裂变的阶段
图3给出了重核裂变事件顺序的图示。该过程各阶段之间的大致时间间隔显示在图的底部。
裂变现象学
当一个重原子核发生裂变时,根据碎片之间中子和质子的分布,可以形成各种不同的碎片对。这就导致概率分布质量和核的负责为了碎片。形成一个特定碎片的概率称为它的裂变产量,用导致它的裂变的百分比来表示。
由于它们的核电荷,分离的碎片经历了一个大的库仑排斥,它们相互反冲,动能由碎片电荷和在分裂时电荷中心之间的距离决定。这些的变化参数导致动能的分布,即使是相同质量的分裂。
反冲碎片的初始速度对于裂变的外层(原子)电子来说太快了原子为了跟上步伐,很多人都被剥夺了。因此,碎片的原子核电荷没有被原子电子完全中和,裂变碎片以高电荷原子的形式飞开。当碎片的核心从变形的形状调整到更稳定的结构时,会发生变形能源(即,使其变形所需的能量)被回收并且转换内部激发成能量,而中子和提示伽马射线(一种高能形式的电磁辐射几乎与裂变事件同时释放)可能从移动的碎片中蒸发掉。快速移动的高带电原子与它所经过的介质的原子发生碰撞动能被转移到电离和加热的介质,因为它减慢和得到休息。裂变碎片在空气中的范围只有几厘米。
在减速过程中,带电原子从介质中获得电子,并在停止时变成中性。在这一系列事件的这一阶段,所产生的原子称为a裂变产物以区别于在分裂时形成的初始裂变碎片。因为一些中子可能已经丢失在过渡从裂变碎片到裂变产物,两者可能不一样质量数.裂变产物仍然不是一个稳定的物种,而是具有放射性的,它最终通过一系列的衰变达到稳定,这可能在一秒到多年的时间尺度上发生变化。的β发射由电子和反中微子组成,通常伴随着伽马射线和x射线。
已经发现,碎片的质量、电荷和动能的分布取决于裂变的种类以及裂变行为发生时的激发能。许多其他方面的裂变已经被观察到,增加了广泛的过程的现象学,并提供了一组有趣的问题来解释。其中包括裂变截面的系统分析(裂变发生概率的测量方法);数量的变化提示中子(见下文)作为裂变种类和特定碎片质量分裂的函数发射;碎片的角度分布相对于粒子束的方向诱导裂变;的系统学自发裂变半衰期;自发裂变异构体的发生(原子核的激发态);发射光粒子(氢-3、氦-3、氦-4等)在一些裂变事件中数量虽少但意义重大;延迟的存在中子裂变产物中的发射器;时间:过程的各个阶段发生的时间尺度;以及裂变中释放的能量在粒子和产生的辐射中的分布。
详细讨论所有这些方面关于裂变和数据是如何获得的在这里是不可能的,但他们中的一些处理提供一些洞察这一点场学习和体验它的魅力。
裂变碎片质量分布
在裂变过程中形成的碎片质量的分布是这个过程最显著的特征之一。它取决于裂变核的质量和裂变发生时的激发能。在低激发能下,铀-235或钚-239等核素的裂变是不对称的;也就是说,碎片以双峰概率(或当量)分布形成,有利于质量的不平等划分。如图4所示。可以注意到,随着裂变核质量的增加,碎片质量的轻组向更高的质量数转移,而重组的位置几乎保持不变静止的.随着裂变激发能量的增加,质量对称分裂的概率增加,而不对称分裂的概率降低。因此,两个峰之间的山谷增加了概率(生成产量),在高激发质量分布变成单驼峰,最大产量在对称(见 ).镭同位素表现出有趣的三重驼峰质量分布,比镭轻的核素表现出单驼峰对称质量分布。(然而,这些核素需要一个相对较高的活化能发生裂变)对于fermium-260区域的非常重的原子核,即使是自发裂变,质量产率曲线也变得对称(单驼峰),并且碎片的动能异常高。对这些质量分布的理解一直是裂变的主要难题之一,而完整的理论解释仍然缺乏,尽管已取得很大进展(见下文).