自发裂变
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自发裂变(英语:spontaneous fission)是一种放射性衰变,只发生于高原子序的化学元素。由于元素的核结合能在原子量约为58个原子质量单位(u)时最高,因此更高质量的原子核可能会自发性地分裂为数个较小的原子核,以及一些单独的核子。
理论上质量数(A)大于等于93的β衰变稳定同量素(英语:beta-decay stable isobars)都可以发生自发裂变(包括α衰变) ,因此理论上能够自发裂变的最轻天然核素为铌-93(93
41Nb
)和钼-94(94
42Mo
)。然而在自然界的铌和钼同位素中却都没有观测到自发裂变的迹象。
目前只有在质量数232以上的核素中才实际观测到自发裂变现象的发生。其中最轻的核素为钍-232(232
90Th
),其半衰期大于宇宙的年龄。钍-232是具有发生自发裂变的证据的最轻原始核素(英语:Primordial nuclide)。钍-232、铀-235(235
92U
)及铀-238(238
92U
)虽然有极低机率发生自发裂变,但绝大多数时间都进行α衰变。因此这些核素的自发裂变几乎可以忽略,只在使用衰变分支比计算元素的放射性时用到。铀-238和铀-235自发衰变时,衰变碎片会在含铀矿物晶体结构中留下破坏的痕迹。这些痕迹称为“裂变径迹”,是放射性定年法中裂变径迹定年法的基础。
锔-250(250
96Cm
)是已知最轻的以自发裂变为主要衰变模式的核素。至于最容易进行自发裂变的元素主要为原子序数为100以上的人造锕系元素及锕系后元素,例如钔、铹、𬬻等。
要计算一种原子核是否能自发裂变,并其发生时长足够短以允许现行方法进行观测,能用以下公式约算:
顾名思义,自发裂变产物与人工核裂变所产生的相同。但是正如其他形式的核衰变,自发裂变是由于量子隧穿效应,而不像人工核裂变需要以中子或其他粒子撞击来诱发。自发裂变和诱发裂变一样产生中子,因此如果达到了临界质量,自发裂变能够初始自我维持的连锁反应。另外,明显发生自发裂变的放射性核素能作为中子源。例如鉲-252(半衰期2.645年,自发裂变分支比约为3.1%)便有此应用。所产生的中子能用以检查航空行李中是否藏有爆炸品,或测量高速公路及建筑物土质的湿度。
如果自发裂变所减少的原子核数量是可忽略的,那该过程能准确地模拟为泊松分布。在这种情况下,短时段内发生自发裂变的概率与时长大约成正比。