自發裂變
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自發裂變(英語:spontaneous fission)是一種放射性衰變,只發生於高原子序的化學元素。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可能會自發性地裂變為數個較小的原子核,以及一些單獨的核子。
理論上質量數(A)大於等於93的β衰變穩定同量素(英語:beta-decay stable isobars)都可以發生自發裂變(包括α衰變) ,因此理論上能夠自發裂變的最輕天然核種為鈮-93(93
41Nb
)和鉬-94(94
42Mo
)。然而在自然界的鈮和鉬同位素中卻都沒有觀測到自發裂變的跡象。
目前只有在質量數232以上的核種中才實際觀測到自發裂變現象的發生。其中最輕的核種為釷-232(232
90Th
),其半衰期大於宇宙的年齡。釷-232是具有發生自發裂變的證據的最輕原始核種(英語:Primordial nuclide)。釷-232、鈾-235(235
92U
)及鈾-238(238
92U
)雖然有極低機率發生自發裂變,但絕大多數時間都進行α衰變。因此這些核種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。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。
鋦-250(250
96Cm
)是已知最輕的以自發裂變為主要衰變模式的核種。至於最容易進行自發裂變的元素主要為原子序數為100以上的人造錒系元素及錒系後元素,例如鍆、鐒、鑪等。
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:
顧名思義,自發裂變產物與人工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穿隧效應,而不像人工核裂變需要以中子或其他粒子撞擊來誘發。自發裂變和誘發裂變一樣產生中子,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核種能作為中子源。例如鐦-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濕度。
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卜瓦松分佈。在這種情況下,短時段內發生自發裂變的機率與時長大約成正比。