打开原子核，进行链式反应的实践虽然由哈恩等人最终实现。但是，对于这个过程为什么会产生如此巨大能量的问题，却一时还不清楚。而要说明其中的道理，还得再从原子的结构说起。
前面我们谈到，原子核中的质子和中子，比在它们周围旋转的电子，要分别重上1839倍和1837倍。也就是说原子的质量，几乎全部集中在原子核上，电子的质量可以忽略不计。
我们也已经知道，原子中，带正电荷的质子，和带负电荷的电子，数目相同，电荷抵消，所以整个原子便呈中性。好像质子和电子没有多大用处似的。不。正是质子的数目或者说正是电子的数目，决定了原子的化学性质，以及它在门捷列夫元素周期表上的序数。比如，最轻的元素氢，它只有一个质子和一个电子，周期表上，它就位列第一；而不久前人工制得的超重元素，却有106个质子和106个电子，它就排在周期表上第106位。这个第106位的元素，还有第107位的元素，由于在谁先发现上还有争执，所以至今没有命名。
无论第1号元素还是第106号元素，都是把中子撇在一边不去谈它的情况，如果把中子也考虑进去，那就复杂了。因为同样一个质子数目，却可以和不同数目的中子结合起来，组成一个原子核的。比如元素第19号钾，原子核里有19个质子，但是，它可以分别和20个中子，21个中子，或者23个中子结合，这样，在第十九位钾的原子序数上，就可能出现中子、质子总数分别为39个，40个和42个的三种钾原子了。这就是所谓钾的同位素。如果把所有的同位素也加起来，那么，人们到今天已发现的稳定的原子核，就有三百多种了。也就是平均每个元素至少有三个同位素存在。
蜕变和质量亏损
在同位素原子核中，由于不同的中子数，它们的稳定性也就有所不同，对于轻元素的原子核来说，通常是中子数和质子数的比值接近于一时，最稳定。但是，随着原子质量的增加，最稳定的中子数和质子数的雌也会增加，在最重元素的原子核中，稳定的中子数和质子数的比值可以达到一点五。不稳定的情况，都发生在中子数偏多的时候。所以，这种不稳定同位素常常会发生放出中子的蜕变，以达到原子核的稳定。比如刚才提到的钾40同位素，就会自动地失去一个中子，蜕变成稳定的钾39。
蜕变过程中中子数减少，而且还发现蜕变后的源子核，除了蜕变掉的中子质量以外，还会产生额外的质量亏损。引起亏损的原因，有着各种解释，还未能统一起来，但是不管什么原因，亏损总是存在的，这种亏损掉的质量，却全都会以能量的形式释放出来。亏损掉的质量不多，大约是原来的千分之几，或甚至更少。但是，如果根据爱因斯坦的质能转换公式来计算的话，那就十分惊人了，一克质量亏损所产生的能量，换算成热能就是二百亿千卡，或者相当手燃烧三千吨煤。
但是蜕变产生的能量很难利用，主要是蜕变的速度完全由物质本身决定的，人力不能控制。比如放射性镭，它总是每1620年蜕变掉一半的不稳定同位素。蜕变掉一半不稳定同位素的时间，叫做半衰期。像碳14同位素，它的半衰期是5780年。至于铀235同位素，它的半衰期竟长达七亿一千万年。而这种天然放射性同位素蜕变所亏损的质量，却是地球产生地热的能源。
裂变和链式反应
释放禁锢在原子核中的巨大能量，绝对不是靠天然的蜕变反应，而是靠另一种反应，叫裂解反应，或者叫裂变反应。
裂变反应，通常是在元素周期表中，序数超过82的重元素的原子核中，才能进行。这是因为重原子核聚集了太多的质子，它们都带正电，彼此相斥，就象个不和睦的大家庭，很容易产生裂变。比如铀这个元素，它的序数是92，也就是它的原子核中，有92个质子。铀的同位素铀235和铀238，都是不稳定的，它们除了蜕变以外，也会自发地发生裂变反应，生成两个较轻的原子核，同时放出中子。以铀235来说，发生裂变的方式，可以有四十种之多，会生成八十种中等重量的原子核。
