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摘要裂变能不能发生将取决于复合核的激发能大小和库伦能与表面能的比χ=Z²/A的大小。当χ到一定值时，原子核可以发生自发裂变。它与α衰变一样，是量子隧穿的结果。本文分别通过理论与实验两个角度介绍人们对自发裂变现象认识的发展，其中理论中又分为半经典方法和动力学方法。利用半经典方法计算已知的偶偶核重核半衰期并查阅实验数据进行验证。我们利用新的自发裂变公式计算了100Fm元素的几个同位素的寿命，观察出在寿命曲线两边的元素寿命极短，该同位素会快速衰变成其他元素。25322
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关键词 衰变,自发裂变,半衰期、半经典方法、动力学方法、液滴模型。
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Title Phenomenological description of spontaneous fission of heavy nuclei
Abstract
Whether fission can happen depends on the excitation energy of the compound nuclear excitation energy and the ratio between Coulomb energy and surface energy χ = Z²/A. When x reaches to a certain value, the nuclear fission can occur spontaneously and are the results of barrier penetration，just like alpha decay.In this paper, we introduce the development of spontaneous fission phenomenon in two perspectives: Theory and experiment.There are empirical formulas and the dynamic method in the theory.We use Semi classical formula to calculate the half-life of several even-even nuclei of heavy nuclei and review the experimental data for validation.
Keywords spontaneous fission half-life, semi-empirical formula, dynamics, liquid drop model.
目 次
1 引言 1
2 自发裂变理论方法 3
2.1 半经典方法3
2.1.1 寿命公式3
2.1.2 新寿命公式4
2.2 动力学方法 8
2.2.1 势能计算9
2.2.2惯性张量计算9
2.2.3 自发裂变半衰期计算 9
2.2.4 变形空间10
2.3 变液滴模型 11
3 自发裂变实验进展15
4 理论计算结果及分析 18
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 引言
放射性衰变这样定义：已知的两千余种核素，没有很多稳定的。不稳定是因为他们会自发蜕变，成为另外一种核素，与此同时放出各种射线。1896年贝克勒尔（H.Becguerel）首先发现了铀的放射现象，这是人类认识原子核的开始。放射性元素钚和镭在1897年被居里夫妇发现。α、β射线在1899年被发现，γ射线在1900年发现。1934年约里奥.居里夫妇第一次人工制造放射性成功，这是人工制备放射性元素的开始。放射现象的重要性在于他们不仅为人们提供了原子核内部运动的许多重要信息，而且在工农医等许多领域中展现了广泛的实际应用。至今，人们已发现的放射性衰变模式有：（1）α衰变（2）β衰变（3）γ衰变（4）自发裂变（SF）（5）几种罕见的衰变模式。核裂变是指由重的原子核，主要是指铀核或钚核，分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。核裂变是裂变核电站、原子弹和核能发电站的能量来源。我们可以用热中子冲击235U原子，释放出两到四个中字，这些中子再去冲击其他原子，从而形成链式反应，这个铀裂变在核电厂最常见。裂变能否发生将取决于复合核的激发能大小及库伦能与表面能之比χ=Z²/A的大小。当χ达到一定程度时，原子核可以发生自发裂变，它与α衰变一样，是势垒贯穿的结果。但是一般情况下，他是一个十分缓慢的过程，而且，由于α衰变与它竞争，它往往不是核的主要衰变方式，因此一直到1940年，人们才发现铀核的自发裂变过程。[1]
在原子核系统中主要存在着三种相互作用:核子核子之间的强相互作用、β衰变过程中的弱相互作用、相互排斥的质子之间的库伦相互作用。尽管这些力己被人们熟知,但这些力在原子核系统中错综复杂，相互作用难以预测和计算。一般超重核或重核系统可能很不稳定,它可以自发地通过β衰变、自发裂变和α衰变等衰变类型向另一能量较稳定的状态过渡。量子力学认为,自发裂变和α衰变一样都是一种量子隧穿效应。我们知道自然的比较重的核素自发裂变几率很低,而α衰变概率要比其自发裂变高出好多倍,他们都将跟着原子序数的增加而迅速增加,并且自发裂变几率的增加速度对原子序数的增加更灵敏。对很多Z = 98以后的核素,它们的自发裂变的速度超过了α衰变的速度,这也是为什么自然界中不存在自然态的超铀元素的原因。1965年Myers推广了液滴模型公式，预言了超重核稳定岛存在，他的做法是将原子核近似为球形情况引入壳修正。随后Nilsson等系统计算并预言了 Z= 114和184是双幻核,围绕它的附近可能存在有较长半寿命的核素,又称“稳定岛”。直到现在对超重核性质的研究以及稳定岛的寻找一直是国际各著名核物理实验室和工作组研究的重要领域。另外,天体演化理论和元素起源普遍认为恒星演化至超新星阶段的产生超铀元素，是由超新星爆炸时由恒星中较轻的元素快速连续俘获中子而产生的。这样的天体合成过程(也称之为γ过程)进行至A = 256时,是由于合成重元素的自发裂变而截止的。因此,自发裂变将是限制超铀元素存在的最主要因素。研宄认为,重核和超重核的主要衰变方式是自发裂变和衰变,它们之间的竞争决定了超重核的寿命和衰变方式,因此原子核自发裂变的研究也是近年来核物理基础研究和应用的热门课题之一。此外,依照自发裂变理论发展起来的自发裂变径迹法在轿究地球科科学、考古古以及推定年代等方面也有着广泛的应用。