핵분열의 단계

핵분열의 현상학

무거운 핵이 핵분열을 겪을 때,단편 사이의 중성자와 양성자의 분포에 따라 다양한 단편 쌍이 형성 될 수있다. 이것은 조각에 대한 질량 및 핵 전하의 확률 분포로 이어진다. 특정 단편의 형성 확률은 핵분열 수율이라고하며 핵분열의 백분율로 표시됩니다.

분리된 파편들은 핵 전하로 인해 커다란 쿨롱 반발을 경험하고,조각 전하와 절단 당시의 전하 중심 사이의 거리에 의해 결정된 운동 에너지로 서로 반동한다. 이러한 매개 변수의 변화는 동일한 질량 분할에 대해서도 운동 에너지 분포를 초래합니다.

반동 파편의 초기 속도는 핵분열 원자의 외부(원자)전자가 속도를 유지하기에는 너무 빠르며,그 중 많은 부분이 제거된다. 따라서,단편의 핵 전하가 원자 전자에 의해 완전히 중화되지 않으며,핵분열 단편은 고도로 대전 된 원자로 떨어져 날아간다. 조각의 핵이 변형 된 모양에서보다 안정적인 구성으로 조정됨에 따라 변형 에너지(즉,변형하는 데 필요한 에너지)가 회수되어 내부 여기 에너지로 변환되고 중성자와 프롬프트 감마선(핵분열 사건과 거의 일치하는 전자기 방사선의 에너지 형태)이 움직이는 조각에서 증발 될 수 있습니다. 빠르게 움직이는 고도로 대전 된 원자는 그것이 움직이는 매체의 원자와 충돌하고,그 운동 에너지는 속도가 느려지고 휴식함에 따라 매체의 이온화 및 가열로 전달됩니다. 공기 중 핵분열 파편의 범위는 단지 몇 센티미터에 불과합니다.

감속 과정 동안,하전 된 원자는 매체에서 전자를 집어 들고 그것이 멈출 때까지는 중성이된다. 이 단계에서 일련의 사건에서 생성 된 원자를 핵분열 생성물 절단시 형성된 초기 핵분열 단편과 구별하기 위해. 핵분열 단편에서 핵분열 생성물로의 전환에서 몇 개의 중성자가 손실되었을 수 있기 때문에 두 개의 중성자는 동일한 질량 수를 갖지 않을 수 있습니다. 핵분열 생성물은 여전히 안정한 종은 아니지만 방사성 물질이며,마침내 베타 붕괴의 시리즈를 겪음으로써 안정성에 도달하며,이는 1 초에서 몇 년 사이의 시간 척도에 따라 달라질 수 있습니다. 베타 방출은 전자와 항 뉴트리노로 구성되며 종종 감마선과 엑스레이가 동반됩니다.

단편의 질량,전하 및 운동 에너지의 분포는 핵분열 작용이 발생하는 여기 에너지뿐만 아니라 핵분열 종에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 핵분열의 많은 다른 측면은 프로세스의 광범위한 현상학에 추가하고 해석에 대한 문제의 흥미로운 세트를 제공,관찰되었다. 여기에는 핵분열 단면의 계통 학(핵분열이 발생할 확률의 척도)이 포함됩니다.; 핵분열 종과 특정 단편 질량 분할의 함수로 방출되는 신속한 중성자 수(아래 참조)의 변화;핵분열을 유도하는 입자 빔의 방향에 대한 단편의 각도 분포;자발적인 핵분열 반감기의 체계학;자발적인 핵분열 이성질체(핵의 여기 상태)의 발생;가벼운 입자(수소 -3,헬륨 -3,헬륨 -4 등)의 방출.)일부 핵분열 사건에서 작지만 중요한 숫자;핵분열 생성물 중 지연된 중성자 방출기의 존재; 과정의 각종 단계가 일어나는 시간 가늠자;그리고 생성한 입자 및 방사선사이에 핵분열에 있는 에너지 방출의 배급.

핵분열의 이러한 모든 측면과 그 데이터가 어떻게 획득되었는지에 대한 상세한 논의는 여기서 가능하지 않지만,그 중 일부는 이러한 연구 분야에 대한 통찰력과 그 매력의 맛을 제공하기 위해 다루어진다.

핵분열 단편질량 분포

핵분열로 형성된 단편질량의 분포는 이 과정에서 가장 두드러진 특징 중 하나이다. 그것은 핵분열의 질량과 핵분열이 일어나는 여기 에너지에 의존한다. 낮은 여기 에너지에서 우라늄-235 또는 플루토늄-239 와 같은 핵종의 핵분열은 비대칭이다;즉,조각은 질량의 불평등 한 분열을 선호하는 두 개의 혹 확률(또는 수율)분포로 형성됩니다. 이것은 그림 4 에 나와 있습니다. 언급 될 바와 같이,분열 핵의 질량이 증가함에 따라 조각 질량의 가벼운 그룹은 더 높은 질량으로 이동하는 반면,무거운 그룹의 위치는 거의 고정되어 있습니다. 핵분열의 여기 에너지가 증가함에 따라 대칭 질량 분할에 대한 확률은 증가하는 반면 비대칭 분할에 대한 확률은 감소합니다. 따라서 두 봉우리 사이의 계곡은 확률(형성 수율)이 증가하고 높은 여기에서는 질량 분포가 단일 혹이되며 대칭에서 최대 수율이 발생합니다(그림 5 참조). 라듐 동위 원소는 흥미로운 삼중 혹 질량 분포를 보여 주며,라듐보다 가벼운 핵종은 단일 혹 대칭 질량 분포를 보여줍니다. (그러나 이러한 핵종은 핵분열을 받기 위해 상대적으로 높은 활성화 에너지가 필요합니다.)페르뮴-260 의 영역에서 매우 무거운 핵의 경우,질량 수율 곡선은 자발적인 핵분열에도 대칭(단일 혹)이되고 단편의 운동 에너지는 비정상적으로 높습니다. 이러한 질량 분포에 대한 이해는 핵분열의 주요 수수께끼 중 하나였으며 완전한 이론적 해석은 여전히 부족하지만 많은 진전이 이루어졌습니다(아래 참조).