Ядерное деление расщепляет тяжелое ядро, такое как уран или плутоний , на два более легких ядра, которые называются продуктами деления . Выход относится к доле продукта деления, произведенного за одно деление.
Выходы изотопов и элементов будут меняться по мере того, как продукты деления подвергаются бета-распаду, в то время как выходы цепочек не меняются после завершения испускания нейтронов несколькими богатыми нейтронами начальными продуктами деления ( запаздывающими нейтронами ), период полураспада которых измеряется секундами.
Несколько изотопов могут быть получены непосредственно делением, но не бета-распадом, поскольку потенциальный предшественник с атомным номером на единицу меньше стабилен и не распадается (атомный номер увеличивается на 1 во время бета-распада). Цепные выходы не учитывают эти «затененные» изотопы; однако, они имеют очень низкие выходы (менее одной миллионной от обычных продуктов деления), поскольку они гораздо менее богаты нейтронами, чем исходные тяжелые ядра.
Выход обычно указывается в процентах на деление, так что общая сумма процентов выхода составляет 200%. Реже он указывается в процентах от всех продуктов деления, так что сумма процентов составляет 100%. Тройное деление , около 0,2–0,4% делений, также производит третье легкое ядро, такое как гелий-4 (90%) или тритий (7%).
Кривая зависимости массы от доходности
Выходы продуктов деления по массе для деления тепловыми нейтронами U-235, Pu-239, комбинации двух типичных для современных ядерных энергетических реакторов, и U-233, используемого в ториевом топливном цикле
Если построить график массы или мольного выхода продуктов деления в зависимости от атомного номера фрагментов, то он будет иметь два пика: один в области циркония через палладий и один в области ксенона через неодим . Это происходит потому, что событие деления заставляет ядро расщепляться асимметричным образом, [1] поскольку ядра, близкие к магическим числам, более стабильны. [2]
Выход против Z - Это типичное распределение для деления урана . Обратите внимание, что в расчетах, использованных для построения этого графика, активация продуктов деления игнорировалась, и предполагалось, что деление происходит в один момент, а не в течение некоторого периода времени. На этой гистограмме показаны результаты для разного времени охлаждения (время после деления).
Выход против Z. Цвета указывают на летучесть фторида , что важно при ядерной переработке : синие элементы имеют летучие фториды или уже летучи; зеленые элементы не имеют, но имеют летучие хлориды; красные элементы не имеют ни того, ни другого, но сами элементы летучи при очень высоких температурах. Выход через 10 0,1,2,3 года после деления , не учитывая более поздний захват нейтронов , доля 100%, а не 200%. Бета-распад Kr-85 → Rb , Sr-90 → Zr , Ru-106 → Pd , Sb-125 → Te , Cs-137 → Ba , Ce-144 → Nd , Sm-151 → Eu , Eu-155 → Gd виден.
Из-за стабильности ядер с четным числом протонов и/или нейтронов кривая выхода по элементу не является плавной кривой. Она имеет тенденцию к чередованию.
В общем, чем выше энергия состояния, в котором происходит ядерное деление, тем более вероятно симметричное деление, поэтому по мере увеличения энергии нейтрона и/или энергии делящегося атома долина между двумя пиками становится более пологой; например, кривая выхода от массы для Pu-239 имеет более пологую долину, чем та, которая наблюдается для U-235 , когда нейтроны являются тепловыми . Кривые для деления более поздних актинидов имеют тенденцию делать еще более пологие долины. В экстремальных случаях, таких как 259 Fm, виден только один пик.
Выход обычно выражается относительно числа делящихся ядер, а не числа ядер-продуктов деления, то есть сумма выходов должна составлять 200%.
Сумма выходов в таблице составляет всего 45,5522%, включая 34,8401%, имеющих период полураспада более одного года:
Оставшиеся и не указанные 54,4478% распадаются с периодом полураспада менее одного года, превращаясь в нерадиоактивные ядра.
Это до учета эффектов любого последующего захвата нейтронов, например:
135Xe захватывает нейтрон и становится почти стабильным 136Xe , а не распадается до 135Cs , который является радиоактивным с периодом полураспада 2,3 миллиона лет
Нерадиоактивный 133Cs захватывает нейтрон и превращается в 134Cs , который является радиоактивным с периодом полураспада 2 года.
