클러스터 붕괴

Cluster decay
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중입자 방사능 또는 중이온 방사능이라고도 불리는 클러스터 붕괴는 원자핵이 중성자와 양성자의 작은 "클러스터"를 방출하는 드문 형태의 핵붕괴이다.세 개의 조각으로 이루어진 삼원분열은 또한 성단 크기의 생성물을 생성한다.모핵에서 양성자가 손실되면 질량 번호d A = A - Ae, 원자 번호d Z = Z - Z인e 다른 원소인 딸의 핵으로 변화한다. 여기서e A = Ne + [1]Z이다e.예를 들어 다음과 같습니다.

223
88Ra
 → C
 + Pb

이러한 유형의 희귀 붕괴 모드는 알파 방출에 의해 주로 붕괴되는 방사성 동위원소에서 관측되었으며, 그러한 모든 [2]동위원소에 대한 붕괴의 극히 일부에서만 발생한다.

알파 붕괴에 대한 분기 비율은 다소 작습니다(아래 표 참조).

T와ac T는 각각 알파 붕괴와 클러스터 방사능에 상대적인 모핵의 반감기이다.

알파 붕괴와 마찬가지로 클러스터 붕괴는 양자 터널링 과정입니다. 방출되기 위해서는 클러스터가 잠재적 장벽을 통과해야 합니다.이것은 3원 핵분열에서 빛 파편 방출에 선행하는 보다 랜덤한 핵분열과는 다른 과정이며, 이것은 또한 특정 핵종에서 자발적인 방사성 붕괴의 한 종류일 수 있으며, 입력 에너지가 핵분열에 반드시 필요하지 않다는 것을 증명한다.기계적으로 다른 프로세스입니다.

이론적으로 방출된 에너지(Q값)가 양의 값인 Z > 40의 핵은 클러스터 이미터가 될 수 있습니다.실제로 관측치는 충분히 짧은 반감기, Tc < 10초32 및 충분히 큰 분기 비율 B > 10을−17 필요로 하는 현재 사용 가능한 실험 기법에 의해 부과되는 한계로 심각하게 제한된다.

콜드 핵분열 현상이나 알파 붕괴와 같이 파편 변형과 들뜸에 대한 에너지 손실이 없는 경우, 총 운동 에너지는 Q-값과 동일하며 선형 운동량 보존에 의해 요구되는 질량에 반비례하여 입자 간에 분할된다.

여기서d A는 딸의 질량수, Ad = A - A입니다e.

클러스터 붕괴는 알파 붕괴(핵이 He 핵을 뿜어내는 것)와 무거운 핵이 두 개 이상의 큰 조각과 여러 개의 중성자로 분할되는 자발적 핵분열 사이의 중간 위치에 존재한다.자발적 핵분열은 결국 딸 산물의 확률적 분포로 끝나 클러스터 붕괴와 구별된다.특정 방사성 동위원소의 클러스터 붕괴에서 방출된 입자는 광핵이며 붕괴 방법은 항상 동일한 입자를 방출합니다.무거운 방출 성단의 경우 성단 붕괴와 자발적 냉분열 사이에 질적 차이가 거의 없습니다.

역사

원자핵에 대한 최초의 정보는 20세기 초에 방사능을 연구함으로써 얻어졌다.오랜 기간 동안 세 가지 종류의 핵붕괴 모드(알파, 베타, 감마)만 알려져 있었다.그것들은 자연의 세 가지 기본적인 상호작용을 보여줍니다: 강한 것, 약한 것, 그리고 전자기적인 것.자발적 핵분열은 1940년 콘스탄틴 페트르자크와 게오르기 플리오로프에 의해 발견된 직후에 더 잘 연구되었다. 이는 유도 핵분열의 군대와 평화적인 적용 때문이다.이것은 1939년경 오토 한, 리제 마이트너, 프리츠 스트라스만에 의해 발견되었다.

