Rozszczepienie trójskładnikowe

Produkt rozszczepienia daje masowe rozszczepienie neutronów termicznych U-235 , Pu-239 , połączenie dwóch typowych dla obecnych reaktorów jądrowych oraz U-233 stosowanego w cyklu torowym .

Rozszczepienie trójskładnikowe jest stosunkowo rzadkim (0,2 do 0,4% zdarzeń) rodzajem rozszczepienia jądrowego , w którym zamiast dwóch powstają trzy naładowane produkty . Podobnie jak w innych procesach rozszczepienia jądrowego, w rozszczepieniu trójskładnikowym powstają inne nienaładowane cząstki, takie jak wielokrotne neutrony i promienie gamma .

Rozszczepienie trójskładnikowe może nastąpić podczas rozszczepienia wywołanego neutronami lub rozszczepienia spontanicznego (rodzaj rozpadu radioaktywnego). Około 25% więcej rozszczepienia trójskładnikowego zachodzi w rozszczepieniu spontanicznym w porównaniu z tym samym systemem rozszczepienia utworzonym po wychwytywaniu neutronów termicznych, co pokazuje, że procesy te pozostają fizycznie nieco inne, nawet po absorpcji neutronu, prawdopodobnie z powodu dodatkowej energii obecnej w reakcji jądrowej system rozszczepienia indukowanego neutronami termicznymi.

Znane jest również rozszczepienie czwartorzędowe, 1 na 10 milionów rozszczepień (patrz poniżej).

Produkty

Najczęstszym procesem rozszczepienia jądrowego jest „rozszczepienie binarne”. Wytwarza dwa naładowane asymetryczne produkty rozszczepienia z maksymalnie prawdopodobnym naładowanym produktem przy masie atomowej 95 ± 15 i 135 ± 15 u . Jednak w tym konwencjonalnym rozszczepieniu dużych jąder proces podwójny zachodzi tylko dlatego, że jest najbardziej prawdopodobny energetycznie.

W dowolnym miejscu od 2 do 4 rozszczepień na 1000 w reaktorze jądrowym, alternatywny proces rozszczepienia trójskładnikowego wytwarza trzy dodatnio naładowane fragmenty (plus neutrony, które nie są naładowane i nie są liczone w tym rozliczeniu). Najmniejszy z naładowanych produktów może mieć ładunek i masę od tak małego jak pojedynczy proton (Z=1), aż do tak dużego fragmentu jak jądro argonu ( Z=18).

Chociaż cząstki tak duże jak jądra argonu mogą być wytwarzane jako mniejszy (trzeci) naładowany produkt w zwykłym rozszczepieniu trójskładnikowym, najczęstszymi małymi fragmentami z rozszczepienia trójskładnikowego są jądra helu-4, które stanowią około 90% produktów małych fragmentów. Ta wysoka częstość jest związana ze stabilnością (wysoka energia wiązania) cząstki alfa , co zapewnia więcej energii dostępnej dla reakcji. Drugimi najczęściej występującymi cząstkami wytwarzanymi w rozszczepieniu trójskładnikowym są trytony (jądra trytu ) , które stanowią 7% wszystkich małych fragmentów, a trzecim co do wielkości jest hel-6 jądra (które rozpadają się w około 0,8 sekundy do litu-6). Protony i większe jądra znajdują się w małej frakcji (<2%), która składa się na pozostałą część małych naładowanych produktów. Dwie większe naładowane cząstki z rozszczepienia trójskładnikowego, zwłaszcza gdy powstają cząsteczki alfa, mają dość podobny rozkład wielkości do cząstek wytwarzanych w rozszczepieniu podwójnym.

Energie produktów

Energia trzeciego znacznie mniejszego produktu zwykle waha się między 10 a 20 MeV. Zgodnie z ich pochodzeniem, cząstki alfa powstające w wyniku rozszczepienia trójskładnikowego mają typowo średnią energię około ~ 16 MeV (tak wielkiej energii nigdy nie obserwuje się w rozpadzie alfa). Ponieważ zazwyczaj mają one znacznie więcej energii niż cząstki alfa ~ 5 MeV z rozpadu alfa , są one odpowiednio nazywane „alfa dalekiego zasięgu” (odnosząc się do ich większego zasięgu w powietrzu lub innych ośrodkach).

Pozostałe dwa większe fragmenty przenoszą w swoich energiach kinetycznych pozostałą część energii kinetycznej rozszczepienia (zwykle w sumie ~ 170 MeV w przypadku rozszczepienia pierwiastków ciężkich), która nie pojawia się jako energia kinetyczna 10 do 20 MeV przenoszona przez trzeci mniejszy produkt . Tak więc większe fragmenty w rozszczepieniu trójskładnikowym mają mniej energii, typowo o 5 do 10 MeV, niż w przypadku rozszczepienia binarnego.

Znaczenie

Chociaż proces rozszczepienia trójskładnikowego jest mniej powszechny niż proces podwójny, nadal powoduje znaczne gromadzenie się helu-4 i trytu w prętach paliwowych nowoczesnych reaktorów jądrowych. Zjawisko to zostało po raz pierwszy wykryte w 1957 roku w okolicach Savannah River National Laboratory .

Prawdziwe rozszczepienie trójskładnikowe

Bardzo rzadki typ procesu rozszczepienia trójskładnikowego jest czasami nazywany „prawdziwym rozszczepieniem trójskładnikowym”. Wytwarza trzy prawie równej wielkości naładowane fragmenty (Z ~ 30), ale zdarza się to tylko w około 1 na 100 milionów przypadków rozszczepienia. W tego typu rozszczepieniu jądra produktów dzielą energię rozszczepienia na trzy prawie równe części i mają energię kinetyczną ~ 60 MeV. ¹⁷⁰ Yb wykryto eksperymentalnie „prawdziwe rozszczepienie trójskładnikowe” .

Rozszczepienie czwartorzędowe

Innym rzadkim procesem rozszczepienia, występującym w około 1 na 10 milionów rozszczepień, jest rozszczepienie czwartorzędowe. Jest to analogiczne do rozszczepienia trójskładnikowego, z tą różnicą, że cztery naładowane produkty. Zazwyczaj dwie z nich to lekkie cząstki, przy czym najczęstszym trybem rozszczepienia czwartorzędowego są najwyraźniej dwie duże cząstki i dwie cząstki alfa (zamiast jednej alfa, najpowszechniejszego trybu rozszczepienia trójskładnikowego).