etapy rozszczepienia

fenomenologia rozszczepienia

kiedy ciężkie jądro ulega rozszczepieniu, może powstać wiele par fragmentów, w zależności od rozkładu neutronów i protonów między fragmentami. Prowadzi to do rozkładu prawdopodobieństwa zarówno masy, jak i ładunku jądrowego dla fragmentów. Prawdopodobieństwo powstania konkretnego fragmentu nazywa się jego wydajnością rozszczepienia i jest wyrażone jako procent rozszczepień prowadzących do niego.

oddzielone fragmenty doświadczają dużego odpychania kulomba z powodu ich ładunków jądrowych, a odrzuty od siebie z energiami kinetycznymi określonymi przez ładunki odłamkowe i odległość między centrami ładunku w czasie rozszczepienia. Różnice w tych parametrach prowadzą do rozkładu energii kinetycznych, nawet dla tego samego podziału masy.

początkowe prędkości odwijających się fragmentów są zbyt szybkie, aby zewnętrzne (atomowe) elektrony rozszczepiającego się atomu nadążały za nimi, a wiele z nich jest usuwanych. Tak więc ładunek jądrowy fragmentu nie jest w pełni neutralizowany przez elektrony atomowe, a fragmenty rozszczepienia rozlatują się jako wysoce naładowane Atomy. Gdy jądro fragmentu dostosowuje się od zdeformowanego kształtu do bardziej stabilnej konfiguracji, energia odkształcenia (tj. energia wymagana do odkształcenia) jest odzyskiwana i przekształcana w wewnętrzną energię wzbudzenia, a neutrony i szybkie promienie gamma (energetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego wydzielana prawie w przypadku rozszczepienia) mogą zostać odparowane z poruszającego się fragmentu. Szybko poruszający się, silnie naładowany atom zderza się z atomami medium, przez które się porusza, a jego energia kinetyczna jest przenoszona na jonizację i ogrzewanie medium, gdy spowalnia i odpoczywa. Zakres fragmentów rozszczepienia w powietrzu wynosi zaledwie kilka centymetrów.

podczas procesu spowalniania naładowany atom odbiera elektrony z medium i staje się neutralny, gdy się zatrzymuje. Na tym etapie w sekwencji zdarzeń wytworzony atom nazywany jest produktem rozszczepienia, aby odróżnić go od początkowego fragmentu rozszczepienia powstałego w momencie rozszczepienia. Ponieważ kilka neutronów mogło zostać utraconych podczas przejścia od fragmentu rozszczepienia do produktu rozszczepienia, oba mogą nie mieć tej samej liczby masowej. Produkt rozszczepienia nadal nie jest stabilnym gatunkiem, ale jest radioaktywny, a w końcu osiąga stabilność, przechodząc serię rozpadów beta, które mogą się różnić w skali czasu od ułamków sekundy do wielu lat. Emisja beta składa się z elektronów i antyneutrin, często towarzyszy promieniom gamma i rentgenowskim.

rozkład masy, ładunku i energii kinetycznej fragmentów stwierdzono, że są zależne od gatunków rozszczepiających, a także od energii wzbudzenia, przy której występuje akt rozszczepienia. Wiele innych aspektów rozszczepienia zostało zaobserwowanych, dodając do obszernej fenomenologii tego procesu i dostarczając intrygującego zestawu problemów do interpretacji. Należą do nich Systematyka przekrojów rozszczepienia (miara prawdopodobieństwa wystąpienia rozszczepienia); zmienność liczby szybkich neutronów (patrz poniżej) emitowanych w funkcji rozszczepiających się gatunków i podziału masy poszczególnych fragmentów; rozkład kątowy fragmentów w odniesieniu do kierunku wiązki cząstek indukujących rozszczepienie; Systematyka okresów półtrwania rozszczepienia spontanicznego; występowanie izomerów rozszczepienia spontanicznego (Stany wzbudzone jądra); emisja cząstek światła (Wodór-3, hel-3, Hel-4 itd.) w małych, ale znaczących ilościach w niektórych zdarzeniach rozszczepienia; obecność opóźnionych emiterów neutronów wśród produktów rozszczepienia; skala czasowa, na której zachodzą poszczególne etapy procesu; oraz rozkład uwalniania energii w rozszczepieniu pomiędzy wytworzone cząstki i promieniowanie.

szczegółowe omówienie wszystkich tych aspektów rozszczepienia i sposobu uzyskiwania danych nie jest tutaj możliwe, ale kilka z nich jest traktowanych, aby zapewnić wgląd w tę dziedzinę badań i smak jej fascynacji.

rozkład masy fragmentu rozszczepienia

rozkład masy fragmentu powstałego w rozszczepieniu jest jedną z najbardziej uderzających cech procesu. Jest ona zależna od masy jądra rozszczepialnego i energii wzbudzenia, przy której następuje rozszczepienie. Przy niskiej energii wzbudzenia rozszczepienie takich nuklidów, jak uran-235 lub pluton-239, jest asymetryczne; tzn. fragmenty powstają w rozkładzie prawdopodobieństwa (lub wydajności) o dwóch garbach, sprzyjającym nierównemu podziałowi masy. Jest to zilustrowane na rysunku 4. Jak można zauważyć, lekka Grupa mas fragmentów przesuwa się do wyższych liczb masowych, ponieważ masa jądra rozszczepiającego wzrasta, podczas gdy pozycja grupy ciężkiej pozostaje prawie nieruchoma. Wraz ze wzrostem energii wzbudzenia rozszczepienia wzrasta prawdopodobieństwo symetrycznego podziału masy, podczas gdy dla podziału asymetrycznego maleje. W ten sposób dolina między dwoma pikami zwiększa prawdopodobieństwo (wydajność formowania), a przy dużych wzbudzeniach rozkład masy staje się jednowarstwowy, z maksymalnym wydajnością przy symetrii (patrz rysunek 5). Izotopy Radu wykazują interesujące potrójnie garbowane rozkłady masy, a nuklidy lżejsze od Radu wykazują jednoprzęsłowy, symetryczny rozkład masy. (Te nuklidy wymagają jednak stosunkowo dużej energii aktywacji, aby poddać się rozszczepieniu.) Dla bardzo ciężkich jąder w regionie fermium-260, krzywa wydajności masy staje się symetryczna (jednowarstwowa) nawet dla spontanicznego rozszczepienia, a energie kinetyczne fragmentów są niezwykle wysokie. Zrozumienie tych rozkładów masy było jedną z głównych zagadek rozszczepienia, a kompletnej interpretacji teoretycznej nadal brakuje, chociaż poczyniono znaczne postępy (patrz poniżej).