Многие продукты деления с массой 147 или более, такие как 147 Pm , 149 Sm , 151 Sm и 155 Eu , имеют значительные поперечные сечения захвата нейтронов, так что один атом тяжелого продукта деления может претерпевать несколько последовательных захватов нейтронов.
Помимо продуктов деления, существуют и другие типы радиоактивных продуктов:
Кумулятивные выходы деления показывают количество нуклидов, образующихся либо непосредственно в процессе деления, либо в результате распада других нуклидов.
Распады, даже если они длительные, приводят к образованию стабильного нуклида.
Распады с периодом полураспада более столетия отмечены одной звездочкой (*), а распады с периодом полураспада более ста миллионов лет отмечены двумя звездочками (**).
Периоды полураспада, режимы распада и фракции ветвления
^ β − ветви распада 0,9982 ± 0,0002 до Kr-85m и 0,0018 ± 0,0002 до Kr-85.
^ Фракции ветвления ENSDF: 0,944 ± 0,007 для IT и 0,056 ± 0,007 для β − .
^ β − ветвь распада 0,0288 ± 0,0002 до Xe-133m.
^ Фракции ветвления были усреднены из базы данных ENSDF.
^ Фракции ветвления были взяты из базы данных ENSDF.
^ ab Фракции ветвления были взяты из данных LNHB.
Упорядочено по сечению поглощения тепловых нейтронов
Ссылки
^ "fissionyield". Архивировано из оригинала 2007-05-28 . Получено 2007-06-10 .
^ Möller, P; Madland, DG; Sierk, AJ; Iwamoto, A (15 февраля 2001 г.). «Моды ядерного деления и асимметрии масс осколков в пятимерном пространстве деформаций». Nature . 409 (6822): 785–790. Bibcode :2001Natur.409..785M. doi :10.1038/35057204. PMID 11236985. S2CID 9754793.
^ Purkayastha, BC, и GR Martin. «Выходы 129I при естественном и нейтронно-индуцированном делении урана». Canadian Journal of Chemistry 34.3 (1956): 293-300.
^ ab "Cumulative Fission Yields". www-nds.iaea.org . МАГАТЭ . Получено 11 ноября 2016 г. .
^ "Периоды полураспада и доли разветвления распада для продуктов активации". www-nds.iaea.org . МАГАТЭ . Получено 11 ноября 2016 г. .
^ abcdefghijklmnopqrs Файл данных по оцененной структуре ядра, http://www-nds.iaea.org/ensdf/, 26 января 2006 г.
^ abcde М.-М. Бе, В. Чисте, К. Дюлье, Э. Браун, В. Чечев, Н. Кузьменко, Р. Хелмер, А. Николс, Э. Шенфельд, Р. Дерш, Монография BIPM-5, Таблица радионуклидов, Vol. 2 – А = 151–242, 2004 г.
^ abcde Национальная лаборатория Анри Беккереля, Рекомендуемые данные, http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm Архивировано 13 февраля 2021 г. на Wayback Machine , 16 января 2006 г.
^ abcdefghijklmn М.-М. Бе, В. П. Чечев, Р. Дерш, О. А. М. Хелен, Р. Г. Хельмер, М. Херман, С. Главац, А. Марцинковски, Г. Л. Молнар, А. Л. Николс, Э. Шёнфельд, В. Р. Ванин, М. Дж. Вудс, IAEA CRP "Обновление стандартов данных о распаде рентгеновского и гамма-излучения для калибровки детекторов и других применений", Научно-технический информационный отчет МАГАТЭ STI/PUB/1287, май 2007 г., Международное агентство по атомной энергии, Вена, Австрия, ISBN 92-0-113606-4 .
Внешние ссылки
СПРАВОЧНИК ЯДЕРНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ГАРАНТИЙ: РАСШИРЕНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ, АВГУСТ 2008 Г.
Живая карта нуклидов — цветная карта выходов МАГАТЭ и подробные данные при нажатии на нуклид.