그 밖에도 많은 종류의 방사능이 있다. 예를 들어 클러스터 붕괴, 양성자 방출, 다양한 베타 지연 붕괴 모드(p, 2p, 3p, n, 2n, 3n, 4n, d, t, 알파, f), 핵분열 이성질체, (삼원) 핵분열을 동반하는 입자 등이 있다.하전 입자의 방출을 위한 전위 장벽의 높이는 주로 쿨롱 성질의 것으로 방출 입자의 관측된 운동 에너지보다 훨씬 높다.자발적 붕괴는 양자 터널링에 의해서만 설명될 수 있습니다. 양자 역학이 알파 붕괴에 대해 G. 가모프에 의해 주어진 핵에 대한 첫 번째 적용과 비슷한 방식으로요.

"1980년. Sandulescu, D.N. Poenaru 및 W. Greiner는 알파 붕괴와 자발적 핵분열 사이의 중핵의 새로운 유형의 붕괴 가능성을 나타내는 계산을 기술했다. 1984년 H.J. Rose와 G.A. Jones가 라듐-223에서 방출한 30MeV, 탄소-14를 최초로 관찰했다.

[3]

보통 그 이론은 이미 실험적으로 관찰된 현상을 설명한다.클러스터 붕괴는 실험적인 발견 이전에 예측된 드문 현상 중 하나입니다.이론적인 예측은 실험적인 [5]발견이 있기 4년 [4]전인 1980년에 이루어졌다.

네 가지 이론적 접근법이 사용되었습니다: 단편들의 질량 분포를 얻기 위해 변수로 질량 비대칭성을 갖는 슈뢰딩거 방정식을 풀어서 파편화 이론, 알파 붕괴의 전통적인 이론에서 사용된 것과 유사한 투과성 계산, 그리고 초대칭 핵분열 모델, 수치(NuSAF) 및 분석(ASAF)입니다.초대칭 핵분열 모델은 비대칭 2중심 셸 모델[7][8] 레벨 에너지를 셸 및 쌍 보정에 대한 입력 데이터로 사용하는 거시적 현미경적[6] 접근법에 기초한다.다른 전하 대 질량비로[11] 확장되는 액체[9] 방울 모델 또는 유카와 플러스[10] 지수 모델을 사용하여 거시적 변형 에너지를 계산했다.

침투성 이론은 Ra, Th, U, Pu, Cm, Cf, Fm, No의 부모 핵으로부터 C, Ne, Mg, Si, Ar, Ca의 8가지 붕괴 모드를 예측했다.

최초의 실험 보고서는 1984년에 발표되었는데, 옥스포드 대학의 물리학자들은 Ra가 알파 방출에 의해 10억 개의 붕괴9 중 하나의 C핵을 방출한다는 것을 발견했다.

이론.

양자 터널링은 핵분열 이론을 더 큰 질량 비대칭으로 확장하거나 알파 붕괴 [12]이론에서 방출된 더 무거운 입자에 의해 계산될 수 있습니다.

핵분열 유사 접근법과 알파 유사 접근법 모두 붕괴 상수(\} = ln 2 / Tc)를 3가지 모델 의존량의 곱으로 나타낼 수 있다.

여기서 \는 방호벽에 대한 초당 공격 빈도, S는 핵 표면에서 클러스터의 사전 형성 확률s, P는 외부 방호벽의 투과율이다.알파 유사 이론에서 S는 세 파트너(부모, 딸, 방출 클러스터)의 파동 함수의 중첩 적분이다.핵분열 이론에서 프리포메이션 확률은 초기 회전점i R에서t [13]접촉점 R까지의 장벽 내부부의 투과율이다.Wentzel-Kramers-Brillouin(WKB) 근사치를 사용하여 계산되는 경우가 많습니다.

새로운 붕괴 모드를 체계적으로 검색하기 위해 상위-배출 클러스터 조합 10개5 중 매우 많은 수가 고려되었다.Dorin N Poenaru, Walter Greiner 등이 개발한 ASAF 모델을 사용하여 합리적인 시간에 대량의 연산을 수행할 수 있었다.이 모델은 클러스터 붕괴에서 측정 가능한 양을 예측하는 데 사용된 첫 번째 모델입니다.다른 종류의 반감기 계산이 보고되기 전에 150개 이상의 클러스터 붕괴 모드가 예측되었습니다.반감기, 분기 비율 및 운동 에너지의 포괄적인 표가 발표되었다. 예를 들어 [14][15]ASAF 모델 내에서 고려된 것과 유사한 잠재적 장벽 모양은 거시 현미경 [16]방법을 사용하여 계산되었다.

