自發裂變
自發裂變（英语：Spontaneous fission）是一種放射性衰變，只發生於原子量高的化學元素。由於元素的核結合能在原子量約為58個原子質量單位（u）時最高，因此更高質量的原子核會自發性分解為較小的數個原子核，以及一些單獨的核子。
由於裂變形成的產物原子核有限制，所以在一些原子量大於92原子質量單位（a.m.u）的原子核也理論上能夠進行自發裂變，而其自發裂變的概率隨著原子量的上升而增加。
理論上能夠自發裂變的最輕自然核素為鈮-93和鉬-94（原子序分別為41和42）。在自然產生的鈮和鉬同位素中卻沒有觀察到自發裂變。它們一般是穩定同位素。
時長允許觀察的自發裂變只發生在原子量為232 a.m.u.或以上的原子核。其中最輕的同位素為釷-232，其半衰期大於宇宙的年齡。釷-232是仍存有進行自發裂變的證據的最輕原始核素。
已知元素中，最容易進行自發裂變的是高原子序的錒系元素中擁有奇數原子序的鍆和鐒，以及一些錒系後元素，如鑪.
自然存在的鉈、鈾-235及鈾-238雖然少有地發生自發裂變，但絕大多數時間進行α衰變或β衰變。因此這些同位素的自發裂變幾乎可以忽略，只在使用衰變分支比計算元素的放射性時用到。
要計算一種原子核是否能自發裂變，並其發生時長足夠短以允許現行方法進行觀測，能用以下公式約算：
Z2/A≥47.{displaystyle {hbox{Z}}^{2}/{hbox{A}}geq 47.}[1]
其中Z為原子序而A為原子量。
顧名思義，自發裂變產物與核裂變所產生的相同。但是正如其他形式的核衰變，自發裂變是由於量子隧穿效應，而不像核裂變般需中子或其他粒子進行撞擊。自發裂變和核裂變一樣產生中子，因此如果達到了臨界質量，自發裂變能夠初始自我維持的連鎖反應。另外，明顯發生自發裂變的放射性同位素能作為中子源。例如鉲-252（半衰期2.645年，自發裂變分支比約為3.1%）便有此應用。所產生的中子能用以檢查航空行李中是否藏有爆炸品，或測量高速公路及建築物土質的溼度。
如果自發裂變所減少的原子核數量是可忽略的，那該過程能準確地模擬為泊松分佈。在這種情況下，短時段內發生自發裂變的概率與時長大約成正比。
鈾-238和鈾-235自發衰變時，衰變碎片會在含鈾礦物晶體結構中留下破壞的痕跡。這些痕跡稱為「裂變徑跡」，是放射性定年法中裂變徑跡定年法的基礎。
目录
1 自發裂變率
2 歷史
3 參考資料
4 外部連結
自發裂變率
自發裂變率：[2]
| 核素 | 半衰期 | 每次衰變的裂變概率 | 每次衰變的中子產數 | 每克每秒的中子產數 |
|---|---|---|---|---|
235U | 7.04x108年 | 7.0x10−11 | 1.86 | 1.0x10−5 |
238U | 4.47x109年 | 5.4x10−7 | 2.07 | 0.0136 |
239Pu | 2.41x104年 | 4.4x10−12 | 2.16 | 2.2x10−2 |
240Pu | 6569年 | 5.0x10−8 | 2.21 | 920 |
250Cm | 8300年 | 0.80 | ? | ? |
252Cf | 2.638年 | 3.09x10−2 | 3.73 | 2.3x1012 |
事實上239Pu無可避免地會含有一定量的240Pu，因為239Pu在製造時會吸收一顆額外的中子。因為240Pu有高自發裂變率，因此它是必須移除的污染物。武器級的鈽樣本中有不超過7.0%的240Pu。
甚少使用的槍型核彈的臨界接入時間大約為1毫秒，而在這段時間內發生自發裂變的機會需要很小，所以只能使用235U。幾乎所有核彈都用內爆法。
自發裂變在原子核進行超形變時會發生得更快。
歷史
最先發現的裂變反應是由中子引發的裂變。由於宇宙射線能製造中子，所以很難區分由中子引致的裂變和自發裂變事件。用厚厚的一層岩石或水可以有效地遮蔽宇宙射線。自發裂變在1940年由蘇聯物理學家格奧爾基·弗廖羅夫和Konstantin Petrzhak[3][4]在觀察莫斯科地鐵Dinamo站中位於地下60米的鈾時發現。[5]
參考資料
^ Krane, Kenneth S. Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons. 1988: 483–484 (Equation 13.3). ISBN 978-0-471-80553-3.
^ Shultis, J. Kenneth; Richard E. Faw. Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. Marcel Dekker, Inc. 2002: 137 (table 6.2). ISBN 0-8247-0834-2. 引文使用过时参数coauthors (帮助)
^ G. Scharff-Goldhaber and G. S. Klaiber. Spontaneous Emission of Neutrons from Uranium. Phys. Rev. 1946, 70 (3–4): 229–229. Bibcode:1946PhRv...70..229S. doi:10.1103/PhysRev.70.229.2.
^ Igor Sutyagin: The role of nuclear weapons and its possible future missions
^ K. Petrzhak: How the spontaneous fission was discovered (in Russian)
外部連結
The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on spontaneous fission decay
The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on spontaneous fission decay
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