连锁反应

链式反应是一系列反应，其中反应性产物或副产物导致发生额外反应。在连锁反应中，正反馈会导致一连串自我放大的事件。

链式反应是不处于热力学平衡状态的系统释放能量或增加熵以达到更高熵状态的一种方式。例如，一个系统可能无法通过将能量释放到环境中来达到较低的能量状态，因为它以某种方式被阻碍或阻止了会导致能量释放的路径。如果反应导致小能量释放为扩展链中的更多能量释放让路，那么系统通常会爆炸性地崩溃，直到大部分或全部存储的能量被释放。

因此，链式反应的宏观比喻是雪球导致更大的雪球，直到最终导致雪崩（雪球效应）。这是存储的重力势能寻求通过摩擦释放路径的结果。从化学上讲，相当于雪崩的是引起森林火灾的火花。在核物理学中，一个杂散的中子可能会导致迅速的临界事件，最终可能会产生足够的能量，导致核反应堆熔化或（在炸弹中）发生核爆炸。

1913年，德国化学家马克斯·博登斯坦首先提出化学链式反应的思想。如果两个分子发生反应，不仅会形成最终反应产物的分子，还会形成一些不稳定的分子，这些不稳定的分子可以比初始反应物更大的概率进一步与母体分子发生反应。（在新的反应中，除了稳定的产物之外，还会形成更多的不稳定分子，等等。）

1918年，WaltherNernst提出氢和氯之间的光化学反应是一种连锁反应，以解释所谓的量子产率现象。这意味着一个光子负责形成多达106个产品HCl分子。Nernst提出光子将一个Cl2分子解离成两个Cl原子，每个Cl原子启动形成HCl的长链反应步骤。

1923年，丹麦和荷兰的科学家克里斯蒂安·克里斯蒂安森和亨德里克·安东尼·克莱默斯在对聚合物形成的分析中指出，这样的链式反应不一定要从一个受光激发的分子开始，也可以从两个分子的剧烈碰撞开始。如先前由van\'tHoff提出的用于引发化学反应的热能。

Christiansen和Kramers还指出，如果在反应链的一个环节中产生两个或多个不稳定分子，反应链就会分支和增长。结果实际上是指数增长，从而引起反应速率的爆炸性增长，甚至化学爆炸本身。这是关于化学爆炸机制的xxx个提议。

1934年，苏联物理学家尼古拉·谢苗诺夫后来创立了定量链化学反应理论。谢苗诺夫与西里尔·诺曼·欣谢尔伍德爵士分享了1956年的诺贝尔奖，后者独立开发了许多相同的定量概念。

链式反应的主要步骤类型有以下几种。

*链支化（一个增长步骤，其中一个活性粒子进入该步骤并形成两个或多个）；*链转移（一个增长步骤，其中活性粒子是增长的聚合物链，其反应形成非活性聚合物，其增长被终止和一个活性小颗粒（如自由基），然后可能反应形成新的聚合物链）。

链长定义为传播循环重复的平均次数，等于总反应速率除以引发速率。

一些链式反应具有复杂的速率方程，具有分数阶或混合阶动力学。

H2+Br2→2HBr的反应通过以下机理进行：

Br2→2Br•（热）或Br2+hν→2Br•（光化学）每个Br原子都是一个自由基，用符号«•»表示，代表一个不成对的电子。Br•+H2→HBr+H•H•+Br2→HBr+Br•这两个步骤的总和对应于整个反应H2+Br2→2HBr，由Br•催化，参与xxx步并在第二步中再生。H•+HBr→H2+Br•此步骤特定于该示例，对应于反向中的xxx个传播步骤。两个自由基的重组，在该示例中对应于反向起始。

正如可以使用稳态近似解释的那样，热反应具有分数阶(3/2)的初始速率和具有两项分母的完整速率方程（混合阶动力学）。

• 在链增长聚合中，增长步骤对应于增长的聚合物链的伸长。链转移对应于活性从这个生长终止的生长链转移到另一个分子，该分子可以是第二个生长的聚合物链。对于聚合，上面定义的动力学链长可能与产物大分子的聚合度不同。
• 聚合酶链式反应，一种分子生物学中使用的技术，通过使用DNA聚合酶进行体外酶促复制来扩增（制作多个拷贝）一段DNA。

