查看“︁自發裂變”︁的源代码

{{NoteTA
|G1=Chemistry
|G2=Physics
|G3=核能
}}
'''自發裂變'''（{{lang-en|spontaneous fission}}）是一種[[放射性衰變]]，只發生於高[[原子序]]的[[化學元素]]。由於元素的[[核結合能]]在[[原子量]]約為58個[[原子質量單位]]（u）時最高，因此更高質量的[[原子核]]可能會自發性地[[核分裂|分裂]]為數個較小的原子核，以及一些單獨的[[核子]]。

理論上[[質量數]]（A）大於等於93的{{link-en|β衰變穩定同量素|beta-decay stable isobars}}都可以發生自發裂變（包括[[α衰變]]） ，因此理論上能夠自發裂變的最輕[[天然核素]]為[[鈮的同位素|鈮-93]]（{{nuclide|Nb|93}}）和[[鉬的同位素|鉬-94]]（{{nuclide|Mo|94}}）。然而在自然界的鈮和鉬同位素中卻都沒有觀測到自發裂變的跡象。

目前只有在[[質量數]]232以上的核素中才實際觀測到自發裂變現象的發生。其中最輕的核素為[[釷-232]]（{{nuclide|Th|232}}），其[[半衰期]]大於[[宇宙]]的年齡。釷-232是具有發生自發裂變的證據的最輕{{le|原始核素|Primordial nuclide}}。钍-232、[[鈾-235]]（{{nuclide|U|235}}）及[[鈾-238]]（{{nuclide|U|238}}）雖然有極低機率發生自發裂變，但絕大多數時間都進行[[α衰變]]。因此這些核素的自發裂變幾乎可以忽略，只在使用衰變分支比計算元素的[[放射性]]時用到。鈾-238和鈾-235自發衰變時，衰變碎片會在含鈾礦物晶體結構中留下破壞的痕跡。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。

[[鋦的同位素|鋦-250]]（{{nuclide|Cm|250}}）是已知最輕的以自發裂變為主要衰變模式的核素。至於最容易進行自發裂變的元素主要為原子序數為100以上的[[人造元素|人造]][[錒系元素]]及[[錒系後元素]]，例如[[鍆]]、[[鐒]]、[[鑪]]等。

要計算一種原子核是否能自發裂變，並其發生時長足夠短以允許現行方法進行觀測，能用以下公式約算：
:<math>\hbox{Z}^2/\hbox{A}\ge47.</math><ref>{{cite book
  | last = Krane
  | first = Kenneth S.
  | title = Introductory Nuclear Physics
  | url = https://archive.org/details/introductorynucl00kran
  | publisher = [[John Wiley & Sons]]
  | year = 1988
  | pages = [https://archive.org/details/introductorynucl00kran/page/n505 483]–484 (Equation 13.3)
  | isbn = 978-0-471-80553-3 }}</ref>

其中Z為[[原子序]]而A為[[原子量]]。

顧名思義，自發裂變產物與人工[[核裂變]]所產生的相同。但是正如其他形式的核衰變，自發裂變是由於[[量子隧穿效應]]，而不像人工核裂變需要以中子或其他粒子撞擊來誘發。自發裂變和誘發裂變一樣產生中子，因此如果達到了臨界質量，自發裂變能夠初始自我維持的連鎖反應。另外，明顯發生自發裂變的放射性核素能作為[[中子源]]。例如[[鉲]]-252（半衰期2.645年，自發裂變分支比約為3.1%）便有此應用。所產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]]及建築物土質的溼度。

如果自發裂變所減少的原子核數量是可忽略的，那該過程能準確地模擬為[[泊松分佈]]。在這種情況下，短時段內發生自發裂變的概率與時長大約成正比。

==自發裂變率==
自發裂變率：<ref>{{cite book 
  | last = Shultis
  | first = J. Kenneth
  | coauthors = Richard E. Faw
  | title = [[Fundamentals of Nuclear Science and Engineering]]
  | publisher = [[Marcel Dekker, Inc.]]
  | year = 2002
  | pages = [https://archive.org/details/fundamentalsnucl00shul_145/page/n455 137] (table 6.2)
  | isbn = 0-8247-0834-2 }}</ref>

{| class="wikitable"
|-
! 核素 
! 半衰期
! 每次衰變的裂變概率
! 每次衰變的中子產數
! 每克每秒的中子產數
|-
| <sup>235</sup>U
| 7.04x10<sup>8</sup>年
| 7.0x10<sup>−11</sup>
| 1.86
| 1.0x10<sup>−5</sup>
|-
| <sup>238</sup>U
| 4.47x10<sup>9</sup>年
| 5.4x10<sup>−7</sup>
| 2.07
| 0.0136
|-
| <sup>239</sup>Pu
| 2.41x10<sup>4</sup>年
| 4.4x10<sup>−12</sup>
| 2.16
| 2.2x10<sup>−2</sup>
|-
| <sup>240</sup>Pu
| 6569年
| 5.0x10<sup>−8</sup>
| 2.21
| 920
|-
| <sup>250</sup>Cm
| 8300年
| 0.80
| ?
| ?
|-
| <sup>252</sup>Cf
| 2.638年
| 3.09x10<sup>−2</sup>
| 3.73
| 2.3x10<sup>12</sup>
|}

事實上<sup>239</sup>Pu無可避免地會含有一定量的<sup>240</sup>Pu，因為<sup>239</sup>Pu在製造時會吸收一顆額外的中子。因為<sup>240</sup>Pu有高自發裂變率，因此它是必須移除的污染物。武器級的鈽樣本中有不超過7.0%的<sup>240</sup>Pu。

甚少使用的槍型核彈的臨界接入時間大約為1毫秒，而在這段時間內發生自發裂變的機會需要很小，所以只能使用<sup>235</sup>U。幾乎所有核彈都用內爆法。

自發裂變在原子核進行超形變時會發生得更快。

==歷史==
最先發現的裂變反應是由[[中子]]引發的裂變。由於[[宇宙射線]]能製造中子，所以很難區分由中子引致的裂變和自發裂變事件。用厚厚的一層岩石或水可以有效地遮蔽宇宙射線。自發裂變在1940年由[[蘇聯]]物理學家[[格奧爾基·弗廖羅夫]]和Konstantin Petrzhak<ref>{{cite journal |author=G. Scharff-Goldhaber and G. S. Klaiber |year=1946 |month= |title=Spontaneous Emission of Neutrons from Uranium |journal=Phys. Rev. |volume=70 |issue=3–4 |pages=229–229  |doi=10.1103/PhysRev.70.229.2|bibcode = 1946PhRv...70..229S }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.nato.int/acad/fellow/94-96/sutyagin/01-02.htm |title=Igor Sutyagin: The role of nuclear weapons and its possible future missions |access-date=2012-06-04 |archive-date=2016-03-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160303170244/http://www.nato.int/acad/fellow/94-96/sutyagin/01-02.htm }}</ref>在觀察[[莫斯科地鐵]]Dinamo站中位於地下60米的鈾時發現。<ref>[http://n-t.ru/ri/ps/pb092.htm K. Petrzhak: How the spontaneous fission was discovered] {{Wayback|url=http://n-t.ru/ri/ps/pb092.htm |date=20120114124805 }} (in Russian)</ref>

==參考資料==
{{reflist}}

==外部連結==
* [[Image:Ndslivechart.png]] '''[http://www-nds.iaea.org/livechart The LIVEChart of Nuclides - IAEA ]''' with filter on spontaneous fission decay

<!--Categories-->
{{原子核物理学}}
[[Category:原子核物理學]]
[[Category:放射性]]

<!--Interwiki-->