Spontánní štěpení - Spontaneous fission - Wikipedia

Spontánní štěpení (SF) je forma radioaktivní rozpad který se nachází jen ve velmi těžkých chemické prvky. The jaderná vazebná energie prvků dosáhne svého maxima při číslo atomové hmotnosti asi 56; spontánní rozpad na menší jádra a několik izolovaných jaderné částice je možné při větším počtu atomových hmot.

Dějiny

V roce 1908 byl zahájen proces rozpad alfa bylo známo, že spočívá v ejekci jader helia z rozpadajícího se atomu;^[1] stejně jako u rozpad kazu „Rozpad alfa není obvykle kategorizován jako proces štěpení.^[2]

První jaderné štěpení objevený proces byl štěpením indukovaným neutrony. Protože kosmické paprsky produkovat některé neutrony, bylo obtížné rozlišit mezi indukovanými a spontánními událostmi. Kosmické paprsky lze spolehlivě chránit silnou vrstvou hornin nebo vody. Spontánní štěpení bylo identifikováno v roce 1940 sovětský fyzici Georgy Flyorov a Konstantin Petrzhak^[3]^[4] jejich pozorováním uranu v Moskevské metro Dinamo stanice, 60 metrů (200 ft) pod zemí.^[5]

Rozpad klastru se ukázal jako superasymmetrický proces spontánního štěpení.^[6]

Proveditelnost

Elementální

Spontánní štěpení je možné v praktických dobách pozorování provést pouze pro atomové hmotnosti 232 atomových hmotnostních jednotek nebo více. Jedná se o prvky přinejmenším stejně těžké jako thorium-232 - který má poločas rozpadu poněkud delší než věk vesmír. ²³²Čt, ²³⁵U a ²³⁸ty jsi prvotní nuklidy a zanechali důkazy o tom, že ve svých minerálech prošli spontánním štěpením.

Známé prvky nejvíce náchylné na spontánní štěpení jsou syntetické vysoké atomové číslo aktinidy a transaktinidy s atomovými čísly od 100 dále.

Pro přirozeně se vyskytující thorium-232, uran-235, a uran-238, spontánní štěpení se vyskytuje jen zřídka, ale ve velké většině radioaktivního rozpadu těchto atomů, rozpad alfa nebo rozpad beta místo toho nastane. Spontánní štěpení těchto izotopů je proto obvykle zanedbatelné, s výjimkou použití přesných poměrů větvení při hledání radioaktivita vzorku těchto prvků.

Matematický

The model kapky kapaliny přibližně předpovídá, že ke spontánnímu štěpení může dojít v dostatečně krátkém čase, který lze současnými metodami pozorovat, když

{ displaystyle { frac {Z ^ {2}} {A}} geq 47.}

^[7]

kde Z je protonové číslo a A je hromadné číslo (např., $Z 2 / A = 36$ pro uran-235). Všechny známé nuklidy, které jako hlavní režim rozpadu procházejí spontánním štěpením, však nedosahují této hodnoty 47, protože model kapek kapaliny není pro nejtěžší známá jádra příliš přesný kvůli silným účinkům skořápky.

Míra spontánního štěpení

Poločas spontánního štěpení různých nuklidů v závislosti na jejich Z²/A poměr. Nuklidy stejného prvku jsou spojeny červenou čarou. Zelená čára ukazuje horní hranici poločasu. Data převzata z Francouzská Wikipedia.

Míra spontánního štěpení^[8]
Nu- clide	Poločas rozpadu (roky)	Štěpení prob. za rozpad (%)	Neutrony na		Spontánní poločas (roky)	Z²/A
Nu- clide	Poločas rozpadu (roky)	Štěpení prob. za rozpad (%)	Štěpení	Gram-s	Spontánní poločas (roky)	Z²/A
²³⁵ U	7.04·10⁸	2.0·10⁻⁷	1.86	000.0003	3.5·10¹⁷	36.0
²³⁸ U	4.47·10⁹	5.4·10⁻⁵	2.07	000.0136	8.4·10¹⁵	35.6
²³⁹ Pu	24100	4.4·10⁻¹⁰	2.16	000.022	5.5·10¹⁵	37.0
²⁴⁰ Pu	06569	5.0·10⁻⁶	2.21	920	1.16·10¹¹	36.8
²⁵⁰ Cm	08300 ^[9]	~74	3.31	01.6·10¹⁰	1.12·10⁴	36.9
²⁵² Srov	02.6468^[10]	3.09	3.73	02.3·10¹²	85.7	38.1

V praxi, ²³⁹
Pu
bude vždy obsahovat určité množství ²⁴⁰
Pu
kvůli tendenci ²³⁹
Pu
absorbovat další neutron během výroby. ²⁴⁰
Pu
Vysoká míra spontánních štěpných událostí z něj činí nežádoucí kontaminující látku. Plutonium na úrovni zbraní neobsahuje více než 7,0% ²⁴⁰
Pu
.

Zřídka používané atomová bomba zbraňového typu má kritický čas vložení asi jedné milisekundy a pravděpodobnost štěpení během tohoto časového intervalu by měla být malá. Proto pouze ²³⁵
U
je vhodný. Téměř všechny jaderné bomby používají nějaký druh implozní metoda.

Spontánní štěpení může nastat mnohem rychleji, když prochází jádro atomu superdeformace.

