연쇄반응

화학에서는 연료 가스의 연소, 지방의 부패 촉진, 내연기관의 노킹, 폴리에틸렌을 만드는 에틸렌의 중합반응 등을 예로 들 수 있고, 물리학에서는 가장 잘 알려진 예로 중성자에 의해 일어나는 핵분열을 들 수 있다. 연쇄반응은 일반적으로 매우 빠르지만, 반응을 지속적으로 일어나게 하는 물질이 반응물 이외의 다른 물질에 쉽게 영향을 받으므로 반응조건에 매우 민감하다.

연쇄반응은 일반적으로 3단계로 진행된다.

① 개시단계：보통 빛·열·촉매의 작용을 통해 원자·이온·중성분자 토막이 반응중간물질로 형성된다. ② 전파단계：중간물질이 원래의 반응물과 반응하여 안정한 생성물과 동일하거나 다른 종류의 다른 중간물질을 형성하고 이 새로운 중간물질은 위에서 설명한 것과 같이 반응하여 반복 순환과정을 시작한다. ③ 종결단계：모든 반응물이 소비되거나 연쇄운반체가 그들이 생성된 만큼 빠르게 재결합할 때 자연적으로 일어나지만, 억제제나 항산화제와 같은 물질을 사용해 인위적으로 종결시키는 경우도 있다.

갈래연쇄반응은 각 전파단계에서 연쇄운반체의 수가 증가하는 연쇄반응의 형태이다. 그결과 반응은 매우 빨리 가속화되고, 때로는 1/1,000초 이하에서 종결된다. 이러한 상태를 때때로 화학적 폭발이라고 하기도 한다. 핵연쇄반응은 핵분열의 연속이다.

각각은 앞서 일어나는 분열중에 생성된 중성자에 의해 개시된다. 예를 들면 저에너지 중성자를 흡수하는 각각의 우라늄-235의 핵이 분열할 때마다 평균적으로 2.5개의 중성자를 방출한다. 평균적으로 분열당 단지 1.5개의 중성자가 누설 또는 다른 핵에 의한 비핵분열성 포획을 통해 손실된다면, 평균적으로 분열당 1개의 중성자가 그 과정을 계속하기 위해 남아 있게 된다. 따라서 연쇄반응은 어미중성자에 분열을 일으키는 딸중성자 수의 비가 1(원자로)이거나 1 이상(핵폭발)이면 자발적으로 일어난다. 1942년 미국 시카고대학교에서 이탈리아 태생의 물리학자인 엔리코 페르미와 그의 공동연구자들이 처음으로 스스로 지속하는 핵분열 연쇄반응을 성공시켰다.