de fenomenologie van kernsplijting
wanneer een zware kern splijt, kunnen verschillende fragmentparen worden gevormd, afhankelijk van de verdeling van neutronen en protonen tussen de fragmenten. Dit leidt tot kansverdeling van zowel massa als nucleaire lading voor de fragmenten. De kans op vorming van een bepaald fragment wordt zijn splijtingsopbrengst genoemd en wordt uitgedrukt als het percentage fissions die tot het leiden.
de afgescheiden fragmenten ervaren een grote Coulomb-afstoting als gevolg van hun nucleaire ladingen, en ze trekken zich van elkaar terug met kinetische energieën die worden bepaald door de fragmentladingen en de afstand tussen de ladingscentra op het moment van de splitsing. Variaties in deze parameters leiden tot een verdeling van kinetische energieën, zelfs bij dezelfde massasplit.
de beginsnelheden van de terugslagfragmenten zijn te snel voor de buitenste (atomaire) elektronen van het splijtatoom om gelijke tred te houden, en veel van hen worden verwijderd. Aldus, wordt de nucleaire lading van het fragment niet volledig geneutraliseerd door de atomaire elektronen, en vliegen de fragmenten van de splitsing uit elkaar als hoogst geladen atomen. Wanneer de kern van het fragment zich aanpast van zijn vervormde vorm naar een stabielere configuratie, wordt de vervormingsenergie (d.w.z. de energie die nodig is om het te vervormen) teruggewonnen en omgezet in interne excitatie-energie, en kunnen neutronen en prompt gammastralen (een energetische vorm van elektromagnetische straling die bijna samenvalt met de splijtingsgebeurtenis) uit het bewegende fragment worden verdampt. Het snel bewegende, sterk geladen atoom botst met de atomen van het medium waardoor het beweegt, en zijn kinetische energie wordt overgebracht naar ionisatie en verwarming van het medium als het vertraagt en tot rust komt. Het bereik van splijtingsfragmenten in de lucht is slechts een paar centimeter.
tijdens het vertragingsproces neemt het geladen atoom elektronen op van het medium en wordt het neutraal tegen de tijd dat het stopt. In dit stadium van de opeenvolging van gebeurtenissen wordt het geproduceerde atoom een splijtingsproduct genoemd om het te onderscheiden van het aanvankelijke splijtingsfragment dat bij splitsing wordt gevormd. Aangezien bij de overgang van een splijtingsfragment naar een splijtingsproduct enkele neutronen verloren zijn gegaan, is het mogelijk dat deze twee niet hetzelfde massagetal hebben. Het splijtingsproduct is nog steeds geen stabiele soort, maar radioactief, en het bereikt uiteindelijk stabiliteit door het ondergaan van een reeks beta-verval, die kan variëren over een tijdschaal van fracties van een seconde tot vele jaren. De BÃ ta-emissie bestaat uit elektronen en antineutrinos, vaak vergezeld van gammastralen en röntgenstralen.
de verdeling in massa, lading en kinetische energie van de fragmenten blijkt afhankelijk te zijn van de splijtingssoort en van de excitatie-energie waarbij de splijting plaatsvindt. Vele andere aspecten van kernsplijting zijn waargenomen, die de uitgebreide fenomenologie van het proces aanvullen en een intrigerende reeks interpretatieproblemen opleveren. Deze omvatten de systematiek van kernsplijtingsdoorsneden (een maat voor de waarschijnlijkheid dat kernsplijting plaatsvindt).; de variatie van het aantal prompt-neutronen (zie hieronder) dat wordt uitgestraald als functie van de splijtende soort en de specifieke fragment-massasplit; de hoekverdeling van de fragmenten ten opzichte van de richting van de bundel deeltjes die splijting induceert; de systematiek van spontane splijtingshalfwaardetijden; het optreden van spontane splijtingsisomeren (opgewekte toestand van de kern); de emissie van lichtdeeltjes (waterstof-3, helium-3, helium-4, enz.) in kleine maar significante aantallen bij sommige splijtingsgebeurtenissen; de aanwezigheid van vertraagde neutronenstralers onder de splijtingsprodukten; de tijdschaal waarop de verschillende fasen van het proces plaatsvinden; en de verdeling van de energie die vrijkomt bij de splijting over de geproduceerde deeltjes en straling.
een gedetailleerde bespreking van al deze facetten van kernsplijting en de wijze waarop de gegevens werden verkregen is hier niet mogelijk, maar enkele ervan worden behandeld om enig inzicht in dit studiegebied en een voorproefje van de fascinatie ervan te geven.
verdeling van de massa van de splijtingsfragmenten
de verdeling van de massa ‘ s van de fragmenten die bij splijting worden gevormd, is een van de meest opvallende kenmerken van het proces. Het is afhankelijk van de massa van de splijtingskern en de excitatie-energie waarbij de splitsing plaatsvindt. Bij lage excitatie-energie is de splitsing van nucliden als uranium-235 of plutonium-239 asymmetrisch; d.w.z., de fragmenten worden gevormd in een twee-humped waarschijnlijkheid (of opbrengst) verdeling ten gunste van een ongelijke verdeling in massa. Dit wordt geïllustreerd in Figuur 4. Zoals zal worden opgemerkt, verschuift de lichte groep van fragmentmassa ‘ s naar hogere massaaantallen naarmate de massa van de splijtingskern toeneemt, terwijl de positie van de zware groep bijna stationair blijft. Naarmate de excitatie-energie van de kernsplijting toeneemt, neemt de kans op een symmetrische massasplit toe, terwijl die voor asymmetrische deling afneemt. Zo neemt het dal tussen de twee pieken toe in waarschijnlijkheid (opbrengst van vorming), en bij hoge excitaties wordt de massaverdeling met één bult, met de maximale opbrengst bij symmetrie (zie Figuur 5). Radiumisotopen vertonen interessante massadistributies met drie bulten, en nucliden lichter dan radium vertonen een symmetrische massadistributie met één bult. (Deze nucliden hebben echter een relatief hoge activeringsenergie nodig om splijting te ondergaan.) Voor zeer zware kernen in het gebied van fermium-260 wordt de massa-opbrengstkromme symmetrisch (single-humped), zelfs voor spontane splijting, en de kinetische energieën van de fragmenten zijn ongewoon hoog. Een begrip van deze massadistributies is een van de belangrijkste puzzels van kernsplijting geweest, en een volledige theoretische interpretatie ontbreekt nog steeds, hoewel er veel vooruitgang is geboekt (zie hieronder).
