Откол — это процесс, при котором фрагменты материала ( откол ) выбрасываются из тела в результате удара или напряжения. В контексте механики удара он описывает выброс материала из мишени во время удара снаряда . В планетарной физике расщепление описывает метеоритные удары о поверхность планеты и воздействие звездных ветров и космических лучей на планетарные атмосферы и поверхности . В контексте горного дела или геологии откол может относиться к отколам кусков породы от поверхности скалы из-за внутренних напряжений в породе; это обычно происходит на стенках шахтных стволов . В контексте антропологии расщепление – это процесс, используемый для изготовления каменных инструментов, таких как наконечники стрел , путем раскалывания . В ядерной физике расщепление — это процесс, при котором тяжелое ядро испускает множество нуклонов в результате удара частицей высокой энергии , что значительно уменьшает его атомный вес . В промышленных процессах и биопереработке потеря материала трубок из-за многократного изгиба трубок внутри перистальтического насоса называется отколом.
Откол может произойти, когда волна растягивающего напряжения распространяется через материал, и его можно наблюдать при испытаниях на удар плоской пластины. Это вызвано внутренней кавитацией из-за напряжений, возникающих в результате взаимодействия волн напряжений, превышающих локальную прочность материалов на растяжение. На свободном конце пластины образуется фрагмент или несколько фрагментов. Этот фрагмент, известный как « откол », действует как вторичный снаряд со скоростью, которая может достигать одной трети скорости волны напряжения на материале. Этот тип отказа обычно является следствием заряда фугасной головки ( HESH ).
Лазерно-индуцированное расщепление — это недавний экспериментальный метод, разработанный для понимания адгезии тонких пленок с подложкой . Импульсный лазер высокой энергии (обычно Nd:YAG ) используется для создания импульса сжимающего напряжения в подложке , при котором он распространяется и отражается в виде волны растяжения на свободной границе. Этот растягивающий импульс отслаивает/отслаивает тонкую пленку при распространении к подложке. Используя теорию распространения волн в твердых телах, можно определить прочность границы раздела. Импульс напряжения, создаваемый в этом примере, обычно имеет продолжительность от 3 до 8 наносекунд , а его величина варьируется в зависимости от плотности энергии лазера . Благодаря бесконтактному приложению нагрузки этот метод очень хорошо подходит для отслаивания ультратонких пленок (толщиной 1 микрометр или меньше). Также возможно преобразовать продольную волну напряжения в напряжение сдвига с помощью призмы формирования импульса и добиться скалывания при сдвиге.
Расщепление ядер в результате воздействия космических лучей естественным образом происходит в атмосфере Земли и на поверхностях космических тел, таких как метеориты и Луна . Свидетельства расщепления космических лучей (также известного как «порча») видны на внешних поверхностях тел и позволяют измерить продолжительность времени воздействия. Состав самих космических лучей также может указывать на то, что они подверглись расколу до того, как достигли Земли, поскольку доля в них легких элементов, таких как литий, бор и бериллий, превышает средние космические содержания; эти элементы в космических лучах, очевидно, образовались в результате расщепления кислорода, азота, углерода и, возможно, кремния в источниках космических лучей или во время их длительного путешествия сюда. На Земле обнаружены космогенные изотопы алюминия , бериллия , хлора , йода и неона , образовавшиеся в результате расщепления земных элементов под бомбардировкой космическими лучами.
Ядерное расщепление — это один из процессов, с помощью которого ускоритель частиц может использоваться для создания пучка нейтронов . Пучок частиц, состоящий из протонов с энергией около 1 ГэВ, попадает в мишень, состоящую из ртути , тантала , свинца [1] или другого тяжелого металла. Ядра мишени возбуждаются, и при снятии возбуждения из каждого ядра выбрасывается от 20 до 30 нейтронов. Хотя это гораздо более дорогой способ производства нейтронных пучков, чем цепная реакция ядерного деления в ядерном реакторе , он имеет то преимущество, что луч можно сравнительно легко импульсно создавать. Кроме того, энергетическая стоимость одного нейтрона расщепления в шесть раз ниже, чем у нейтрона, полученного в результате ядерного деления. В отличие от ядерного деления, нейтроны расщепления не могут вызвать дальнейшие процессы расщепления или деления с образованием дополнительных нейтронов. Следовательно, цепная реакция отсутствует, что делает процесс некритичным. Наблюдения за расщеплением космических лучей уже проводились в 1930-х годах [2] , но первые наблюдения с ускорителя частиц произошли в 1947 году, и в том же году термин «расщепление» был введен нобелевским лауреатом Гленном Т. Сиборгом . [3] Расщепление — это предлагаемый источник нейтронов в подкритических ядерных реакторах, таких как будущий исследовательский реактор MYRRHA , который планируется исследовать возможность ядерной трансмутации высокоактивных отходов в менее вредные вещества. Помимо того, что подкритические реакторы имеют коэффициент размножения нейтронов чуть ниже критического , они также могут производить чистую полезную энергию, поскольку средний расход энергии на один произведенный нейтрон колеблется около 30 МэВ (луч 1 ГэВ производит чуть более 30 нейтронов в наиболее продуктивных мишенях), в то время как деление производит на порядка 200 МэВ на расщепленный атом актинида. Даже при относительно низкой энергетической эффективности задействованных процессов можно генерировать чистую полезную энергию, используя в качестве «топлива» актиниды, непригодные для использования в обычных реакторах.
Обычно производство нейтронов в источнике расщепления начинается с мощного ускорителя протонов . Ускоритель может состоять только из линейного ускорителя (как в Европейском источнике расщепления ) или из комбинации линейного ускорителя и синхротрона (например, источник нейтронов ISIS ) или циклотрона (например, SINQ (PSI) ). Например, источник нейтронов ISIS основан на некоторых компонентах бывшего синхротрона «Нимрод» . «Нимрод» был неконкурентоспособен в области физики элементарных частиц , поэтому его заменили новым синхротроном, первоначально использовавшим оригинальные инжекторы , но производящим очень интенсивный импульсный пучок протонов. В то время как Нимрод будет производить около 2 мкА при 7 ГэВ, ISIS производит 200 мкА при 0,8 ГэВ. Он пульсирует с частотой 50 Гц, и этот интенсивный пучок протонов фокусируется на цели. Были проведены эксперименты с мишенями из обедненного урана , но, хотя они производят наиболее интенсивные нейтронные пучки, они также имеют самый короткий срок службы. Поэтому обычно используются мишени из тантала или вольфрама . Процессы расщепления в мишени производят нейтроны, первоначально с очень высокими энергиями — значительную часть энергии протона. Эти нейтроны затем замедляются в замедлителях , наполненных жидким водородом или жидким метаном, до энергий, необходимых для рассеивающих приборов. В то время как протоны могут быть сфокусированы, поскольку они имеют заряд, беззарядные нейтроны не могут быть сфокусированы, поэтому в этой конструкции инструменты расположены вокруг замедлителей.
Термоядерный синтез с инерционным удержанием потенциально может производить на порядки больше нейтронов, чем расщепление. [4] Это может быть полезно для нейтронной радиографии , которую можно использовать для определения местоположения атомов водорода в структурах, определения теплового движения атомов и изучения коллективных возбуждений фотонов более эффективно, чем рентгеновские лучи .