O que é fissão espontânea – definição

Em geral, a fissão nuclear é uma reação nuclear na qual o núcleo de um átomo se divide em partes menores (núcleos mais leves). O processo de fissão geralmente produz nêutrons e fótons livres (na forma de raios gama ) e libera uma grande quantidade de energia . Na física nuclear, a fissão nuclear é uma reação nuclear ou um processo de decaimento radioativo . O caso do processo de decaimento é chamado de fissão espontânea  e é um processo muito raro.

A fissão espontânea também é possível se estudarmos a curva de ligação nuclear . Esse tipo de decaimento é energeticamente possível para um núcleo com A> 100. Embora se espere que a fissão espontânea se torne mais provável à medida que o número de massa aumenta, ainda é um processo muito raro, mesmo em urânio.

A fissão espontânea é viável durante os tempos de observação práticos apenas para números de massa superiores a 232. Por exemplo, ²³² Th, ²³⁵ U e ²³⁸ U são nuclídeos primordiais e deixaram evidências de sofrer fissão espontânea em seus minerais.

Para elementos transurânicos pesados, a taxa de transição de fissão espontânea aumenta com o número de massa e pode se tornar o modo de decaimento dominante em números de massa maiores que cerca de 260.

Da mesma forma que no decaimento alfa , também ocorre a fissão espontânea devido ao tunelamento quântico . As fissões espontâneas liberam nêutrons como todas as fissões, por isso contribui para o fluxo de nêutrons em um reator subcrítico . Radioisótopos para os quais a fissão espontânea não é desprezível podem ser usados ​​como fontes de nêutrons. Por exemplo, californio-252 (meia-vida de 2.645 anos, razão de ramificação de SF de cerca de 3,1 por cento) pode ser usado para esse fim.

A fissão espontânea de isótopos naturais de urânio (urânio 238 e urânio 235) deixa rastros de danos na estrutura cristalina de minerais que contêm urânio quando os fragmentos de fissão se retraem através deles. Uma técnica de datação radiométrica baseada na análise dessas trilhas ou rastros de danos deixados por fragmentos de fissão em certos minerais e vidros contendo urânio é conhecida como datação por trilha de fissão .

Fissão espontânea de determinados núcleos

Os principais isótopos, que devem ser considerados no ciclo de combustível de todos os reatores comerciais de água leve, são:

Isótopos de urânio

• ²³⁸ U . ²³⁸U pertence ao grupo deisótopos férteis. ²³⁸U decai através dedecaimento alfapara²³⁴Th com meia-vida de ~ 4,5 × 10⁹anos. ²³⁸U decai ocasionalmente por fissão espontânea com probabilidade de 0,000055%. Sua atividade específica é muito baixa ~ 3,4 × 10^-7 Ci / g.
• ²³⁵ L . ²³⁵U pertence ao grupo deisótopos físseis. De fato,²³⁵U é o único núcleo físsil existente a partir de isótopos que ocorrem naturalmente e, portanto, é um material altamente estratégico. ^Odecaimento de²³⁵U por decaimento alfa (via tório-231) em²³¹Pa com meia-vida de ~ 7 × 10⁸anos. ²³⁵U ocasionalmente decai por fissão espontânea com probabilidade muito baixa de 0,0000000072%. Sua atividade específica é muito baixa ~ 2,2 × 10-6 Ci / g.
• ²³⁴ L . ²³⁴U pertence ao grupo deisótopos férteis. Decadências de²³⁴U por decaimento alfa para²³⁰Th com meia-vida de 246 000 anos. ²³⁴U ocasionalmente decai por fissão espontânea com probabilidade muito baixa de 0,0000000017%. Sua atividade específica é muito maior ~ 0,0063 Ci / g.