核裂变也会出现原子核的质量亏损，这一点与蜕变一样，因而也会产生巨大的能量。
但是，在一般情况下，铀同位素的这种自发裂变的可能性很小很小，比如铀235，往往要发生一百万次蜕变以后，才有一次裂变。说得具体些，就是一公斤铀235，每分钟里，只有18个原子核在裂变，这样迟缓的速度，显然是无法用来当作“燃料”的。
哈恩等人的成功，是因为选用中子来促使铀235发生裂变。中子像是一个不稳定的因子，它本身，再加上它的动能，可以使铀同位素处于很不稳定的状态，从而容易引起裂变来。在这方面，铀235和铀238的要求不同，铀238吸收中子要有一定的动能，而铀235则只要吸收一个慢中子就行了。所以，铀235可以作为核燃料，而铀238却不能作为核燃料。
铀235的原子核，在吸收第一个中子以后，迅速裂变，分成二个较小的原子核，放出能量。同时，还产生两三个高速运动的中子，这是第二代中子。第二代中子又轰击两三个原子核，发生裂变，进而产生四个到九个中子，这是第三代。第三代中子又各去轰击四个到九个原子核……就这样裂变下去。只要第一个中子发生了反应，裂变就会一环扣一环地进行下去，巨大的原子能，就这样解放出来了。
关键的临界质量
方向的确定并不等同于达到了目的，前进的道路从来不是平坦的柏油马路。发现了电能，不等于就有了电灯，这中间有许多问题要解决。现在原子能的道理懂了，方向也有了，但要把它作为听人使唤的工具，却也有着大堆的问题呢。
比如上面谈到的核裂变链式反应，虽然我们说得很轻松，一经触发，就会继续进行下去，但是做起来，却煞费苦心。我们知道，原子基本上是一个空架子，原子核只是很大空间中的一个很小很小的质点。拿中子去打这个原子核，不见得就比拿枪打健身房里的一个苍蝇容易。所以，并不是每个中子都是能够轻而易举地击中原子核的，一击不中，中子当然飞到不知哪里去了，这种情况，叫做中子损失。而如果中子击中了原子核，那个中子就叫做有效中子。
可以设想，假如一批核裂变反应所生成的有效中子数，比引起这一批核裂变反应的中子数要少。那么，真是“王小二过年，一年不如一年”，每裂变一次，中子数量就会少一些。裂变次数越多，中子数也就越少，最后会使链式反应也进行不下去，就象点完了油的灯一样，熄灭了。如果情况是这样，那么，这座由核燃料构成的反应堆，就没“点燃”的性能。
损失的中子数，和反应堆的数量、形状是有很大关系的。这一点是很容易懂得的，因为要是反应堆小，铀235的原子核也少，中子逃出的表面积就大，中子损失也就多。这样的反应堆是点燃不起来的。但是，如果反应堆的质量增大，中子碰到原子核的机会就多了，核反应损失的中子数也就减少。当核反应堆的大小使核反应生成的有效中子数等于引起核反应的中子数时，链式反应就会既不增强、也不减弱地继续进行下去。这种能够引起链式反应，并使反应能够单纯地进行下去的反应堆，它所具有的质量，叫做“临界质量”。为了使链式反应能够进行下去，当然，反应堆起码要达到临界质量。
让反应堆服从命令
反应堆中，除了反应堆的质量之外，中子击中原子核的机会，与中子的运动速度有一定的关联：速度慢的中子，要比速度快的中子容易击中原子核。
