In der Kerntechnik ist ein spaltbares Material dasjenige, das dazu fähig ist, eine Kettenreaktion der Atomspaltung zu stützen. Definitionsgemäß können spaltbare Materialien eine Kettenreaktion mit Neutronen jeder Energie stützen. Für die vorherrschende Neutronenergie kann durch jeder langsame Neutronen (d. h. ein Thermalsystem) oder schnelle Neutronen typisch gewesen werden. Spaltbare Materialien können verwendet werden, um Thermalreaktoren mit einem Neutronvorsitzenden Brennstoff zu liefern; Schnell-Neutronreaktoren, ohne Vorsitzende; und Kernexplosivstoffe.

Spaltbar gegen fissionable

Gemäß der spaltbaren Regel sind schwere Isotope mit 90  Z  100 und 2 × Z - N = 43 ± 2, mit wenigen Ausnahmen, (wo N = Zahl von Neutronen und Z = Zahl von Protonen) spaltbar.

"Spaltbar" ist von "fissionable" verschieden. Ein nuclide fähige davon, Spaltung nach dem Gefangennehmen eines Neutrons zu erleben, wird "fissionable" genannt. Ein fissionable nuclide, der zur Spaltung mit der niedrigen Energie Thermalneutronen veranlasst werden kann, wird "spaltbar" genannt. Obwohl die Begriffe früher synonymisch waren, fissionable Materialien schließen auch diejenigen ein (wie Uran 238), der fissioned nur mit energiereichen Neutronen sein kann. Infolgedessen sind spaltbare Materialien (wie Uran 235) eine Teilmenge von fissionable Materialien.

Uran 235 Spaltungen mit der niedrigen Energie Thermalneutronen, weil die Bindungsenergie, die sich aus der Absorption eines Neutrons ergibt, größer ist als die kritische für die Spaltung erforderliche Energie; deshalb ist Uran 235 ein spaltbares Material. Im Vergleich, die Bindungsenergie, die durch Uran veröffentlicht ist, das das 238 Aufsaugen eines Thermalneutrons weniger ist als die kritische Energie, so muss das Neutron zusätzliche Energie für die Spaltung besitzen, um möglich zu sein. Folglich ist Uran 238 ein fissionable Material, aber nicht ein spaltbares Material.

Eine alternative Definition definiert spaltbaren nuclides als jene nuclides, die gemacht werden können, Atomspaltung zu erleben (d. h., sind fissionable), und erzeugen Sie auch Neutronen von solcher Spaltung, die eine Kernkettenreaktion in der richtigen Einstellung stützen kann. Laut dieser Definition, nuclides, die nur fissionable sind, sind jene nuclides, die gemacht werden können, Atomspaltung zu erleben, aber ungenügende Neutronen, entweder in der Energie oder in Zahl zu erzeugen, eine Kernkettenreaktion zu stützen. Als solcher, während alle spaltbaren Isotope fissionable, nicht sind, sind alle fissionable Isotope spaltbar. Im Rüstungskontrolle-Zusammenhang, besonders in Vorschlägen für einen Spaltbaren Materiellen Abkürzungsvertrag, wird der Begriff "spaltbarer" häufig gebraucht, um Materialien zu beschreiben, die in der einer Kernwaffe primären Spaltung verwendet werden können. Das sind Materialien, die eine explosive schnelle Spaltungskettenreaktion stützen.

Laut aller Definitionen oben ist Uran 238 (U-238) fissionable, aber weil es keine Neutronkettenreaktion stützen kann, ist es nicht spaltbar. Neutronen, die durch die Spaltung von U-238 unvermeidlich unelastisch Streuung zu einer Energie unter 1 MeV (d. h., eine Geschwindigkeit von ungefähr 14,000 km/s), die Spaltungsschwelle erzeugt sind, um nachfolgende Spaltung von U-238 zu verursachen, so stützt die Spaltung von U-238 keine Kernkettenreaktion.

Die schnelle Spaltung von U-238 in der sekundären Bühne einer Kernwaffe trägt außerordentlich bei, um zu tragen, und zum radioaktiven Niederschlag. Die schnelle Spaltung von U-238 leistet auch einen bedeutenden Beitrag zur Macht-Produktion von einigen Schnell-Neutronreaktoren.

