Fisiune spontană

Fisiunea spontană (în engleză : fisiunea spontană , SF) este o formă de dezintegrare radioactivă caracteristică izotopilor foarte grei . Este teoretic posibil pentru orice nucleu atomic a cărui masă este mai mare sau egală cu 100 de unități de masă atomică (u), adică elemente apropiate de ruteniu . În practică, însă, fisiunea spontană este fezabilă din punct de vedere energetic numai pentru masele atomice peste 230 u (elementele apropiate de toriu ). Cele mai sensibile la elementele de fisiune spontană sunt numărul atomic ridicat al actinidelor , cum ar fi mendeleviul și lawrencium , și elementele trans-actinidice, cum ar fi rutherfordio .

Descriere

Pentru uraniu și toriu, apare modul de descompunere prin fisiune spontană, dar nu este văzut pentru majoritatea defecțiunilor radioactive și este de obicei neglijat, cu excepția considerațiilor exacte ale raporturilor de ramificare atunci când se determină activitatea.un eșantion care conține aceste elemente. Din punct de vedere matematic, criteriul pentru a determina dacă poate apărea fisiune spontană este aproximativ:

{\hbox{Z}}^{2}/{\hbox{A}}\geq 47.

{\ displaystyle {\ hbox {Z}} ^ {2} / {\ hbox {A}} \ geq 47.}

{\ displaystyle {\ hbox {Z}} ^ {2} / {\ hbox {A}} \ geq 47.}

^[1]

unde Z este numărul atomic și A este numărul masei (de exemplu, 235 pentru U-235).

După cum sugerează și numele, fisiunea spontană dă același rezultat ca și fisiunea nucleară indusă. Cu toate acestea, la fel ca alte forme de dezintegrare radioactivă, apare, datorită efectului tunelului , fără ca atomul să fi fost lovit de un neutron sau de alte particule ca în fisiunea nucleară indusă. Fisiunile spontane eliberează neutroni ca toate fisiunile, deci dacă este prezentă o masă critică, o fisiune spontană poate iniția o reacție în lanț. Mai mult, radioizotopii pentru care fisiunea spontană este un mod de degradare deloc neglijabil pot fi folosiți ca surse de neutroni; Californium -252 (timp de înjumătățire 2.645 ani, raport de ramificare SF 3,09%) este adesea utilizat în acest scop. Neutronii pot fi utilizați pentru a inspecta bagajele companiilor aeriene pentru a găsi explozivi ascunși, pentru a măsura conținutul de umiditate al solului în industria construcțiilor de drumuri și a construcțiilor, pentru a măsura umiditatea materialelor depozitate în silozuri și în alte aplicații.

Atâta timp cât fisiunile oferă o reducere neglijabilă a cantității de nuclee care pot fisiona spontan, acesta este un proces Poisson : pentru intervale de timp foarte scurte, probabilitatea fisiunii spontane este proporțională cu durata de timp.

Fisiunea spontană a uraniului-238 lasă urme de daune în mineralele care conțin uraniu pe măsură ce fragmentele de fisiune se retrag prin structura cristalină . Aceste trasee, sau urmele de fisiune , oferă baza tehnicii de datare radiometrică cunoscută sub numele de datare a urmelor de fisiune .

Viteza fisiunii spontane

Rata de fisiune spontană: ^[2]

Nucleid	Jumătate de viață	Probabilitatea fisiunii spontane	Neutroni pentru fisiune	Neutroni pentru (gs)
²³⁵ U	7,04x10 ⁸ ani	7,0x10 ⁻¹¹	1,86	1,0x10 ⁻⁵
²³⁸ U	4,47x10 ⁹ ani	5,4x10 ⁻⁷	2.07	0,0136
²³⁹ Pu	2.41x10 ⁴ ani	4,4x10 ⁻¹²	2.16	2,2x10 ⁻²
²⁴⁰ Pu	6.569 de ani	5,0x10 ⁻⁸	2.21	920
²⁵² Cf	2.638 de ani	3,09x10 ⁻²	3,73	2.3x10 ¹²

În practică, ²³⁹ Pu va conține invariabil o anumită cantitate de ²⁴⁰ Pu datorită tendinței de ²³⁹ Pu de a absorbi un neutron suplimentar în timpul producției. Rata mare a evenimentelor de fisiune spontană de ²⁴⁰ Pu îl face un contaminant nedorit. Plutoniul eligibil pentru armele nucleare conține nu mai mult de 7,0% ²⁴⁰ Pu.

Bomba atomică balistică rar utilizată are un timp critic de inserție de aproximativ o milisecundă, iar probabilitatea unei fisiuni în acest interval de timp ar trebui să fie mică. Prin urmare, numai ²³⁵ U este potrivit. Aproape toate bombele nucleare folosesc un fel de metodă de implozie .

Fisiunea spontană poate apărea mult mai rapid atunci când nucleul unui atom suferă super-deformare .

Istorie

Primul proces de fisiune nucleară descoperit a fost fisiunea indusă de neutroni . Deoarece razele cosmice produc niște neutroni, a fost dificil să se facă distincția între evenimentele fisiunii induse și cele spontane. Razele cosmice pot fi protejate în mod fiabil de un strat gros de rocă sau apă. Fisiunea spontană a fost identificată în 1940 de către fizicienii sovietici Georgy Flërov și Konstantin Petrzhak ^[3] ^[4] din observațiile lor despre uraniu în stația Dynamo a metroului din Moscova , la 60 m subteran. ^[5]

Notă

^ Kenneth S. Krane, Fizica nucleară introductivă , John Wiley & Sons , 1988, pp. 483-484 (ecuația 13.3), ISBN 978-0-471-80553-3 .
^ J. Kenneth Shultis, Richard E. Faw, Fundamentals of Nuclear Science and Engineering , Marcel Dekker, Inc. , 2002, pp. 137 (tabelul 6.2), ISBN 0-8247-0834-2 .
^ G. Scharff-Goldhaber și GS Klaiber, Emisia spontană de neutroni din uraniu , în Phys. Rev. , vol. 70, nr. 3-4, 1946, pp. 229–229, DOI : 10.1103 / PhysRev.70.229.2 . Adus 21/04/2009 .
^ Igor Sutyagin: Rolul armelor nucleare și posibilele sale misiuni viitoare
^ K. Petrzhak: Cum a fost descoperită fisiunea spontană (în rusă)

linkuri externe

( RO ) IUPAC Gold Book, „fisiune spontană” , pe goldbook.iupac.org .
LIVEChart of Nuclides - AIEA cu un filtru spontan de decădere a fisiunii, în Java sau HTML

Portalul chimiei

Portalul de fizică

[1] Kenneth S. Krane, Fizica nucleară introductivă , John Wiley & Sons , 1988, pp. 483-484 (ecuația 13.3), ISBN 978-0-471-80553-3 .

[2] J. Kenneth Shultis, Richard E. Faw, Fundamentals of Nuclear Science and Engineering , Marcel Dekker, Inc. , 2002, pp. 137 (tabelul 6.2), ISBN 0-8247-0834-2 .

[3] G. Scharff-Goldhaber și GS Klaiber, Emisia spontană de neutroni din uraniu , în Phys. Rev. , vol. 70, nr. 3-4, 1946, pp. 229–229, DOI : 10.1103 / PhysRev.70.229.2 . Adus 21/04/2009 .

[4] Igor Sutyagin: Rolul armelor nucleare și posibilele sale misiuni viitoare

[5] K. Petrzhak: Cum a fost descoperită fisiunea spontană (în rusă)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]