Делению ядер, находящихся в основном состоянии, препятствует барьер деления.
Из рассмотрения механизма деления следует, что условие большой вероятности деления (соизмеримой с вероятностями других взаимодействий нейтронов с ядром) можно записать в виде:
,
то есть энергия возбуждения составного ядра должна быть не меньше барьера деления этого ядра. Деление возможно и при , но вероятность такого процесса резко уменьшается с уменьшением энергии возбуждения.
Механизм этого процесса объясняется в рамках квантовой механики и аналогичен механизму излучения α-частицы, проходящей через потенциальный барьер. Это так называемыйтуннельный эффект, из объяснения которого следует, что проницаемость любого энергетического барьера отлична от нуля, хотя и уменьшается с увеличением ширины и высоты барьера.
Вероятность спонтанного деления определяется в первую очередь проницаемостью барьера деления. В первом приближении (в рамках капельной модели) барьер деления уменьшается с ростом параметра деления исчезая при [22] Таким образом, вероятность спонтанного деления увеличивается с ростом заряда ядра. Для всех существующих в природе ядер вероятность и соответственно скорость спонтанного деления очень малы. Лишь для самых тяжёлых из них скорости увеличиваются настолько, что могут быть определены экспериментально. Например для 238U и 239Pu период полураспада для спонтанного деления имеет порядок величины 1016 лет, а для 235U ещё больше.
|
|
Ядро | , лет[23] | , лет[24] | Доля спонтанного деления, % [24] |
235U | (1,0 ± 0,3)·1019 | (7,04 ± 0,01)·108 | 7·10−9 |
238U | (8,2 ± 0,1)·1015 | (4,468 ± 0,003)·109 | 5,5·10−5 |
239Pu | (8 ± 2)·1015 | (2,411 ± 0,003)·104 | 3·10−10 |
240Pu | (1,151 ± 0,04)·109 | (6,564 ± 0,011)·103 | 5.7·10−6 |
246Cm | (1,82 ± 0,02)·107 | 4760 ± 40 | 2,62·10-2 |
252Cf | 86 ± 1 | 2,645 ± 0,008 | 3,09 |
254Cf | 60,7 дней ± 0,2 | 60,5 дней ± 0,2 | 99,7 |
Из таблицы видно, что интенсивность спонтанного деления очень резко возрастает с ростом массы ядра. Спонтанные деления имеют заметное значение как фоновый источник нейтронов в реакторах, содержащих большие количества 238U, и в реакторах, в которых накапливается заметное количество трансуранов, например, в реакторах на быстрых нейтронах[25][26]. Для изучения свойств спонтанного деления зачастую используются более тяжёлые нуклиды, в первую очередь 252Cf. В спонтанном делении нуклидов с , в отличие от более лёгких ядер, превалирует симметричная мода (с примерно равными массами осколков деления)[27].