Spaltbarer nuclides

Im Allgemeinen sind die meisten actinide Isotope mit einer sonderbaren Neutronzahl spaltbar. Der grösste Teil von Kernbrennstoff hat eine sonderbare Atommassenzahl (= die Gesamtzahl von Protonen und Neutronen), und eine gleiche Atomnummer (Z = die Zahl von Protonen). Das bezieht eine ungerade Zahl von Neutronen ein. Isotope mit einer ungeraden Zahl von Neutronen gewinnen zusätzliche 1 bis 2 MeV der Energie davon, ein Extraneutron von der zusammenpassenden Wirkung zu absorbieren, die gerade Zahlen sowohl von Neutronen als auch von Protonen bevorzugt. Diese Energie ist genug, um die erforderliche Extraenergie für die Spaltung durch langsamere Neutronen zu liefern, die wichtig ist, um fissionable Isotope auch spaltbar zu machen.

Mehr allgemein sind Elemente mit einer geraden Zahl von Protonen und einer geraden Zahl von Neutronen, und gelegen in der Nähe von einer wohl bekannten Kurve in der Kernphysik der Atomnummer gegen die Atommassenzahl stabiler als andere; folglich werden sie mit geringerer Wahrscheinlichkeit Spaltung erleben. Sie werden mit größerer Wahrscheinlichkeit das Neutron "ignorieren" und werden es auf seinem Weg gehen lassen, oder man das Neutron absorbiert, aber ohne genug Energie vom Prozess zu gewinnen, um den Kern genug dafür zur Spaltung zu deformieren. Diese "gleich-gleichen" Isotope werden auch mit geringerer Wahrscheinlichkeit spontane Spaltung erleben, und sie haben auch relativ viel längere Halbwertzeiten für das Alpha oder den Beta-Zerfall. Beispiele dieser Elemente sind Uran 238 und Thorium 232. Andererseits sind Isotope mit einer ungeraden Zahl von Neutronen und einer ungeraden Zahl von Protonen (sonderbarer Z, sonderbarer N) kurzlebig, weil sie sogleich durch die Emission der Beta-Partikel zu einem Isotop mit einer geraden Zahl von Neutronen und einer geraden Zahl von Protonen (sogar Z, sogar N) das viel stabilere Werden verfallen. Die physische Basis für dieses Phänomen kommt auch aus der zusammenpassenden Wirkung in der Kernbindungsenergie, aber dieses Mal sowohl vom Protonenproton als auch von der Neutronneutronpaarung. Die kurze Halbwertzeit solcher sonderbar-sonderbaren schweren Isotope bedeutet, dass sie in der Menge nicht verfügbar sind und hoch radioaktiv sind.

Kernbrennstoff

Um ein nützlicher Brennstoff für Atomspaltungskettenreaktionen zu sein, muss das Material:

• Seien Sie im Gebiet der Bindungsenergie-Kurve, wo eine Spaltungskettenreaktion (d. h. über Radium) möglich

ist

• Haben Sie eine hohe Wahrscheinlichkeit der Spaltung auf der Neutronfestnahme
• Veröffentlichen Sie zwei oder mehr Neutronen durchschnittlich pro Neutronfestnahme (was eine höhere durchschnittliche Zahl von ihnen auf jeder Spaltung bedeutet, um Nichtspaltungen und Absorptionen im Vorsitzenden zu ersetzen)

,

• Haben Sie eine vernünftig lange Hälfte des Lebens

Seien Sie

• in passenden Mengen verfügbar

Spaltbare nuclides in Kernbrennstoff schließen ein:

• Uran 235, der in natürlichem Uran und bereichertem Uran vorkommt
• Plutonium 239 hat sich von Uran 238 durch die Neutronfestnahme fortgepflanzt
• Plutonium 241 hat sich von Plutonium 240 durch die Neutronfestnahme fortgepflanzt. Der Pu-240 kommt aus Pu-239 durch denselben Prozess.
• Uran 233 hat sich vom Thorium 232 durch die Neutronfestnahme fortgepflanzt

Spaltbare nuclides haben keine 100-%-Chance, Spaltung auf der Absorption eines Neutrons zu erleben. Die Chance ist vom nuclide sowie der Neutronenergie abhängig. Für den niedrigen und die Neutronen der mittleren Energie sind die Neutronfestnahme-Kreuz-Abteilungen für die Spaltung (σ), die böse Abteilung für die Neutronfestnahme mit der Emission eines Gammastrahls (σ), und der Prozentsatz von Nichtspaltungen im Tisch am Recht.

Siehe auch

• Fruchtbares Material
• Spaltungsprodukt
• Spezielles Kernmaterial
• Kernfusion
• Fissility (Begriffserklärung)
• Spaltbare Regel