이전에는[17] 알파 붕괴조차도 냉간 핵분열의 특정 사례로 간주될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.ASAF 모델은 콜드 알파 붕괴, 클러스터 붕괴, 콜드 핵분열을 통일된 방식으로 기술할 수 있다(참고문헌 [2]의 그림 6.7, 페이지 287 참조).

알파 붕괴를 포함한 질량수 Ae를 가진 모든 종류의 클러스터 붕괴 모드에 대해 적절한 근사치로 하나의 유니버설 곡선(UNIV)을 얻을 수 있다.

로그 척도에서 방정식 로그 T = f(logs P)는 반감기를 추정하는 데 편리하게 사용할 수 있는 단일 직선을 나타냅니다.알파 붕괴 및 군집 붕괴 모드에 대한 단일 범용 곡선은 로그 T + 로그 S = f(로그s P)[18]로 표현됩니다.짝수, 짝수 및 홀수 부모 핵의 세 그룹에서의 클러스터 붕괴에 대한 실험 데이터는 알파 유사 R 매트릭스 이론을 사용하여 도출된 핵분열 유사 UNIV와 UDL[19] 두 가지 유형의 보편적 곡선 모두에 의해 비교 가능한 정확도로 재생성된다.

방출된 에너지를 찾기 위해

부모, 딸, 방출된 핵의 측정된[20] 질량 M, Md, M의e 컴파일을 사용할 수 있다. c는 광속이다.질량 초과는 아인슈타인의 공식 E = mc에2 따라 에너지로 변환된다.

실험

클러스터 붕괴를 관찰하는 데 있어 가장 큰 실험적인 어려움은 알파 입자의 배경에 대해 몇 가지 희귀한 사건을 식별해야 하는 필요성에서 비롯된다.실험적으로 결정된 양은 부분 반감기 T와c 방출된 클러스터k E의 운동 에너지이다.또한 방출된 입자를 식별할 필요가 있습니다.

방사선의 검출은 물질과의 상호작용에 기초해 주로 이온화를 일으킨다.C 이온을 식별하기 위해 반도체 망원경과 기존의 전자 장치를 사용하여, 로즈와 존스의 실험은 11개의 유용한 이벤트를 얻기 위해 약 6개월 동안 진행되었다.

오르세 국립 연구소와 아르곤느 국립 연구소의 최신 자기 분광계(SOLENO 및 Enge-split pole)를 사용한다(참조 자료 7장 참조).[2] 페이지 188–188), 매우 강력한 선원을 사용할 수 있어 몇 시간 만에 결과를 얻을 수 있었다.

알파 입자에 둔감한 고체핵궤적검출기(SSNTD)와 알파 입자가 강한 자기장에 의해 편향되는 자기분광계가 이 어려움을 극복하기 위해 사용되었다.SSNTD는 싸고 편리하지만 화학적 식각과 현미경 스캔이 필요합니다.

버클리, 오르세, 두브나, 밀라노에서 수행된 클러스터 붕괴 모드에 대한 실험에서 중요한 역할은 P에 의해 수행되었다.뷰포드 프라이스, 아이드 하워니, 미셸 후손누아, 스베틀라나 트레티아코바, A. A. 오글로블린, 로베르토 보네티, 그리고 그들의 동료들.

2010년까지 실험적으로 관측된 20개의 방사체의 주요 영역은 Z=86 이상이다: Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U, Pu, Cm.Ba의 C붕괴, Ac의 N붕괴, Th의 O붕괴, Th의 Ne붕괴, U의 Mg붕괴, Np의 Mg붕괴, Pu와 Am의 Si붕괴의 경우에만 검출할 수 있었다.

