自然分裂の定義と例

物理学では、自然分裂 放射性崩壊の一種で、不安定な原子核が 2 つのほぼ等しい小さな原子核に分裂し、エネルギーと通常は 1 つまたは複数の中性子を放出します。自然分裂は、原子番号 (Z) が 90 を超える重原子核でのみ発生します。全体的には比較的まれですが、アクチノイド (ウラン、プルトニウム、アメリシウムなど) および重い合成元素 (質量数が 232 を超える) でより一般的です。より軽い原子よりも。これらは、少なくともトリウム 232 と同じ重さの同位体です。

例

自発核分裂反応の例は、カリフォルニウム 252 のキセノン 140 とルテニウム 108 への分裂であり、4 つの中性子も放出します:

₉₈ Cf → ₅₄ ゼー + ₄₄ ル + 4 ₀ n

自然分裂 vs 誘導分裂

他の種類の分裂は誘導分裂です。どちらの種類の核分裂もほぼ同じ結果をもたらしますが、中性子または他の粒子が原子核に衝突すると、誘導核分裂が発生します。対照的に、自発核分裂は量子トンネリングによって発生します。自発核分裂は通常中性子を放出するため、誘導核分裂と連鎖反応を引き起こす可能性があります。自発核分裂は連鎖反応を引き起こす可能性があるため、これは核兵器の設計と安全性の考慮事項であり、最終的にはプルトニウムを使用した銃型設計の放棄につながります.

中性子源が常に明白であるとは限らないため、自発核分裂と誘導核分裂を区別するのは難しい場合があります。たとえば、宇宙線には中性子が含まれることがあります。自発核分裂の発見は、1940 年にソビエトの物理学者ゲオルギー フリオロフとコンスタンティン ペトルザクが地下 60 メートル (200 フィート) のウランの核分裂を調べたときに起こりました。

自然分裂 vs アルファ崩壊とクラスター分裂

アルファ崩壊、クラスター崩壊、および自発核分裂は、すべてのタイプの放射性崩壊である関連プロセスです。しかし、自発核分裂は核をほぼ等しい断片に分割しますが、クラスター崩壊は陽子と中性子の「クラスター」を放出し、アルファ崩壊は 2 つの陽子と 2 つの中性子からなるヘリウム原子核を放出します。アルファ崩壊とクラスター崩壊は別のプロセスと見なされることもありますが、通常はアルファ崩壊が最も一般的なクラスター崩壊のタイプであると考えられています。一方、自発分裂と誘導分裂は、核を 2 つの同等の断片に分割するため、二分裂の一種です。

一部の要素は、複数のプロセスを経て崩壊します。たとえば、ウラン 238 崩壊スキームには、アルファ崩壊と自発核分裂の両方が含まれます。

自然核分裂率

自然分裂は一般的なイベントではなく、その頻度は同位体によって異なります。たとえば、ウラン 238 は約 10 年の半減期でアルファ崩壊を起こしますが、自発核分裂のみによる崩壊の半減期は 10 年程度です。プルトニウム 239 の自然核分裂率は、ウラン 235 の約 300 倍です。キュリウム 250 とカリホルニウム 253 は、容易に自然核分裂を起こします。

フィッション トラック

ウラン 235 とウラン 238 で自発的な核分裂が起こると、鉱物の結晶は核分裂片の衝突による損傷の痕跡を示します。トレイルは、フィッション トラックと呼ばれます。フィッション トラックの研究は、研究者がフィッション トラック年代測定と呼ばれるタイプの放射年代測定を行うのに役立ちます。

参考文献

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• Scharff-Goldhaber, G.; Klaiber, G. S. (1946)。 「ウランからの中性子の自然放出」 Phys.改訂 . 70 (3–4):229. doi:10.1103/PhysRev.70.229.2
• シュルティス、J.ケネス。 Faw、Richard E. (2008)。 原子力科学と工学の基礎 . CRCプレス。 ISBN 978-1-4200-5135-3.