Spontán maghasadás

A spontán maghasadás vagy spontán hasadás a nagyon nehéz izotópok egyik radioaktív bomlási formája. Elméletileg bármely olyan elem atommagjánál felléphet, amelynek tömegszáma eléri a 100-at, azaz a periódusos rendszerben a ruténium környékén található. A gyakorlatban azonban a spontán maghasadás energetikailag csak 230-as tömegszám felett valósul meg (a tórium környéki elemektől kezdve). A spontán maghasadásra leghajlamosabb elemek a nagy rendszámú aktinoidák, mint a mendelévium vagy laurencium, valamint a transzaktinoidák, például a raderfordium.

Spontán maghasadás az urán és a tórium esetén is bekövetkezik, de csak a radioaktív bomlások nagyon kis részében, és ezért általában elhanyagolható. A spontán maghasadás létrejöttének matematikai feltétele közelítőleg:

${\displaystyle {\hbox{Z}}^{2}/{\hbox{A}}\geq 45.}$^[forrás?]

ahol Z a rendszám és A a tömegszám.

Mint ahogy a név is jelzi, a spontán maghasadás eredménye ugyanaz, mint az indukált maghasadásé. A különbség az, hogy a spontán maghasadás – a radioaktivitás más formáihoz hasonlóan – a kvantummechanikai alagúteffektus révén következik be, anélkül, hogy az atommag neutronnal vagy más részecskével ütközne, mint ahogy az az indukált bomlásnál történik. Mint minden maghasadásnál, a spontán maghasadásnál is neutronok keletkeznek, ezért ha kritikus tömegű anyag van jelen, akkor a spontán maghasadás láncreakciót indíthat el. Azok a radioizotópok, amelyeknél a spontán maghasadás aránya nem elhanyagolható, neutronforrásként is használhatók; erre a célra gyakran alkalmazzák a kalifornium-252-t (felezési ideje 2,645 év, a spontán maghasadás aránya 3,09%). A neutronsugárzás felhasználható repülőtéri csomagellenőrzésnél rejtett robbanóanyagok kimutatására, az építő- és útépítőiparban a talaj nedvességtartalmának mérésére, silókban tárolt anyagok nedvességtartalmának meghatározására és más egyéb célokra.

Feltételezve, hogy a hasadások során a spontán maghasadásra képes atommagok száma csak elhanyagolható mértékben csökken, Poisson-folyamatról van szó: nagyon rövid időtartamokat tekintve a spontán maghasadás valószínűsége arányos az időtartam hosszával.

Az urán-238 spontán hasadása során keletkező hasadási termékek lefékeződésük közben roncsolják az urántartalmú ásványok kristályszerkezetét. Ezek a hasadási nyomok felhasználhatók radiometrikus kormeghatározásra.

Spontán maghasadások aránya

Spontán maghasadások aránya:^[1]

Nuklid	Felezési idő	Hasadási valószínűség bomlásonként	Hasadásonkénti neutronok	Neutron per g anyag
235U	7,04·108 év	7,0·10−11	1,86	1,0·10−5
238U	4,47·109 év	5,4·10−7	2,07	0,0136
239Pu	2,41·104év	4,4·10−12	2,16	2,2·10−2
240Pu	6569 év	5,0·10−8	2,21	920
252Cf	2,638 év	3,09·10−2	3,73	2,3·1012

A gyakorlatban a ²³⁹Pu mindig tartalmaz bizonyos mennyiségű ²⁴⁰Pu-et, mivel előállítása során a ²³⁹Pu hajlamos egy további neutront elnyelni. A ²⁴⁰Pu nagy spontán maghasadási gyakorisága miatt nem kívánt szennyezőnek minősül. A fegyver minőségű plutónium ²⁴⁰Pu-tartalma nem haladja meg a 7,0%-ot.

A ritkán használt ágyú típusú atombombánál van egy körülbelül egy ezredmásodperces kritikus időtartam, amíg a kritikus tömeg létrejön, ezalatt maghasadásnak csak kis valószínűséggel szabad bekövetkeznie. Emiatt az ilyen típusú bombához csak ²³⁵U használható. Csaknem minden más atombombában valamilyen implóziós módszert használnak.

Sokkal gyorsabban végbemehet spontán maghasadás, ha az atommag szuperdeformált állapotba kerül.

Felfedezése

Az elsőként felfedezett maghasadási folyamat a neutronok hatására bekövetkező hasadás volt. Mivel a kozmikus sugárzás is kelt neutronokat, nehéz volt különbséget tenni az indukált és a spontán maghasadások között. A kozmikus sugárzás jól leárnyékolható nagy rétegvastagságú kőzettel vagy vízzel. A spontán maghasadást 1940-ben Georgij Nyikolajevics Fljorov és Konsztantyin Antonovics Petrzsak szovjet fizikusok azonosították.^[2][3] A moszkvai metró Dinamo állomásán, 60 méterrel a földfelszín alatt vizsgáltak uránt.^[4]

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Spontaneous fission című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Hivatkozások

1. Shultis, J. Kenneth, Richard E. Faw. Fundamentals of Nuclear Science and Engineering. Marcel Dekker, Inc., 137 (table 6.2). o. (2002. november 4.). ISBN 0-8247-0834-2
2. G. Scharff-Goldhaber and G. S. Klaiber (1946). „Spontaneous Emission of Neutrons from Uranium”. Phys. Rev. 70 (3-4), 229–229. o. DOI:10.1103/PhysRev.70.229.2. (Hozzáférés: 2009. április 21.)
3. Igor Sutyagin: The role of nuclear weapons and its possible future missions
4. K. Petrzhak: Hogyan fedezték fel a spontán hasadást (oroszul)

Külső hivatkozások

• The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on spontaneous fission decay, in Java or HTML

• Kémiaportál
• Fizikaportál