Спонтанное деление. Процесс деления – единственный спонтанный источник быстрых тяжелых заряженных частиц с массой большей массы альфа частицы

Процесс деления – единственный спонтанный источник быстрых тяжелых заряженных частиц с массой большей массы альфа частицы. Поэтому осколки деления широко используются для калибровки и тестирования детекторов общего применения, используемых при измерениях тяжелых ионов.

Все тяжелые частицы, в принципе, нестабильны перед спонтанным делением на два более легких осколка. Хотя за исключением, однако, чрезвычайно тяжелых ядер, для которых процесс запрещен из-за высокого потенциального барьера, который должен быть преодолен при искажении формы ядра, почти сферической изначально. Поэтому спонтанное деление не является значимым процессом, кроме тех случаев, когда они протекают для некоторых трансурановых изотопов с очень большим массовым числом. Наиболее широко используемый изотоп это ²⁵²Cf, который подвергается спонтанному делению, с периодом полураспада (если произошел единственный процесс распада) 85 лет. Тем не менее, большинство трансурановых элементов испытывают альфа распад, а для ²⁵²Cf вероятность излучения альфа частиц значительно выше, чем вероятность спонтанного деления. Поэтому, фактический период полураспада для этого изотопа 2.65 лет, образец ²⁵²Cf массой 1 мкг испустит 1.92 *10⁷ альфа частиц и подвергнется 6.14*10¹⁵ спонтанным делениям в секунду.

Рис. 1.4 а Распределение масс осколков спонтанного деления ²⁵²Cf.. Также показано соответствующее распределение при делении ²³⁵U, деление спровоцировано тепловыми нейтронами.

Результат каждого деления - два осколка деления, которые благодаря сохранению момента количества движения, разлетаются в противоположные стороны. Т.к нормальная форма источника спонтанного деления это тонкий осадок на плоской основе, то только один осколок от каждого деления может покинуть поверхность, тогда как остальные поглотятся основой. Как будет описано далее в этой главе, каждое спонтанное деление ²⁵²Cf также освобождает некоторое количество быстрых нейтронов.

Рис. 1.4б Распределение кинетической энергии осколков спонтанного деления ²⁵²Cf. Левый пик соответствует тяжелым осколкам, правый – легким.

Осколки деления, это среднетяжелые положительные ионы с распределением масс, которое изображено на рис. 1.4 а. Деление преимущественно ассиметрично, поэтому осколки сгруппированы в «легкую группу» и «тяжелую группу», со средними массовыми числами 108 и 143. На начальной стадии осколки возникают в виде положительных ионов, общий заряд которых примерно равен атомному номеру осколка. Осколки замедляются благодаря взаимодействию с веществом, через которое они проходят, добавочные электроны захватываются ионами, что понижает их эффективный заряд. Энергия перераспределяется между осколками, средняя энергия осколка примерно 185 МэВ. Распределение этой энергии также ассиметрично, легкие осколки получают большую долю. Диаграмма распределения их первоначальных энергий изображена на рис. 1.4б. Из-за того, что они быстро теряют энергию в твердых веществах, учитывается самопоглощение и потеря энергии осколков (исключая источники, изготовленные в очень тонких слоях). Ухудшение энергетического спектра осколка деления, наблюдаемого для более тонких слоев (в случае индуцированного нейтронами деления ²³⁵U) изображено на рис. 14.7.