Самопроизвольное деление - Spontaneous fission
Ядерная физика |
---|
Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
Спонтанное деление (SF) - это форма радиоактивного распада, которая обнаруживается только в очень тяжелых химических элементах . Ядерная энергия элементов достигает максимум при атомном массовом числе около 56; спонтанный распад на более мелкие ядра и несколько изолированных ядерных частиц становится возможным при больших атомных массовых числах.
История
К 1908 году было известно , что процесс альфа-распада состоит из выброса ядер гелия из распадающегося атома. Как и распад кластера , альфа-распад обычно не классифицируется как процесс деления.
Первым обнаруженным процессом ядерного деления было деление под действием нейтронов . Поскольку космические лучи производят некоторое количество нейтронов, было трудно различить индуцированные и спонтанные события. Космические лучи можно надежно экранировать толстым слоем камня или воды. Спонтанное деление было обнаружено в 1940 году советскими физиками Георгием Флёровым и Константином Петржаком в ходе наблюдений за ураном на станции Динамо Московского метрополитена на глубине 60 метров под землей.
Осуществимость
Элементаль
Спонтанное деление возможно в течение практического времени наблюдения только для атомных масс 232 атомных единиц массы или более. Это нуклиды, по меньшей мере, такие же тяжелые, как торий-232 , период полураспада которых несколько превышает возраст Вселенной . 232 Th, 235 U и 238 U являются первичными нуклидами и оставили свидетельства самопроизвольного деления в своих минералах.
Известными элементами, наиболее подверженными спонтанному делению, являются синтетические актиниды с высоким атомным номером и трансактиниды с атомным номером от 100 и выше.
Для тория-232, урана-235 и урана-238 спонтанное деление происходит редко, но в подавляющем большинстве случаев радиоактивного распада этих атомов происходит альфа-распад или бета-распад . Следовательно, спонтанное деление этих изотопов обычно незначительно, за исключением использования точных коэффициентов ветвления при определении радиоактивности образца этих элементов или в приложениях, которые очень чувствительны даже к незначительному количеству нейтронов деления (например, при разработке ядерного оружия). ).
Математический
Модель жидкой капли приблизительно предсказывает, что спонтанное деление может произойти за время, достаточно короткое, чтобы его можно было наблюдать с помощью существующих методов, когда
где Z - атомный номер, а A - массовое число (например, Z 2 / A = 36 для урана-235). Однако все известные нуклиды, которые подвергаются спонтанному делению в качестве их основной моды распада, не достигают этого значения 47, поскольку модель жидкой капли не очень точна для самых тяжелых известных ядер из-за сильных оболочечных эффектов.
Скорость самопроизвольного деления
Nu- Clide |
Период полураспада (лет) |
Проблема деления . за распад (%) |
Нейтронов на | Спонтанный период полураспада (лет) |
Z 2/А | |
---|---|---|---|---|---|---|
Деление | Грамм-сек | |||||
235 U |
7,04 · 10 8 | 2,0 · 10 −7 | 1,86 | 0,0003 | 3,5 · 10 17 | 36,0 |
238 U |
4,47 · 10 9 | 5,4 · 10 −5 | 2,07 | 0,0136 | 8,4 · 10 15 | 35,6 |
239 Пу |
24100 | 4,4 · 10 −10 | 2,16 | 0,022 | 5,5 · 10 15 | 37,0 |
240 Пу |
6569 | 5,0 · 10 −6 | 2,21 | 920 | 1,16 · 10 11 | 36,8 |
250 См |
8300 | ~ 74 | 3,31 | 1,6 · 10 10 | 1,12 · 10 4 | 36,9 |
252 Cf |
2,6468 | 3,09 | 3,73 | 2,3 · 10 12 | 85,7 | 38,1 |
На практике, 239
Пу
неизменно будет содержать определенное количество 240
Пу
из-за тенденции 239
Пу
поглотить дополнительный нейтрон во время производства. 240
Пу
высокая частота событий спонтанного деления делает его нежелательным загрязнителем. Оружейный плутоний содержит не более 7,0%.240
Пу
.
Редко используемая атомная бомба пушечного типа имеет критическое время установки около одной миллисекунды, и вероятность деления в течение этого временного интервала должна быть небольшой. Поэтому только235
U
подходящий. Почти все ядерные бомбы используют какой-либо метод взрыва .
Спонтанное деление может происходить намного быстрее, когда ядро атома подвергается супердеформации .
Пуассоновский процесс
Самопроизвольное деление дает почти тот же результат, что и вынужденное деление ядер . Однако, как и другие формы радиоактивного распада, это происходит из-за квантового туннелирования , при этом атом не был поражен нейтроном или другой частицей, как при индуцированном ядерном делении. Самопроизвольное деление высвобождает нейтроны, как и все деления, поэтому при наличии критической массы спонтанное деление может инициировать самоподдерживающуюся цепную реакцию. Радиоизотопы, для которых нельзя пренебречь спонтанным делением, можно использовать в качестве источников нейтронов. Например, для этой цели можно использовать калифорний- 252 (период полураспада 2,645 года, доля ветвей SF около 3,1 % ). Выделяемые нейтроны можно использовать для проверки багажа авиакомпаний на предмет скрытых взрывчатых веществ, для измерения содержания влаги в почве на шоссе и при строительстве зданий или, например, для измерения влажности материалов, хранящихся в силосах.
Пока спонтанное деление приводит к незначительному уменьшению числа ядер, которые могут подвергнуться такому делению, этот процесс может быть приближен к процессу Пуассона . В этой ситуации для коротких интервалов времени вероятность спонтанного деления прямо пропорциональна продолжительности времени.
Спонтанное деление урана-238 и урана-235 действительно оставляет следы повреждений в кристаллической структуре урансодержащих минералов, когда осколки деления проходят сквозь них. Эти следы или треки деления являются основой метода радиометрического датирования, называемого датированием по трекам деления .
Смотрите также
Примечания
внешние ссылки
- LIVEChart of Nuclides - МАГАТЭ с фильтром по спонтанному распаду деления