Isótopos de plutônio

• ²³⁸ Pu . ²³⁸ Pu pertence ao grupo de isótopos férteis. ²³⁸ decaimentos de Pu por decaimento alfa para ²³⁴ U  com meia-vida de 87,7 anos. ²³⁸ Pu gera calor de decomposição muito alto e possui uma taxa muito alta de fissão espontânea.
• ²³⁹ Pu . ²³⁹Pu pertence ao grupo de isótopos físseis. ²³⁹decaimentos de Pu por decaimento alfa para ²³⁵ U com meia-vida de 24100 anos. Este isótopo é o principal isótopo físsil em uso.
• ²⁴⁰ Pu . ²⁴⁰Pu pertence ao grupo deisótopos férteis. ²⁴⁰Pu decai por via alfa para ²³⁶ U com meia-vida de 6560 anos. ^{O 240}Pu possui uma taxa muito alta de fissão espontânea e uma seção transversal de captura radiativa alta para nêutrons térmicos e também para ressonância.
• ²⁴¹ Pu . ²⁴¹Pu pertence ao grupo de isótopos físseis. ²⁴¹Pu decai por via beta negativa para²⁴¹AM com meia-vida de 14,3 anos. Este isótopo físsil decai para isótopo não físsil com alta seção de captura radiativa para nêutrons térmicos. Um impacto na reatividade do combustível nuclear é óbvio.

Outros isótopos

• ²⁴² Cm. Decaimentos de ²⁴² Cm via decaimento alfa com meia-vida de 162 dias. ²⁴² Cm ocasionalmente decai por fissão espontânea com probabilidade de 0,0000061%.
• ²⁵² Cf. ²⁵² Cf (meia-vida 2.645 anos, razão de desvio SF de cerca de 3,1%) pode ser usado na fonte primária de nêutrons para melhor monitoramento das operações de inicialização e desligamento do reator quando o reator é subcrítico.

Fissão espontânea e nêutrons de origem

O termo ” nêutrons de origem “ refere-se a nêutrons que não sejam nêutrons de fissão rápida ou retardada . Em geral, eles vêm de outras fontes que não a fissão induzida por nêutrons. Esses nêutrons são muito importantes durante as operações de inicialização e desligamento do reator quando o reator é subcrítico, porque permitem monitorar a subcriticalidade de um reator geralmente através de detectores de nêutrons excore na faixa da fonte.

Nos reatores nucleares, também a fissão espontânea é muito importante deste ponto de vista. Em um conjunto de combustível nuclear irradiado, existem nuclídeos que passam por um processo de fissão espontânea. Como foi escrito, a fissão espontânea é, de fato, uma forma de decaimento radioativo que é encontrada apenas em elementos químicos muito pesados ​​(especialmente elementos transurânicos). Por exemplo, ²⁴⁰ Pu tem uma taxa muito alta de fissão espontânea. Para combustível de alta combustão, os nêutrons fonte são fornecidos predominantemente por fissão espontânea dos núcleos de cúrio (Cm-242 e Cm-244).

Fonte primária de nêutrons

Às vezes, os nêutrons de origem devem ser adicionados artificialmente ao sistema. A fonte externa de nêutrons contém um material que emite nêutrons e revestimento para fornecer uma barreira entre o refrigerante do reator e o material. Fontes externas geralmente são carregadas diretamente no núcleo do reator (por exemplo, nos tubos de dedal guia). Fontes de nêutrons, baseadas na fissão espontânea, são conhecidas como fontes primárias . A fonte primária de nêutrons não precisa ser irradiada para produzir nêutrons. Essas fontes podem ser usadas especialmente no caso de um primeiro núcleo (ou seja, um núcleo que consiste apenas de combustível novo). A fonte primária de nêutrons é baseada na reação de fissão espontânea. A fonte de fissão espontânea mais comumente usada é o isótopo radioativo californium-252. Cf-252 e todas as outras fontes de nêutrons de fissão espontânea são produzidas por irradiação de urânio ou outro elemento transurânico em um reator nuclear, onde os nêutrons são absorvidos no material de partida e em seus produtos de reação subsequentes, transmutando o material de partida no isótopo SF.