裂變截面

裂變截面指原子發生裂變反應的截面，是核燃料循環的一個重要參數。

基本介紹

• 中文名：裂變截面
• 外文名：Fission section
• 過程：裂變反應

定義

裂變截面指原子發生裂變反應的截面，是核燃料循環的一個重要參數。

許多裂變核素諸如²³⁵U和²³⁹pu在核能套用中的重要價值已為人們所熟知。其他²³⁸pu、^242mAm、²⁴⁵Cm、²⁴⁷Cm、²⁴⁹Cf和²⁵¹Cf等的套用價值也越來越為人們所重視，其原因是^242mAm等超缽核素具有很大的熱中子裂變截面，是製造小型核反應堆感興趣的燃料；²³⁸pu、²⁴²Cm和²⁴⁴Cm等用作同位素能源有無噪聲、無污染、體積小、壽命長、運行可靠、不受周圍環境影響的突出優點;許多核素本身就是或可用它們製成好的放射性中子源，如²⁵²Cf的自發裂變中子是標準的裂變譜中子源，²⁴¹Am-Be, ²⁴²Cm-Be和²⁴⁴Cm-Be中子源也是常用的放射性中子源。但上面所提到的這些錒系核素除²³⁵U外，其他都是人工（主要是在核反應堆中）生產出來的。為了對這些核素及其他各超缽核素的產額作出較為可靠的估算，它們的熱中子裂變截面是很重要的數據。此外在通過再循環處理核反應堆產生的放射性廢物中也需要這些核素的熱中子裂變截面值。

研究背景

到目前為止，雖已有了一定數量的測量數據，但有些核素由於樣品難得或其他實驗上的困難，還缺少這方面的數據。因此對已有的數據進行系統學分析，找出某些經驗規律來預報或估算那些沒有測量數據的核素的裂變截面值就成了滿足需要的一種有效方法，也是對核裂變現象進一步加深認識的一種途徑。

裂變截面的系統學研究早在五十年代就已開始，六十年代以後，隨著測量數據的增多系統學工作增多了，面也加寬了。如3-5Mete中子能區的裂變截面系統學，奇-奇核熱中子裂變截面系統學，自發裂變半衰期系統學，裂變碎片總平均動能系統學等。但對整個錒系核的熱中子裂變截面作系統學研究的工作還未看到過。

我們從核數據的需要出發，對能收集到的61個錒系核的熱中子裂變截面作了系統學分析，得到了一些規律，並據此推算和預報了約100個核素的熱中子裂變截面值。對絕大部分有測量數據的核素來說，推算值與測量值在誤差範圍內是一致的。

錒系核熱中子裂變截面的系統特性

61個有測量數據的錒系核的熱中子裂變截面值按其中子數的奇偶分別列在表1的左側和右側，並把這些核的熱中子裂變截面值按核的質量數畫在圖1上。此外還把四對同質異能態核的熱中子裂變截面值和自旋專門列在表2中。由這些表和圖可以較清楚的看到錒系核的熱中子裂變截面具有以下幾個系統性特點：

1、熱中子裂變截面的大小主要與核的中子數的奇偶性有關，與質子數或質量數的奇偶性無關或關係不大。總的看來，奇中子核的熱中子裂變截面大，偶中子核的熱中子裂變截面小。表1中列出了34個奇中子核和27個偶中子核的裂變截面值。這些數值除超缽核素取自我們自己的評價外，其他皆取自Holden的評價。由這些數據可以看到，大部分偶中子核的熱中子裂變截面小於1b，只有幾個核大於10b,裂變截面最大的²³⁶pu也只不過150b。但對奇中子數的核來說，除²³⁷U的裂變截面小於0.35b外，其他核皆大於10b，而且大部分核的裂變截面都在100b以上。這一現象與原子核中的中子有配對相處的效應是一致的。即當人射的中子與靶核形成偶中子核時其結合能比奇中子核要大，複合核的激發能往往超過裂變位壘的高度，因而容易發生裂變，其表現就是裂變截面大。

2、圖1畫出了熱中子裂變截面的對數值與核質量數A的關係，直線相聯的是同中子數核。由它可以看到，無論是偶中子核還是奇中子核，.中子數相同的核素在一定限度內熱中子裂變截面的對數值都有隨質量數A的增加而增加的趨向，有的並表現出甚好的線性。我們注意到，²¹³U、²³⁷Pu、²³⁹Pu、²⁴³Cm和²⁴⁵Cm等5個核的熱中子裂變截面值若按線性外推，正好分別處在中子數N=139、143、145、147和149的直線的上端，並超過了10⁴b。但它們的實際測量值都比線性外推值小得很多，好像錒系核的熱中子裂變截面存在一個極限值。在此極限下，圖1明顯表示出奇中子核和偶中子核的熱中子裂變截面對數值分別構成上下兩組直線。

3、對於奇一奇核具有高自旋的同質異能態核素有較大的熱中子裂變截面，表2專門列出了4對同質異能態核素的自旋和裂變截面值作為比較。從中可以清楚地看到，自旋值大的態裂變截面也大。有趣的是當基態的自旋值比已處於激發中的同質異能態的自旋值大時，基態的裂變截面也比異能態的大。顯示出核的自旋對裂變的影響在此情況下比激發能還要大。

熱中子裂變截面的推算和預報

使用上面得到的三個線性方程，對婀系核的熱中子裂變載面值作了推算和預報，其中包括29個沒有測量數據的核素。結果見表1第四列。從有測量數據的核素看，絕大部分推算值與測量值在誤差範圍內是一致的。但有兩個核的推算值與測量值之間相差甚遠，一個是奇中子核²³⁷U測量值小於0.35b，推算值則為14b；另一個是偶中子核²⁴²Cm，測量值小於5b，推算值則為303b。

考慮到現有的規律性還有一些例外，因而推算時小心地將範圍限制在對於偶中子核N小於或等於152；對於奇中子核，N小於155；所以只給出29個沒有測量數據和10個只有截面值上限或下限的核素的預報值。