Küme bozunması

Ağır parçacık radyoaktivitesi veya ağır iyon radyoaktivitesi olarak da adlandırılan küme bozunması, atom çekirdeğinin alfa parçacığındakinden daha fazla, ancak tipik bir ikili fisyondan daha az olan küçük bir nötron ve proton "kümesi" parça yaydığı nadir bir nükleer bozunma türüdür. Üç parçaya bölünme, ayrıca küme boyutunda ürünler üretir. Ana çekirdekten proton kaybı, onu, kütle numarası A_d = A − A_e ve atom numarası Z_d = Z − Z_e olan farklı bir elementin çekirdeğine dönüştürür, burada A_e = N_e + Z_e. Örneğin:

223
88Ra
→ 14
6C
+ 209
82Pb

Bu tür nadir bozulma modu, ağırlıklı olarak alfa emisyonu ile bozulan radyoizotoplarda gözlemlendi ve bu tür tüm izotoplar için bozulmaların yalnızca küçük bir yüzdesinde meydana gelir.

Alfa bozunmasına göre dallanma oranı oldukça küçüktür (aşağıdaki Tabloya bakınız).

$B=T_{a}/T_{c}$

T_a ve T_c, sırasıyla, alfa bozunması ve küme radyoaktivitesine göre ana çekirdeğin yarı ömürlerini ifade eder.

Alfa bozunması gibi küme bozunması da bir kuantum tünelleme sürecidir: yayılabilmesi için kümenin potansiyel bir engeli aşması gerekir. Bu, nükleer reaksiyonun bir sonucu olabilecek üçlü fisyonda hafif parça emisyonundan önce gelen daha rastgele nükleer parçalanmadan farklı bir süreçtir ama aynı zamanda, mekanik olarak temelde farklı bir süreç olarak kalan fisyon için girdi enerjisine ihtiyaç duyulmadığını gösteren bir tür kendiliğinden radyoaktif bozunma türü de olabilir.

Teorik olarak, salınan enerjisinin (Q değeri) pozitif bir miktar olduğu Z> 40 olan herhangi bir çekirdek, bir küme-yayıcı olabilir. Uygulamada, gözlemler, yeterince kısa bir yarı ömür, Tc <10³² s ve yeterince büyük bir dallanma oranı B> 10⁻¹⁷ gerektiren halihazırda mevcut deneysel tekniklerin getirdiği sınırlamalarla ciddi şekilde sınırlandırılmıştır.

Soğuk fisyon fenomeni veya alfa bozunmasında olduğu gibi, parça deformasyonu ve uyarılması için herhangi bir enerji kaybı olmadığında, toplam kinetik enerji Q-değerine eşittir ve partiküller arasında kütleleri ile ters orantılı doğrusal momentumun korunmasının gerektirdiği şekilde olarak bölünür.

$E_{k}=QA_{d}/A$

burada A_d, yavru kütle numarasıdır, A_d = A − A_e.

Küme bozunması, alfa bozunması (bir çekirdeğin bir ⁴He çekirdeği çıkardığı) ile kendiliğinden fisyon arasında bir ara konumda bulunur; burada ağır bir çekirdek iki (veya daha fazla) büyük parçaya ve çeşitli nötronlara bölünür. Spontane fisyon, yavru ürünlerin olasılıksal dağılımıyla sonuçlanır ve bu da onu küme bozulmasından ayırır. Belirli bir radyoizotop için küme bozunmasında, yayılan parçacık hafif bir çekirdektir ve bozunma yöntemi her zaman aynı parçacığı yayar. Daha ağır yayılan kümeler için, aksi takdirde küme çürümesi ve kendiliğinden soğuk fisyon arasında neredeyse hiçbir niteliksel fark yoktur.

Teori

Kuantum tünelleme, fisyon teorisinin daha büyük bir kütle asimetrisine genişletilmesiyle veya alfa bozunması teorisinden daha ağır yayılan parçacıkla hesaplanabilir.

Hem fisyon benzeri hem de alfa benzeri yaklaşımlar bozunma sabitini $\lambda$ = ln 2 / T_c, modele bağlı üç büyüklüğün bir ürünü olarak ifade edebilir.

$\lambda =\nu SP_{s}$

$\nu$ saniyede bariyere yapılan saldırıların sıklığı, S nükleer yüzeydeki kümenin ön oluşma olasılığı ve P_s dış bariyerin delinebilirliğidir. Alfa benzeri teorilerde S, üç ortağın (ebeveyn, yavru ve yayılan küme) dalga fonksiyonunun örtüşme integralidir. Bir fisyon teorisinde ön oluşma olasılığı, bariyerin iç kısmının ilk dönme noktası R_i'den temas noktası R_t'ye kadar geçebilirliğidir. Çok sık olarak Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) yaklaşımı kullanılarak hesaplanır.

Yeni bozunma modları için sistematik bir araştırmada, üst tarafından yayılan küme kombinasyonlarının 10⁵ sırasından çok büyük bir kısmı değerlendirildi. Dorin N Poenaru, Walter Greiner ve diğerleri tarafından geliştirilen ASAF modeli kullanılarak makul bir sürede büyük miktarda hesaplama yapılabilir. Model, küme bozulmasında ölçülebilir miktarları tahmin etmek için kullanılan ilk modeldi. Diğer yarı ömür hesaplamaları rapor edilmeden önce 150'den fazla küme bozunma modu tahmin edilmiştir. Yarı ömürlerin, dallanma oranlarının ve kinetik enerjilerin kapsamlı tabloları yayınlanmıştır, örn. ASAF modelinde dikkate alınana benzer potansiyel bariyer şekilleri makroskopik-mikroskobik yöntem kullanılarak hesaplanmıştır.

Daha önce, alfa bozunmasının bile belirli bir soğuk fisyon durumu olarak kabul edilebileceği gösterilmişti. ASAF modeli, birleşik bir şekilde soğuk alfa bozunması, küme bozunması ve soğuk fisyonu tanımlamak için kullanılabilir (bkz. Şekil 6.7, sayfa 287, Ref.).

İyi bir yaklaşımla, alfa bozunması da dahil olmak üzere Ae kütle numaralı herhangi bir küme bozunma modu için bir evrensel eğri (UNIV) elde edilebilir.

$\log T=-\log P_{s}-22.169+0.598(A_{e}-1)$

Logaritmik bir ölçekte denklem log T = f(log P_s), yarı ömrü tahmin etmek için uygun şekilde kullanılabilen tek bir düz çizgiyi temsil eder. Alfa bozunması ve küme bozunma modları için tek bir evrensel eğri, log T + log S = f(log P_s) ifade edilerek ortaya çıkar. Çift-çift, çift-tek ve tek-çift ana çekirdeklerden oluşan üç gruptaki küme bozunması üzerine deneysel veriler, alfa benzeri R-matrisi teori kullanılarak türetilen fisyon benzeri UNIV ve UDL gibi her iki tür evrensel eğri ile karşılaştırılabilir doğrulukla yeniden üretilir.

Açığa çıkan enerjiyi bulmak için

$Q=[M-(M_{d}+M_{e})]c^{2}$

ebeveyn, yavru ve yayılan çekirdeklerin ölçülen M, M_d, and M_e kütlelerinin derlenmesi kullanılabilir, c ışık hızıdır.

Kütle fazlalığı, Einstein'ın E=mc² formülüne göre enerjiye dönüştürülür.