ฟิชชันเกิดเอง

ฟิชชันเกิดเอง (Spontaneous fission, SF) เป็นรูปแบบของลักษณะการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีของไอโซโทปหนัก ตามหลักทฤษฎีแล้ว เป็นไปได้ที่จะเกิดกับนิวเคลียสอะตอมที่มีมวลมากกว่าหรือเท่ากับ 100 หน่วยมวลอะตอม (u) นั่นคือ ธาตุที่อยู่ใกล้กับรูทีเนียม อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติแล้ว ฟิชชันเกิดเองจะเกิดได้เมื่อมวลอะตอมมากกว่า 230 u (ธาตุที่อยู่ใกล้กับทอเรียม) ธาตุที่ไวต่อฟิชชันเกิดเองจะเป็นธาตุแอกทิไนด์เลขอะตอมสูง เช่น เมนเดลีเวียม และ ลอว์เรนเซียม, และธาตุทรานส์-แอกทิไนด์ เช่น รัทเทอร์ฟอร์เดียม

สำหรับยูเรเนียมและทอเรียม รูปแบบฟิชชันเกิดเองสามารถเกิดขึ้นได้ แต่ไม่พบว่าเป็นส่วนมากของการสลายกัมตรังสี ทั่วจะถูกละเลย ยกเว้นต้องการการพิจารณาของอัตราการแตกกิ่ง (branching ratio) เมื่อกำหนดภาวะของตัวอย่างที่ประกอบไปด้วยธาตุเหล่านี้ เกณฑ์ฟิชชันเกิดเองสามารถประมาณค่าด้วยสมการ:

${\displaystyle {\hbox{Z}}^{2}/{\hbox{A}}\geq 45}$^{[ต้องการอ้างอิง]}

เมื่อ Z คือเลขอะตอม และ A คือเลขมวล (นั่นคือ 235 สำหรับ U-235)

ฟิชชันเกิดเองให้ผลคล้ายกับนิวเคลียร์ฟิชชันซึ่งเกิดจากการถูกชน อย่างไรก็ตามฟิชชันเกิดเองก็เหมือนกับรูปแบบอื่นของการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่เกิดจาก quantum tunneling โดยปราศจากการปะทะอะตอมโดยนิวตรอนหรืออนุภาคอื่นในนิวเคลียร์ฟิชชันซึ่งเกิดจากการถูกชน ฟิชชันเกิดเองจะปลดปล่อยนิวตรอนเหมือนกับฟิชชันทั่วไป ดังนั้นเมื่อเกิดมวลวิกฤติ ฟิชชันเกิดเองก็จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ยิ่งไปกว่านั้น ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีสำหรับฟิชชันเกิดเองเป็นรูปแบบการสลายที่สำคัญที่อาจเป็นต้นกำเนิดนิวตรอน แคลิฟอร์เนียม-252 (ครึ่งชีวิต 2.645 ปี, SF branch ratio 3.09%) ถูกนำมาใช้ในจุดประสงค์นี้บ่อย ๆ

ตราบเท่าที่การแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอมให้การลดทอนเพียงเล็กน้อยของผลรวมของนิวเคลียสนั้นสามารถเกิดฟิชชันเกิดเองได้ กระบวนการนี้คือกระบวนการป้วส์ซอง (Poisson process): สำหรับช่วงเวลาสั้น ๆ ความน่าจะเป็นของฟิชชันเกิดเองเป็นสัดส่วนต่อความยาวของช่วงเวลา

ฟิชชันเกิดเองของยูเรเนียม-238 ทำให้เกิดร่องรอยในแร่ที่มียูเรเนียมอยู่ตามการถดถอยของชิ้นส่วนการแบ่งแยกตัวตลอดโครงสร้างผลึก ร่องรอยนี้หรือ รอยแบ่งแยกนิวเคลียส (fission tracks) ซึ่งเป็นพื้นฐานการตรวจหาอายุจากกัมมันตภาพรังสี (radiometric dating) ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่าการหาอายุจากรอยแบ่งแยกนิวเคลียส (fission track dating)

แหล่งข้อมูลอื่น

• The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on spontaneous fission decay, in Java or HTML