但是，铀235分裂时，产生的多是运动速度很快的快中子。这样，要击中原子核，问题就大了。有没有办法叫快中子跑得慢些呢？有的，通常是在反应堆中加进一些慢化剂去，慢化剂这种物质有个特点，就是它的原子核在碰到中子的时候，不会发生裂变反应。所以，当一个快中子愣头愣脑，以每秒钟两万千米速度前进的时候，这里碰到了一个慢化剂的原子核，那里又和另一个慢化剂的原子核撞个满怀，这样七碰八撞，它的速度就慢了下来，慢到每秒钟的速度只有2200米时，它的击中铀235原子核的命中率，也就高了。慢化剂并不神秘，常用的有水、重水、石墨、铍等等。总之一句话，加进慢化剂就可以改善反应堆的点燃性能。
不过，先从“点燃”来考虑反应堆还是不够的。因为反应堆的质量，不可能是刚好等于临界质量的。如果是大于临界质量，那么，随着链式反应的进行，中子数会越来越多，反应越演越剧烈，最后就会象火山爆发一样，巨大的能量在一瞬间迸发出来。事实上原子弹爆炸就是这么一回事。它给人类只会带来灾难，而不是我们需要的为人类造福的能源。
怎样才能把反应堆里的裂变反应，控制到我们所需要的程度呢？
用控制棒能够解决这个问题的方法。控制棒是把一种可以大量吸收中子的材料，像镉和硼这些元素制成的。通过控制它对中子的吸收数量，我们就能够有效地把反应堆的燃烧过程控制起来了。
比如在反应堆刚刚投入生产的时候，通常按照设计总是使核裂变反应产生的有效中子数，大于引起反应的中子数。这样，链式反应的结果，就会产生越来越多的中子，控制棒在这时候就起作用了。把控制棒深深地插进反应堆中心，过多的中子就被它吸收去了，从而保持了链式反应的稳定。而当反应堆经过长期的使用，未裂变的原子核越来越少的时候，中子击中原子核的机会会逐渐减少，损失的中子会增加；为了对这种现象及时予以补救，就把控制棒相应地从反应堆中抽出一部分来，以减少对中子的吸收数量；而万一遇到事故，要紧急刹车，中断链式反应的话，可以把控制棒一下子全部插进反应堆里去，那时反应堆就完全“熄灭”了。
掌握了这样一套技术之后，人类就能叫反应堆听话，让禁锢在原子核中的千钧雷霆，服人使唤。
原子能发电
原子核反应堆产生的能量形式，主要是热能，为了方便使用和输送，还得把它转化为电能。这样就有了原子能发电站。
原子能电站里需要些什么设施呢？通常是反应堆系统，一次载热系统，二次载热系统以及发电系统这样四个系统。
我们已经谈过了反应堆系统的情况，它包括核燃料二氧化铀、慢化剂、控制棒等，它的任务是把原子核里蕴藏的能量，有控制地释放出来。
把反应堆所产生的热能携带出来，通常是靠空气、水、有机化合物，或者金属钠等来进行的，其中的水，还可以起慢化剂的作用。这些东西，就是第一载热系统中的载热介质。由于这些介质是直接和核燃料接触的，所以一经使用，就会带上大量的放射性物质，用它们来直接推动涡轮发电机，显然是不适宜的。因此这个系统总是设计成严格的闭路循环形式。这个系统经过反应堆所获得的热量，在另一端的热交换器中，传给第二载热系统中的传热介质。
水是第二载热系统中的传热介质，它经过热交换器接受到第一载热系统所传给的热以后，就变成了蒸气，就像出自火力电站锅炉的高压蒸气一样，于是便能够用以推动汽轮机、带动发电机了。
原子能发电站的关键在于反应堆和第一载热系统，如果有什么技术上困难的话。也多半发生在这两个系统里，而后面两个系统，则是人们使用已久，技术上也是比较成熟了的。原子能电站，目前一般是按照反应堆中慢化剂和载热介质的使用情况来分类的，象轻水型（包括压水型、沸水型）、重水型、石墨气冷型和钠冷型等等。
到现在为止，世界上已经建成的原子能电站，大约有700座左右，这是人类走向原子能时代的开端。而原子能又意味着什么呢？
