fissionsstadierne

fissionsfænomenologien

når en tung kerne gennemgår fission, kan der dannes en række fragmentpar afhængigt af fordelingen af neutroner og protoner mellem fragmenterne. Dette fører til sandsynlighedsfordeling af både masse og nuklear ladning for fragmenterne. Sandsynligheden for dannelse af et bestemt fragment kaldes dets fissionsudbytte og udtrykkes som procentdelen af fissioner, der fører til det.

de adskilte fragmenter oplever en stor Coulomb-frastødning på grund af deres nukleare ladninger, og de trækker sig tilbage fra hinanden med kinetiske energier bestemt af fragmentladningerne og afstanden mellem ladningscentrene på tidspunktet for spaltning. Variationer i disse parametre fører til en fordeling af kinetiske energier, selv for den samme massesplit.

de oprindelige hastigheder af rekylfragmenterne er for hurtige til, at de ydre (Atom) elektroner i fissioneringsatomet kan holde trit, og mange af dem fjernes. Således neutraliseres fragmentets nukleare ladning ikke fuldt ud af atomelektronerne, og fissionsfragmenterne flyver fra hinanden som stærkt ladede atomer. Da fragmentets kerne justeres fra sin deformerede form til en mere stabil konfiguration, genvindes deformationsenergien (dvs.den energi, der kræves for at deformere den) og omdannes til intern eksitationsenergi, og neutroner og hurtige gammastråler (en energisk form for elektromagnetisk stråling, der afgives næsten sammenfaldende med fissionshændelsen) kan fordampes fra det bevægelige fragment. Det hurtigt bevægende, højt ladede atom kolliderer med atomerne i mediet, gennem hvilket det bevæger sig, og dets kinetiske energi overføres til ionisering og opvarmning af mediet, når det bremser ned og kommer til hvile. Omfanget af fissionsfragmenter i luften er kun få centimeter.

under opbremsningsprocessen opfanger det ladede atom elektroner fra mediet og bliver neutralt, når det stopper. På dette stadium i begivenhedssekvensen kaldes det producerede atom et fissionsprodukt for at skelne det fra det oprindelige fissionsfragment dannet ved fission. Da nogle få neutroner kan være gået tabt i overgangen fra fissionsfragment til fissionsprodukt, har de to muligvis ikke det samme massetal. Fissionsproduktet er stadig ikke en stabil art, men er radioaktivt, og det når endelig stabilitet ved at gennemgå en række beta-henfald, som kan variere over en tidsskala på fraktioner på et sekund til mange år. Beta-emissionen består af elektroner og antineutrinoer, ofte ledsaget af gammastråler og røntgenstråler.

fordelingen i masse, ladning og kinetisk energi af fragmenterne har vist sig at være afhængig af fissionsarten såvel som af den eksitationsenergi, hvor fissionshandlingen finder sted. Mange andre aspekter af fission er blevet observeret, hvilket tilføjer til den omfattende fænomenologi i processen og giver et spændende sæt problemer til fortolkning. Disse inkluderer systematik for fissionstværsnit (et mål for sandsynligheden for fission at forekomme); variationen af antallet af hurtige neutroner (se nedenfor), der udsendes som en funktion af fissionsarten og den særlige fragmentmassesplit; fragmenternes vinkelfordeling med hensyn til retningen af partikelstrålen, der inducerer fission; systematikken for spontane fissionshalveringstider; forekomsten af spontane fissionsisomerer (ophidsede tilstande i kernen); emission af lyspartikler (hydrogen-3, helium-3, helium-4 osv.) i små, men betydelige tal i nogle fissionshændelser; tilstedeværelsen af forsinkede neutronemittere blandt fissionsprodukterne; tidsskalaen, hvorpå de forskellige stadier af processen finder sted; og fordelingen af energifrigivelsen i fission mellem de producerede partikler og strålinger.

en detaljeret diskussion af alle disse facetter af fission, og hvordan dataene blev opnået, er ikke mulig her, men nogle få af dem behandles for at give et indblik i dette fagområde og en smag af dets fascination.

Fissionsfragmentmassefordelinger

fordelingen af fragmentmasserne dannet i fission er et af de mest slående træk ved processen. Det er afhængigt af fissionskernens masse og den eksitationsenergi, hvor fissionen opstår. Ved lav eksitationsenergi er fission af sådanne nuklider som uran – 235 eller plutonium-239 asymmetrisk; dvs.fragmenterne dannes i en to-humped Sandsynlighed (eller udbytte) fordeling, der favoriserer en ulige opdeling i masse. Dette er illustreret i figur 4. Som det vil bemærkes, skifter den lette gruppe af fragmentmasser til højere massetal, når fissionskernens masse stiger, mens den tunge gruppes position forbliver næsten stationær. Efterhånden som fissionens eksitationsenergi øges, øges sandsynligheden for en symmetrisk massesplit, mens den for asymmetrisk opdeling falder. Således øges dalen mellem de to toppe i Sandsynlighed (udbytte af dannelse), og ved høje Ophidselser bliver massefordelingen single-humped, med det maksimale udbytte ved symmetri (se figur 5). Radium isotoper viser interessante triple-humped massefordelinger, og nuklider lettere end radium viser en enkelt humped, symmetrisk massefordeling. (Disse nuklider kræver imidlertid en relativt høj aktiveringsenergi for at gennemgå fission.) For meget tunge kerner i regionen fermium-260 bliver masseudbyttekurven symmetrisk (single-humped) selv for spontan fission, og fragmenternes kinetiske energier er usædvanligt høje. En forståelse af disse massefordelinger har været et af de største gåder ved fission, og en komplet teoretisk fortolkning mangler stadig, omend der er gjort store fremskridt (se nedenfor).