Введение
Спонтанное деление (СД) — это форма радиоактивного распада, при которой тяжелое атомное ядро расщепляется на два или более легких ядра. В отличие от вызванного деления, для инициирования распада не требуется воздействие частицы; это исключительно вероятностный процесс. Спонтанное деление является основным способом распада для сверхтяжелых элементов, при этом ядерная стабильность обычно уменьшается с увеличением массы ядра. Таким образом, оно определяет практический предел числа нуклонов в тяжелых элементах. Более тяжелые нуклиды могут быть созданы мгновенно в результате физических процессов, как естественных (например, посредством r-процесса), так и искусственных, однако они быстро распадаются до более стабильных нуклидов. Поэтому, за исключением незначительных ветвей распада в первичных радионуклидах, спонтанное деление не наблюдается в природе. Зафиксированные периоды полураспада варьируются от 4,1 микросекунды (No 250) до величин, превышающих текущий возраст Вселенной (Th 232).
Spontaneous fission (SF) is a form of radioactive decay in which a heavy atomic nucleus splits into two or more lighter nuclei. In contrast to induced fission, there is no inciting particle to trigger the decay; it is a purely probabilistic process. Spontaneous fission is a dominant decay mode for superheavy elements, with nuclear stability generally falling as nuclear mass increases. It thus forms a practical limit to heavy element nucleon number. Heavier nuclides may be created instantaneously by physical processes, both natural (via the r process) and artificial, though rapidly decay to more stable nuclides. As such, apart from minor decay branches in primordial radionuclides, spontaneous fission is not observed in nature. Observed fission half lives range from 4.1 microseconds (No 250) to greater than the current age of the universe (Th 232).
История
После открытия индуцированного деления Отто Ханом и Фрицем Страсманном в 1938 году, советские физики Георгий Флёров и Константин Петржак приступили к экспериментам по изучению влияния энергии налетающих нейтронов на ядра урана. Их оборудование регистрировало осколки деления даже при отсутствии нейтронов, способных вызвать распад, и этот эффект сохранялся даже после перемещения оборудования на 60 метров под землю, в туннели станции "Динамо" Московского метрополитена, с целью защиты от воздействия космических лучей. Само открытие индуцированного деления стало неожиданностью, и не существовало иных известных механизмов, способных объяснить наблюдаемые распады. Такой эффект мог быть объяснен лишь спонтанным делением ядер урана без какого-либо внешнего воздействия.
Продукты
Фрагменты деления обычно избыточно богаты нейтронами и всегда образуются в возбужденных состояниях. Тернарные продукты обычно являются альфа-частицами, хотя их масса может достигать массы ядер кислорода. Мгновенное гамма-излучение вносит дополнительно 8 МэВ, а бета-распад и запаздывающее гамма-излучение – 19 и 7 МэВ соответственно.
Приложения
Наиболее распространенное применение спонтанного деления — использование в качестве источника нейтронов. Эти нейтроны могут применяться, например, для нейтронной визуализации или для инициирования других ядерных реакций, включая вызванное деление мишени, как это происходит в ядерных реакторах и ядерном оружии. В кристаллах с высоким содержанием урана продукты спонтанного деления образуют дорожки повреждений по мере отскока фрагментов в кристаллической структуре. Количество этих дорожек, или следов деления, может использоваться для определения возраста образца методом датирования по следам деления.
Спонтанные скорости деления
+ Скорость спонтанного деления Нуклид Период полураспада (лет) Коэффициент ветвления деления (% распадов) Нейтронов на спонтанный период полураспада (лет) Деление Грамм сек Ссылка=да Уран 7.04·10^10 2.0·10^10 1.86 0.0003 3.5·10^10 36.0 Ссылка=да Уран 4.47·10^10 5.4·10^10 2.07 0.0136 8.4·10^10 35.6 Ссылка=да Плутоний 24100 4.4·10^10 2.16 0.022 5.5·10^10 37.0 Ссылка=да Плутоний 6569 5.0·10^10 2.21 920 1.16·10^10 36.8 Ссылка=да Курий 8300 ~ (приблизительно) 74 3.31 1.6·10^10 1.12·10^10 36.9 Ссылка=да Калифорний 2.6468 3.09 3.73 2.3·10^85.7 38.1