삼핵분열
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1. 개요
삼핵분열은 원자핵이 세 개의 파편으로 분열되는 핵분열의 한 형태이다. 일반적인 핵분열인 이핵분열보다 드물게 발생하며, 세 개의 양전하를 띤 파편을 생성한다. 가장 작은 파편은 헬륨-4 핵(알파 입자)이 가장 흔하며, 트리톤, 헬륨-6 핵 등이 뒤를 잇는다. 삼핵분열에서 작은 파편은 10~20 MeV 범위의 에너지를 가지며, 두 개의 큰 핵 파편은 이핵분열보다 에너지가 적다. 삼핵분열은 원자로에서 헬륨-4 및 삼중수소 가스 축적을 발생시키며, 진정 삼핵분열과 사핵분열과 같은 더 드문 형태의 핵분열도 존재한다.
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| 삼핵분열 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 핵분열 |
| 설명 | 핵분열 시 3개 이상의 하전된 조각으로 분열되는 현상 |
| 특징 | |
| 생성 조각 수 | 3개 이상의 하전된 조각 |
| 관련 현상 | 이성질핵 분열, 양자 터널링 |
| 연구 | 1940년대 후반에 처음 연구됨 |
| 발생 확률 | 일반적인 핵분열에 비해 매우 드물게 발생 |
| 질량 분포 | 다양한 질량의 조각들이 생성될 수 있음 |
| 에너지 분포 | 총 에너지는 일반적인 핵분열과 비슷하지만, 각 조각의 에너지는 다를 수 있음 |
| 대표적인 반응 | 우라늄-235 (열중성자에 의해 유도) 플루토늄-239 |
| 활용 | |
| 연구 분야 | 핵물리학 연구, 핵반응 연구 |
| 응용 분야 | 원자력 발전, 핵무기 (제한적) |
2. 삼핵분열
가장 흔한 핵분열 과정은 이진 분열이다. 이진 분열은 95±15 및 135±15 '''u''' 원자 질량에서 최대 가능성을 가진 전하를 띤 두 개의 비대칭 분열 생성물을 생성한다. 그러나 큰 핵의 이러한 일반적인 분열에서 이진 과정은 단지 에너지적으로 가장 가능하기 때문에 발생한다.
원자로에서 1000번의 핵분열 중 2~4번의 빈도로 발생하는 삼중 분열은 세 개의 양전하를 띤 파편을 생성한다. 가장 작은 전하를 띤 생성물은 양성자(Z=1)에서 아르곤(Z=18) 핵까지 다양하다.
삼중 분열에서 가장 흔한 작은 파편은 헬륨-4 핵(알파 입자)이며, 작은 파편 생성물의 약 90%를 차지한다. 이는 알파 입자의 안정성(높은 결합 에너지)과 관련이 있다. 두 번째로 흔한 입자는 트리톤(삼중수소의 핵)이며, 전체 작은 파편의 7%를 차지하고, 세 번째는 헬륨-6 핵이다(약 0.8초 만에 리튬-6으로 붕괴됨). 양성자와 더 큰 핵은 나머지 작은 전하를 띤 생성물의 작은 비율(<2%)을 차지한다.
2. 1. 생성물
삼중 분열은 핵분열 1000번 당 2~4번의 빈도로 발생하는 과정으로, 세 개의 양전하를 띤 파편을 생성한다. 가장 작은 파편은 양성자(Z=1)에서 아르곤(Z=18) 핵까지 다양하다.삼중 분열에서 가장 흔하게 생성되는 작은 파편은 헬륨-4 핵(알파 입자)이며, 작은 파편 생성물의 약 90%를 차지한다. 이는 알파 입자의 높은 결합 에너지와 안정성 때문이다. 두 번째로 흔한 입자는 삼중수소의 핵인 트리톤으로, 전체 작은 파편의 7%를 차지한다. 세 번째는 헬륨-6 핵이며, 약 0.8초 만에 리튬-6으로 붕괴된다. 양성자와 더 큰 핵은 나머지 작은 파편의 작은 비율(<2%)을 구성한다.
삼중 분열에서 생성되는 두 개의 더 큰 파편은 이진 분열에서 생성되는 것과 크기 분포가 매우 유사하다.
2. 2. 에너지
삼핵분열에서 세 번째로 훨씬 작은 생성물의 에너지는 보통 10~20 MeV 범위이다. 삼핵분열로 생성된 알파 입자는 그 기원에 따라 평균 에너지가 약 ~16 MeV인데, 이는 알파 붕괴에서 나타나는 에너지보다 훨씬 크다. 일반적으로 알파 붕괴에서 나오는 알파 입자는 ~5 MeV의 에너지를 가지므로, 삼핵분열에서 나오는 알파 입자는 "장거리 알파"라고 불리며, 공기 또는 다른 매질에서 더 긴 거리를 이동한다.[1]나머지 두 개의 더 큰 핵 파편은 운동 에너지로 분열 운동 에너지의 나머지 부분(일반적으로 무거운 원소 분열에서 총 ~170 MeV)을 갖는다. 이 에너지는 세 번째로 작은 생성물이 운반하는 10~20 MeV 운동 에너지로 나타나지 않는다. 따라서 삼핵분열에서 더 큰 핵 파편은 각각 이핵분열에서 보이는 것보다 보통 5~10 MeV만큼 에너지가 적다.[1]
2. 3. 중요성
삼핵분열은 이핵분열보다 덜 일반적인 과정이지만, 현대 원자로의 연료봉에서 상당한 양의 헬륨-4 및 삼중수소 가스 축적을 발생시킨다.[2] 이 현상은 1957년 사바나강 국립 연구소 주변에서 처음 감지되었다.[3]3. 진정 삼핵분열
매우 드문 삼핵분열 과정의 유형을 "진정 삼핵분열"이라고 부르기도 한다. 이는 세 개의 거의 같은 크기의 하전된 조각(Z ~ 30)을 생성하지만, 약 1억 번의 핵분열 사건 중 1번 꼴로 발생한다. 이러한 유형의 핵분열에서 생성된 핵은 핵분열 에너지를 거의 동일한 세 부분으로 분할하며, 운동 에너지는 약 60 MeV이다. 진정 삼핵분열은 지금까지 무거운 고에너지 이온에 의해 충격을 받은 핵에서만 관찰되었다.[4]
4. 사핵분열
사핵분열은 약 1천만 번의 핵분열 중 1번 꼴로 발생하는 희귀한 핵분열 과정이다. 삼핵분열과 유사하지만, 네 개의 하전된 생성물이 관찰된다는 차이점이 있다. 일반적으로 이 중 두 개는 가벼운 입자이며, 사핵분열의 가장 일반적인 형태는 두 개의 큰 입자와 두 개의 알파 입자(삼핵분열의 가장 일반적인 형태인 한 개의 알파 입자가 아닌)인 것으로 보인다.[5]
참조
[1]
웹사이트
Fraction ternary fission as a function of different Z and A in fissile isotopes
https://web-docs.gsi[...]
[2]
서적
Comparative study of the ternary particle emission in 243-Cm (nth,f) and 244-Cm(SF)
https://books.google[...]
World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Singapore
2008
[3]
문서
Discovery That Nuclear Fission Produces Tritium Edward L. Albenesius, J. Henry Horton Harold M. Kelley, Daniel S. St. John, and Robert S. Ondrejcin
https://cntaware.org[...]
[4]
논문
True ternary fission
https://www.research[...]
2003-01
[5]
논문
Ternary and quaternary fission
http://www.sciencedi[...]
2004-04-05
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