乙醛的热解（热分解），CH3CHO(g)→CH4(g)+CO(g)，通过Rice-Herzfeld机理进行：

CH3CHO(g)→•CH3(g)+•CHO(g)k1

甲基和CHO基团是自由基。

•CH3(g)+CH3CHO(g)→CH4(g)+•CH3CO(g)k2

该反应步骤提供甲烷，它是两种主要产物之一。

•CH3CO(g)→CO(g)+•CH3(g)k3

上一步的产物•CH3CO(g)产生一氧化碳(CO)，它是第二个主要产物。

两个增长步骤的总和对应于由甲基自由基•CH3催化的总反应CH3CHO(g)→CH4(g)+CO(g)。

•CH3(g)+•CH3(g)→C2H6(g)k4

该反应是乙烷（次要产物）的xxx来源，并被认为是主链终止步骤。

尽管这种机制解释了主要产物，但也有一些其他产物的形成程度较低，例如丙酮(CH3COCH3)和丙醛(CH3CH2CHO)。

1933年，里奥·西拉德（LeoSzilard）在发现中子后不久提出了核链式反应，但比首次发现核裂变还早了五年多。Szilárd知道化学链式反应，他一直在阅读有关高能质子轰击锂的产生能量的核反应，由JohnCockcroft和ErnestWalton演示,在1932年。现在，Szilárd提议使用理论上由较轻同位素中的某些核反应产生的中子，以诱导产生更多中子的轻同位素的进一步反应。这在理论上会在原子核的水平上产生连锁反应。他没有设想裂变是这些产生中子的反应之一，因为当时这种反应并不为人所知。他提出的使用铍和铟的实验失败了。

后来，在1938年发现裂变后，西拉德立即意识到利用中子诱导裂变作为产生链式反应所必需的特定核反应的可能性，只要裂变也产生中子。1939年，Szilárd与EnricoFermi一起证明了铀中的这种中子倍增反应。在这个反应中，一个中子加上一个可裂变原子会引起裂变，从而产生比初始反应中消耗的单个中子更多的中子。从而产生了基于中子诱导核裂变机制的实用核链式反应。

具体而言，如果产生的一个或多个中子本身与其他可裂变核相互作用，并且这些核也发生裂变，那么宏观整体裂变反应有可能不会停止，而是在整个反应材料中继续进行。然后这是一个自我传播并因此自我维持的连锁反应。这是核反应堆和原子弹的原理。

1942年末，EnricoFermi和其他人在xxx座人造核反应堆芝加哥Pile-1的成功运行中完成了自我维持核链式反应的演示。

当电场超过某个阈值时，气体中两个未连接的电极之间会发生电子雪崩。在称为碰撞电离的过程中，气体原子的随机热碰撞可能会产生一些自由电子和带正电的气体离子。这些自由电子在强电场中的加速使它们获得能量，当它们撞击其他原子时，能量会导致释放新的自由电子和离子（电离），从而为相同的过程提供燃料。如果这个过程发生的速度比离子重组自然猝灭的速度快，那么新离子会在连续的循环中繁殖，直到气体分解成等离子体并且电流在放电中自由流动。

电子雪崩对于气体中的介电击穿过程至关重要。该过程可以在电晕放电、流光、引线或完全弥合间隙的火花或连续电弧中达到高潮。这个过程可能会延伸出巨大的火花——闪电放电中的流光通过在流光前进尖端之前的高电位梯度中形成电子雪崩来传播。一旦开始，雪崩通常会因光电子的产生而加剧由于被激发的介质在尾尖区域的原子发出的紫外线辐射。由此产生的等离子体的极高温度使周围的气体分子破裂，自由离子重新结合以产生新的化合物。

该过程还可以用于检测启动该过程的辐射，因为单个粒子的通过可以被放大到大的放电。这是盖革计数器的机制，也是火花室和其他电线室的可视化。

雪崩击穿过程可能发生在半导体中，在某些方面类似于轻度电离气体的导电。半导体依靠通过热振动从晶体中敲出的自由电子进行传导。因此，与金属不同，半导体温度越高，导体越好。这为相同类型的正反馈设置了条件——电流产生的热量会导致温度升高，从而增加电荷载流子、降低电阻并导致更多电流流动。这可能会持续到半导体结处的正常电阻完全击穿和设备故障（这可能是暂时的或xxx性的，具体取决于晶体是否存在物理损坏）。某些器件，例如雪崩二极管，故意利用效果。