子，像是質子、原子核、或電子。但是，有非常少的比例是穩定的反物質粒子，像是正電子或反質子，這剩餘的小部分是研究的活躍領域。

大約89%的宇宙線是單純的質子，10%是氦原子核（即α粒子），還有1%是重元素。這些原子核構成宇宙線的99%。孤獨的電子（像是β粒子，雖然來源仍不清楚），構成其餘1%的絕大部分；γ射線和超高能中微子只佔極小的一部分。 ^[1]