Poissonův proces

Spontánní štěpení poskytuje téměř stejný výsledek jako indukovaný jaderné štěpení. Stejně jako jiné formy radioaktivního rozpadu k němu však dochází v důsledku kvantové tunelování, aniž by byl atom zasažen neutronem nebo jinými částicemi jako při indukovaném štěpení jader. Spontánní štěpení uvolňuje neutrony jako všechny štěpení, takže pokud je přítomna kritická masa, může spontánní štěpení zahájit soběstačnou řetězovou reakci. Jako zdroje neutronů lze použít radioizotopy, u nichž není zanedbatelné spontánní štěpení. Například, kalifornium -252 (poločas rozpadu 2,645 let, poměr větvení SF asi 3,1 procent ) lze pro tento účel použít. Uvolněné neutrony lze použít ke kontrole zavazadel leteckých společností, zda neobsahují skryté výbušniny, k měření obsahu vlhkosti v půdě Dálnice a stavební konstrukce, nebo například k měření vlhkosti materiálů uložených v silech.

Dokud spontánní štěpení způsobí zanedbatelné snížení počtu jader, která mohou takové štěpení podstoupit, lze tento proces přibližně aproximovat jako Poissonův proces. V této situaci je v krátkých časových intervalech pravděpodobnost spontánního štěpení přímo úměrné na dobu.

Spontánní štěpení uranu-238 a uranu-235 zanechává stopy poškození v Krystalická struktura minerálů obsahujících uran, když jimi štěpné fragmenty odskočí. Tyto stezky, nebo štěpné stopy, jsou základem radiometrické datování metoda volala štěpení stopy datování.

Viz také

Přírodní jaderný štěpný reaktor

Poznámky

^ Rutherford, E .; Royds, T. (1908). „XXIV. Spektrum vyzařování radia“. Filozofický časopis. série 6. 16 (92): 313–317. doi:10.1080/14786440808636511.
^ Santhosh, KP; Biju, RK (1. ledna 2009). „Alfa rozpad, rozpad klastru a spontánní štěpení u (294–326) 122 izotopů“. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 36 (1): 015107. Bibcode:2009JPhG ... 36a5107S. doi:10.1088/0954-3899/36/1/015107.
^ G. Scharff-Goldhaber a G. S. Klaiber (1946). "Spontánní emise neutronů z uranu". Phys. Rev. 70 (3–4): 229. Bibcode:1946PhRv ... 70..229S. doi:10.1103 / PhysRev.70.229.2.
^ Igor Sutyagin: Úloha jaderných zbraní a její možné budoucí mise
^ Petrzhak, Konstantin. „Jak bylo objeveno spontánní štěpení“ (v Rusku).
^ Dorin N Poenaru; et al. (1984). "Spontánní emise těžkých klastrů". Journal of Physics G: Nuclear Physics. 10 (8): L183 – L189. Bibcode:1984JPhG ... 10L.183P. doi:10.1088/0305-4616/10/8/004.
^ Krane, Kenneth S. (1988). Úvodní jaderná fyzika. John Wiley & Sons. str. 483–484 (rovnice 13.3). ISBN 978-0-471-80553-3.
^ Shultis, J. Kenneth; Richard E. Faw (2008). Základy jaderné vědy a techniky. CRC Press. 141 (tabulka 6.2). ISBN 978-1-4200-5135-3.
^ Vstup na periodictable.com
^ Vstup na periodictable.com

externí odkazy

ŽIVÝ graf nuklidů - IAEA s filtrem na samovolném rozkladu štěpení

[1] Rutherford, E .; Royds, T. (1908). „XXIV. Spektrum vyzařování radia“. Filozofický časopis. série 6. 16 (92): 313–317. doi:10.1080/14786440808636511.

[2] Santhosh, KP; Biju, RK (1. ledna 2009). „Alfa rozpad, rozpad klastru a spontánní štěpení u (294–326) 122 izotopů“. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 36 (1): 015107. Bibcode:2009JPhG ... 36a5107S. doi:10.1088/0954-3899/36/1/015107.

[3] G. Scharff-Goldhaber a G. S. Klaiber (1946). "Spontánní emise neutronů z uranu". Phys. Rev. 70 (3–4): 229. Bibcode:1946PhRv ... 70..229S. doi:10.1103 / PhysRev.70.229.2.

[4] Igor Sutyagin: Úloha jaderných zbraní a její možné budoucí mise

[5] Petrzhak, Konstantin. „Jak bylo objeveno spontánní štěpení“ (v Rusku).

[6] Dorin N Poenaru; et al. (1984). "Spontánní emise těžkých klastrů". Journal of Physics G: Nuclear Physics. 10 (8): L183 – L189. Bibcode:1984JPhG ... 10L.183P. doi:10.1088/0305-4616/10/8/004.

[7] Krane, Kenneth S. (1988). Úvodní jaderná fyzika. John Wiley & Sons. str. 483–484 (rovnice 13.3). ISBN 978-0-471-80553-3.

[8] Shultis, J. Kenneth; Richard E. Faw (2008). Základy jaderné vědy a techniky. CRC Press. 141 (tabulka 6.2). ISBN 978-1-4200-5135-3.

[9] Vstup na periodictable.com

[10] Vstup na periodictable.com

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]