Một phần số nơtrôn sinh ra bị mất mát vì nhiều nguyên nhân (thoát ra ngoài khối urani, bị hấp thụ bởi các hạt nhân khác ...) nhưng nếu sau mỗi phân hạch, vẫn còn lại trung bình s
nơtrôn, màs >1, thìsnơtrôn này đập vào các hạt nhân U235khác, lại gây ras phân hạch, sinh ra s2 nơtrôn rồi s3, s4... nơtrôn. Số phân hạch tăng rất nhanh trong một thời gian rất ngắn: Ta có phản ứng hạt nhân dây chuyền; s gọi là hệ số nhân nơtrôn.
Mỗi phân hạch chỉ toả ra năng lượng 200M eV = 3,2.10−11J nhưng 1 gam U235
chứa tới 2,5.1021 hạt nhân, nên khi phân hạch sẽ cho năng lượng rất lớn, bằng 8.1010J
tương đương22000kW h. Năng lượng phân hạch này được gọi không chính xác là năng lượng nguyên tử.
Vớis >1thì hệ thống gọi là vượt hạn: ta không khống chế được phản ứng dây chuyền, năng lượng tỏa ra có sức tàn phá dữ dội. Trường hợp này đã được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử.
Nếu s= 1 thì hệ thống gọi là tới hạn: phản ứng dây chuyền tiếp diễn, nhưng không tăng vọt, năng lượng toả ra không đổi và có thể kiểm soát được. Đó là chế độ hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy điện nguyên tử.
Nếu s <1 thì hệ thống gọi là dưới hạn: phản ứng dây chuyền không xảy ra.
Số nơtrôn bị mất vì thoát ra ngoài (tỉ lệ với diện tích mặt ngoài khối urani), so với số nơtrôn sinh ra (tỉ lệ với thể tích của khối) càng nhỏ nếu khối lượng urani càng lớn. Khối
lượng này phải đạt tới một giá trị tối thiểu, gọi là khối lượng tới hạn mh thì mới có s ≥1. Quả bom nguyên tử mà máy bay Mĩ ném xuống thành phố Hirôsima của Nhật năm 1945
chứaU235 nguyên chất cómh = 50kg. Lúc đầu, urani chia lầmhi khối ở cách nhau, mỗi khối có khối lượng bé hơn mh nên không nổ. Làm chập hai khối lại thì khối lượng urani vượtmh
và bom nổ.