클러스터 방출체 중 일부는 세 개의 천연 방사성 패밀리에 속한다.다른 것들은 핵반응에 의해 생성되어야 한다.지금까지 홀수 방사체는 관찰되지 않았습니다.

분석 초대칭 핵분열(ASAF) 모델에서 예측된 알파 붕괴에 대한 반감기와 분기 비율을 가진 많은 붕괴 모드에서 C, O, F, Ne, Mg 및 Si의 11개가 실험적으로 확인되었다.실험 데이터가 예측 값과 잘 일치합니다.강한 셸 효과를 볼 수 있다.일반적으로 반감기의 최단값은 딸핵이 중성자(Nd=126) 및/또는 양성자(Zd=82)의 매직수를 가지고 있을 때 구한다.

2010년 현재 알려진 클러스터 배출량은 다음과 같습니다.[21][22][23]

동위원소 방출 입자 분기율 로그 T Q(MeV)
114바 12C. 3.4×10−5 미만 4.10 이상 18.985
221프루 14C. 8.14×10−13 14.52 31.290
221라 14C. 1.15×10−12 13.39 32.394
222라 14C. 3.7×10−10 11.01 33.049
223라 14C. 8.9×10−10 15.04 31.829
224라 14C. 4.3×10−11 15.86 30.535
223AC 14C. 3.2×10−11 12.96 33.064
225AC 14C. 4.5×10−12 17.28 30.476
226라 14C. 3.2×10−11 21.19 28.196
228Th(Th) 20오 1.13×10−13 20.72 44.723
230Th(Th) 24네 5.6×10−13 24.61 57.758
231빠 23에프 9.97×10−15 26.02 51.844
24네 1.34×10−11 22.88 60.408
232U 24네 9.16×10−12 20.40 62.309
28Mg 1.18×10−13 미만 > 22.26 74.318
233U 24네 7.2×10−13 24.84 60.484
25네 60.776
28Mg 1.3×10−15 미만 > 27.59 74.224
234U 28Mg 1.38×10−13 25.14 74.108
24네 9.9×10−14 25.88 58.825
26네 59.465
235U 24네 8.06×10−12 27.42 57.361
25네 57.756
28Mg 1.8×10−12 미만 > 28.09 72.162
29Mg 72.535
236U 24네 < 9 . 2 × 10−12 25.90 이상 55.944
26네 56.753
28Mg 2×10−13 27.58 70.560
30Mg 72.299
236푸 28Mg 2.7×10−14 21.52 79.668
237Np 30Mg 1.8×10−14 미만 > 27.57 74.814
238푸 32시 1.38×10−16 25.27 91.188
28Mg 5.62×10−17 25.70 75.910
30Mg 76.822
240푸 34시 6×10−15 미만 25.52 이상 91.026
241암 34시 < 7 . 4 × 10−16 > 25.26 93.923
242Cm 34시 1×10−16 23.15 96.508

미세 구조

Ra의 C 방사능 중 미세구조는 M에 의해 처음으로 논의되었다.Greiner와 W. Scheid 1986년.[24]IPN 오르세이의 초전도 분광계 SOLENO는 1984년부터 Ra 핵에서 방출된 C 군집을 식별하기 위해 사용되어 왔다.또한 딸의 들뜬 상태로의 변화를 관찰하는 미세한 구조를 발견하는 데 사용되었습니다[25][26].참고 자료에서 예측된 C 들뜸 상태의 전이는 아직 관찰되지 않았다.

놀랍게도 실험자들은 딸의 첫 번째 흥분 상태로의 이행이 지상 상태로의 이행보다 더 강한 것을 보았다.분리되지 않은 핵자가 부모 핵과 딸 핵 모두에서 동일한 상태에 있는 경우 전환이 선호된다.그렇지 않으면 핵 구조의 차이가 큰 장애로 이어진다.

해석은[27] 확인되었다. 변형 모파 함수의 주요 구면 구성요소는 i 문자를11/2 가지고 있다. 즉, 주 구성요소는 구면이다.

레퍼런스

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