自發(fā)裂變（spontaneous fission）是一種放射性衰變，原子核在沒有粒子轟擊或不加入能量的情況下發(fā)生的裂變。這種現(xiàn)象只發(fā)生于高原子序的化學元素，重核分裂成兩個或幾個中等質(zhì)量的碎片，同時發(fā)射出中子和能量。自發(fā)裂變是在沒有外來粒子轟擊的情形下自行發(fā)生的核裂變，它同樣可用半衰期來衡量裂變發(fā)生的難易程度。天然元素的自發(fā)裂變僅見于和的同位素。比較α衰變，鈾和釷的自發(fā)裂變的分支比很小，幾乎可以忽略。自發(fā)裂變產(chǎn)物與核裂變所產(chǎn)生的相同，但是正如其他形式的核衰變，自發(fā)裂變是由于量子隧穿效應(yīng)，而不像人工核裂變需要以中子或其他粒子撞擊來誘發(fā)。
基本內(nèi)容
放射性衰變方式之一。1940年K.A.彼得扎克和G.N.弗廖羅夫首先觀察到238 U核自行發(fā)生裂變現(xiàn)象，其半衰期為10^16～10^17年。自發(fā)裂變與α衰變一樣是量子力學隧道效應(yīng)的結(jié)果。原子核邊界有一裂變勢壘，電荷數(shù)比釷核低的核素，裂變勢壘太高，不可能自發(fā)裂變；230 Th、235 U、239 Pu等核素自發(fā)裂變的概率都很小，半衰期都在10^15～10^17年，自發(fā)裂變都不是它們的主要衰變方式；隨著超鈾核素的不斷產(chǎn)生，自發(fā)裂變率增大，逐漸成為一些核素的主要衰變方式，例如254 Cf的自發(fā)裂變占99.69％，T1/2＝60.5天。自發(fā)裂變產(chǎn)物為豐中子核素，極不穩(wěn)定，可放出中子或發(fā)生β-衰變。某些自發(fā)裂變核素已用作不需加速器和反應(yīng)堆的中子源。
理論上質(zhì)量數(shù)（A）大于等于93的β衰變穩(wěn)定同量素都可以發(fā)生自發(fā)裂變，因此理論上能夠自發(fā)裂變的最輕天然核素為-93（93 41Nb）和-94（94 42Mo）。然而在自然界的鈮和鉬同位素中卻都沒有觀測到自發(fā)裂變的跡象。目前只有在質(zhì)量數(shù)232以上的核素中才實際觀測到自發(fā)裂變現(xiàn)象的發(fā)生。其中最輕的核素為釷-232（232 90Th），其半衰期大于宇宙的年齡。釷-232、鈾-235（235 92U）及鈾-238（238 92U）雖然有極低幾率發(fā)生自發(fā)裂變，但絕大多數(shù)時間都進行α衰變。鈾-238和鈾-235自發(fā)衰變時，衰變碎片會在含鈾礦物晶體結(jié)構(gòu)中留下破壞的痕跡，這些痕跡稱為“裂變徑跡”，是放射性定年法中裂變徑跡定年法的基礎(chǔ)。
鋦-250（250 96Cm）是已知最輕的以自發(fā)裂變?yōu)橹饕プ兡Ｊ降?a href="/hebeideji/915800706222784320.html">核素。至于最容易進行自發(fā)裂變的元素主要為原子序數(shù)為100以上的人造錒系金屬及系后元素，例如、、等。自發(fā)裂變和核裂變一樣產(chǎn)生中子，因此如果達到了臨界質(zhì)量，自發(fā)裂變能夠初始自我維持的連鎖反應(yīng)。另外，明顯發(fā)生自發(fā)裂變的放射性核素能作為中子源，例如-252（半衰期2.645年，自發(fā)裂變分支比約為3.1%）便有此應(yīng)用。所產(chǎn)生的中子能用以檢查航空行李中是否藏有爆炸品，或測量高速公路及建筑物土質(zhì)的濕度。
要計算一種原子核是否能自發(fā)裂變，并其發(fā)生時長足夠短以允許現(xiàn)行方法進行觀測，能用以下公式約算：Z^2/A ≥ 47。其中Z為原子序而A為原子量。如果自發(fā)裂變所減少的原子核數(shù)量是可忽略的，那該過程能準確地模擬為泊松分布。在這種情況下，短時段內(nèi)發(fā)生自發(fā)裂變的概率與時長大約成正比。
衰變類型
放射性同位素衰變方式主要有：
1.α衰變
原子核自發(fā)地放射出α粒子而轉(zhuǎn)變成另一種核的過程叫做α衰變。對于天然放射性同位素而言，只有質(zhì)量數(shù)A大于140的重原子核才能產(chǎn)生α衰變，特別是原子序數(shù)Z大于82和質(zhì)量數(shù)A大于209的放射性同位素，都以α衰變?yōu)橹鳌?/p>
2.β衰變
β粒子有正、負電子之分，放出正電子的稱β+衰變，放出負電子的為β-衰變。
3.軌道電子俘獲
原子核捕獲一個核外軌道電子的過程稱為軌道電子捕獲。
軌道電子捕獲捕獲和β衰變所產(chǎn)生的子體是相同的，究竟發(fā)生那一類衰變，取決于衰變前后能量的變化。
4.γ衰變
γ射線是從原子核內(nèi)部放出的一種電磁輻射，常伴隨α或β射線產(chǎn)生。γ衰變的母體和子體是同種同位素，只是原子核內(nèi)部能量狀態(tài)不同而已。γ衰變亦可稱為同質(zhì)異能躍遷。
5.核自發(fā)裂變
重核分裂成兩個或幾個中等質(zhì)量的碎片，同時發(fā)射出中子和能量的過程稱為原子核自發(fā)裂變。自發(fā)裂變是在沒有外來粒子轟擊的情形下自行發(fā)生的核裂變，它同樣可用半衰期來衡量裂變發(fā)生的難易程度。天然元素的自發(fā)裂變僅見于鈾和釷的同位素。比較α衰變，鈾和釷的自發(fā)裂變的分支比很小，幾乎可以忽略。
參考資料 >