Тройное деление — сравнительно редкий (0,2–0,4% событий) тип ядерного деления , при котором образуются три заряженных продукта , а не два. Как и в других процессах ядерного деления, при тройном делении образуются другие незаряженные частицы, такие как множественные нейтроны и гамма-лучи .
Тройное деление может происходить во время деления, вызванного нейтронами, или при спонтанном делении (тип радиоактивного распада). Примерно на 25% больше тройного деления происходит при спонтанном делении по сравнению с той же системой деления, образованной после захвата теплового нейтрона, [1] иллюстрируя, что эти процессы остаются физически немного разными, даже после поглощения нейтрона, возможно, из-за дополнительной энергии, присутствующей в системе ядерной реакции деления, вызванного тепловыми нейтронами.
Известно также четвертичное деление, частота которого составляет 1 на 10 миллионов делений (см. ниже).
Наиболее распространенным процессом ядерного деления является «бинарное деление». Оно производит два заряженных асимметричных продукта деления с максимально вероятным заряженным продуктом при атомной массе 95±15 и 135±15 u . Однако в этом обычном делении больших ядер бинарный процесс происходит просто потому, что он наиболее энергетически вероятен.
В любом месте от 2 до 4 делений на 1000 в ядерном реакторе альтернативный тройной процесс деления производит три положительно заряженных осколка (плюс нейтроны, которые не заряжены и не учитываются в этом подсчете). Наименьший из заряженных продуктов может варьироваться от столь малого заряда и массы, как один протон (Z=1), до столь большого осколка, как ядро аргона ( Z=18).
Хотя частицы размером с ядро аргона могут быть получены в качестве меньшего (третьего) заряженного продукта в обычном тройном делении, наиболее распространенными малыми фрагментами тройного деления являются ядра гелия-4, которые составляют около 90% продуктов малых фрагментов. Такая высокая частота связана со стабильностью (высокой энергией связи) альфа- частицы , которая делает больше энергии доступной для реакции. Вторыми по распространенности частицами, полученными при тройном делении, являются тритоны (ядра трития ), которые составляют 7% от общего числа малых фрагментов, а третьими по распространенности являются ядра гелия-6 (которые распадаются примерно за 0,8 секунды до лития-6). Протоны и более крупные ядра находятся в малой фракции (<2%), которая составляет остаток малых заряженных продуктов. Две более крупные заряженные частицы тройного деления, особенно когда образуются альфа-частицы, по распределению размеров весьма похожи на те, которые производятся при бинарном делении.
Энергия третьего, гораздо меньшего продукта, обычно колеблется от 10 до 20 МэВ. В соответствии со своим происхождением, альфа-частицы, полученные в результате тройного деления, обычно имеют среднюю энергию около ~ 16 МэВ (такие большие энергии никогда не наблюдаются в альфа-распаде). Поскольку они обычно имеют значительно большую энергию, чем альфа-частицы ~ 5 МэВ из альфа-распада , их соответственно называют « альфа-частицами дальнего радиуса действия » (имея в виду их больший радиус действия в воздухе или других средах).
Два других более крупных фрагмента уносят в своей кинетической энергии остаток кинетической энергии деления (обычно в общей сложности ~ 170 МэВ при делении тяжелых элементов), который не проявляется как кинетическая энергия 10–20 МэВ, уносимая третьим меньшим продуктом. Таким образом, более крупные фрагменты при тройном делении имеют меньшую энергию, обычно на 5–10 МэВ, чем они видны при бинарном делении.
Хотя тройной процесс деления менее распространен, чем бинарный, он все еще производит значительное накопление газообразного гелия-4 и трития в топливных стержнях современных ядерных реакторов. [2] Это явление было впервые обнаружено в 1957 году в окрестностях Национальной лаборатории Саванна-Ривер . [3]
Очень редкий тип процесса тройного деления иногда называют «истинным тройным делением». Он производит три почти одинакового размера заряженных фрагмента (Z ~ 30), но происходит только примерно в 1 из 100 миллионов актов деления. При этом типе деления ядра-продукты разделяют энергию деления на три почти равные части и имеют кинетическую энергию ~ 60 МэВ. Истинное тройное деление до сих пор наблюдалось только в ядрах, бомбардируемых тяжелыми ионами высокой энергии. [4]
Другой редкий процесс деления, происходящий примерно в 1 из 10 миллионов делений, — это четверичное деление. Оно аналогично тройному делению, за исключением того, что видны четыре заряженных продукта. Обычно два из них — легкие частицы, причем наиболее распространенным режимом четверичного деления, по-видимому, являются две большие частицы и две альфа-частицы (а не одна альфа, наиболее распространенный режим тройного деления). [5]