Откол — это процесс, при котором фрагменты материала ( сколы ) выбрасываются из тела из-за удара или напряжения. В контексте механики удара он описывает выброс материала из цели во время удара снаряда . В планетарной физике откол описывает метеоритные удары по поверхности планеты и воздействие звездных ветров и космических лучей на планетарные атмосферы и поверхности . В контексте горного дела или геологии откол может относиться к кускам породы, отламывающимся от скальной поверхности из-за внутренних напряжений в породе; это обычно происходит на стенках шахтных стволов . В контексте окисления металлов откол относится к откалыванию оксидного слоя от металла. Например, отслаивание ржавчины от железа. В контексте антропологии откол — это процесс, используемый для изготовления каменных инструментов, таких как наконечники стрел, путем скалывания . В ядерной физике расщепление — это процесс, при котором тяжелое ядро испускает многочисленные нуклоны в результате удара высокоэнергетической частицы , тем самым значительно уменьшая свой атомный вес . В промышленных процессах и биообработке потеря материала трубок из-за многократного изгиба трубок внутри перистальтического насоса называется расщеплением.
Откол может произойти, когда волна напряжения растяжения распространяется через материал и может наблюдаться в испытаниях на удар плоской пластины. Он вызван внутренней кавитацией из-за напряжений, которые генерируются взаимодействием волн напряжения, превышающих локальную прочность материалов на растяжение. Фрагмент или несколько фрагментов будут созданы на свободном конце пластины. Этот фрагмент, известный как « откол », действует как вторичный снаряд со скоростями, которые могут достигать одной трети скорости волны напряжения на материале. Этот тип разрушения обычно является следствием зарядов с высоковзрывчатой головкой ( HESH ).
Лазерно-индуцированное отслоение — это недавняя экспериментальная методика, разработанная для понимания адгезии тонких пленок с подложками . Высокоэнергетический импульсный лазер (обычно Nd:YAG ) используется для создания импульса сжимающего напряжения в подложке , где он распространяется и отражается как волна растяжения на свободной границе. Этот импульс растяжения откалывает/отслаивает тонкую пленку, распространяясь к подложке. Используя теорию распространения волн в твердых телах, можно извлечь прочность интерфейса. Импульс напряжения, созданный в этом примере, обычно имеет продолжительность около 3–8 наносекунд , а его величина изменяется в зависимости от плотности потока лазерного излучения. Благодаря бесконтактному приложению нагрузки этот метод очень хорошо подходит для отслоения сверхтонких пленок (толщиной 1 микрометр или меньше). Также возможно преобразовать продольную волну напряжения в сдвиговое напряжение с помощью призмы формирования импульса и добиться сдвигового отслоения.
Ядерный расщепление под воздействием космических лучей происходит естественным образом в атмосфере Земли и на поверхностях космических тел, таких как метеориты и Луна . Доказательства расщепления космических лучей (также известного как «разрушение») видны на внешних поверхностях тел и дают возможность измерить продолжительность времени воздействия. Состав самих космических лучей также может указывать на то, что они подверглись расщеплению до того, как достигли Земли, поскольку доля легких элементов, таких как литий, бор и бериллий, в них 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 были обнаружены космогенные изотопы алюминия , бериллия , хлора , йода и неона , образованные расщеплением земных элементов под воздействием бомбардировки космическими лучами.
Ядерное расщепление является одним из процессов, с помощью которого ускоритель частиц может быть использован для получения пучка нейтронов . Пучок частиц, состоящий из протонов с энергией около 1 ГэВ, выстреливается в мишень, состоящую из ртути , тантала , свинца [1] или другого тяжелого металла. Ядра мишени возбуждаются, и при девозбуждении из каждого ядра выбрасывается 20–30 нейтронов. Хотя это гораздо более дорогой способ получения нейтронных пучков, чем цепная реакция ядерного деления в ядерном реакторе , он имеет то преимущество, что пучок можно пульсировать с относительной легкостью. 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 для получения дальнейших нейтронов. Следовательно, цепная реакция отсутствует, что делает процесс некритическим. Наблюдения за расщеплением космических лучей уже были сделаны в 1930-х годах, [2] но первые наблюдения с помощью ускорителя частиц произошли в 1947 году, и термин «расщепление» был придуман лауреатом Нобелевской премии Гленном Т. Сиборгом в том же году. [3] Расщепление является предлагаемым источником нейтронов в подкритических ядерных реакторах, таких как будущий исследовательский реактор MYRRHA , который планируется для исследования возможности ядерной трансмутации высокоактивных отходов в менее вредные вещества. Помимо того, что коэффициент размножения нейтронов немного ниже критического , подкритические реакторы также могут производить чистую полезную энергию, поскольку средние затраты энергии на произведенный нейтрон составляют около 30 МэВ (пучок 1 ГэВ производит чуть более 30 нейтронов в наиболее продуктивных мишенях), в то время как деление производит порядка 200 МэВ на атом актинида, который расщепляется. Даже при относительно низкой энергоэффективности задействованных процессов можно было бы 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 Nimrod . Nimrod был неконкурентоспособен для физики элементарных частиц , поэтому его заменили новым синхротроном, изначально использующим оригинальные инжекторы , но который производит высокоинтенсивный импульсный пучок протонов. В то время как Nimrod производил около 2 мкА при 7 ГэВ, ISIS производит 200 мкА при 0,8 ГэВ. Он импульсный с частотой 50 Гц, и этот интенсивный пучок протонов фокусируется на мишень. Эксперименты проводились с мишенями из обедненного урана , но хотя они и производят самые интенсивные нейтронные пучки, они также имеют самый короткий срок службы. Поэтому обычно использовались танталовые или вольфрамовые мишени. Процессы расщепления в мишени производят нейтроны, изначально с очень высокими энергиями — значительной долей энергии протонов. Затем эти нейтроны замедляются в замедлителях, заполненных жидким водородом или жидким метаном , до энергий, необходимых для рассеивающих приборов. В то время как протоны можно сфокусировать, поскольку они имеют заряд, беззарядные нейтроны сфокусировать нельзя, поэтому в этой компоновке приборы располагаются вокруг замедлителей.
Инерционный термоядерный синтез может производить на порядки больше нейтронов, чем расщепление. [4] Это может быть полезно для нейтронной радиографии , которую можно использовать для обнаружения атомов водорода в структурах, определения теплового движения атомов и изучения коллективных возбуждений фононов более эффективно, чем рентгеновские лучи .