Деление ядер - один из процессов распада тяжелых радиоактивных нуклидов. При делении нестабильное ядро распадается на два дочерних фрагмента приблизительно одинакового размера. Деление ядер может происходить как спонтанно, так, и индуцировано при бомбардировке нейтронами, протонами или другими частицами. Примерами реакций деления могут быть:

 

²⁵²Cf ® ¹⁰⁸Ru + ¹⁴⁰Xe + 4n + Q (спонтанное деление)

 

²³⁵U + n ® ²³⁶U ® ⁹⁰Kr + ¹⁴³Ba + 3n + Q (индуцированное деление)

 

При делении ядер высвобождается несколько нейтронов и значительное количество энергии (около 210 МэВ). Эта энергия освобождается в основном в форме кинетической энергии (около 170 МэВ) двух фрагментов ядра, которые разлетаются в противоположном направлении с большой скоростью и несут высокий положительный заряд. При прохождении через кристаллическую решетку твердого вещества эти фрагменты и формируют линейные дефекты, называемые треками.

Способность спонтанного деления характерна только для нуклидов с атомным номером Z ³ 90 и атомной массой А ³ 230, это Th, Pa, U, Np, Pu, и др. Но только ²³²Th и два изотопа урана (²³⁵U и ²³⁸U) встречаются в природных материалах в концентрациях, которые могут быть измерены. Как видно из таблицы 1, треки спонтанного деления, наблюдаемые в природных материалах, в основном сформированы за счет деления ²³⁸U. Два других изотопа урана и торий имеют слишком низкое содержание и/или гораздо более длинный период полураспада, чтобы производить количество треков спонтанного деления сравнимое с количеством треков распада ²³⁸U.

 

Таблица 1. Содержание и период полураспада четырех нуклидов, распространенных в природе и способных к спонтанному делению (Holden, 1989; Wagner, Van den Haute, 1992).

 

 

 В то время как спонтанное деление ядер радионуклидов обычное природное явление, индуцированное деление происходит в природе очень редко, когда имеется значительная концентрация тяжелых элементов (например, урана) и высокий поток энергии (g-излучение) или частиц (нейтроны или a-частицы). Такие условия известны на урановой шахте Окло (Габон, Африка), представляющей собой уникальный природный ядерный реактор, где индуцированное деление урана весьма значительно (Петров, 1977). Шахта Окло является исключением, обычно в природе не происходит индуцированного деления радионуклидов, а природные треки в подавляющем большинстве представляют собой продукт спонтанного деления ²³⁸U. Это главный постулат, на котором основан метод трекового датирования природных веществ. Отметим, что в природных материалах наблюдается еще один вид треков, это треки a-частиц. Они имеют очень короткую длину (0.02-1 mm) и формируются за счет отдачи a-частиц тяжелыми нуклидами при реакциях распада U-Pb, Th-Pb. Треки спонтанного деления ²³⁸U и треки a-частиц не возможно спутать из-за значительной разницы в длине, однако, нарушения вызванные a-распадом играют важную роль при химическом травлении треков спонтанного деления (Gleadow, 1981).  При делении материнского ядра оба фрагмента получают равный момент импульса (MтVт = MлVл). Однако, ни масса, ни кинетическая энергия частиц не равна. Легкий фрагмент получает большую скорость и сохраняет ионизирующую способность на большей дистанции (см. рис. 2).

 

 

Рис. 2. Схематическая иллюстрация разницы в потере энергии вдоль траектории движения для легкого и тяжелого фрагмента при делении ядра радионуклида (Wagner, Van den Haute, 1992). Потери энергии за счет взаимодействия с электронами кристаллической решетки твердого вещества происходят почти вдоль всей траектории движения частицы. Ядерные коллизии играют важную роль только на конечной стадии (пунктирная линия). Rл и Rт – длина нарушения (трека), оставленного легким и тяжелым фрагментом соответственно.

 

далее> наверх^