Діаграма нуклідів із значеннями перерізу поділу тепловими нейтронами. Збільшення розщеплення ізотопів з непарним числом нейтронів є очевидним. Сірі прямокутники представляють неохарактеризовані ізотопи.
Розщеплюваний матеріал — це матеріал, здатний підтримувати ланцюгову реакцію поділу ядра. За визначенням, розщеплюваний матеріал може підтримувати ланцюгову реакцію з нейтронами з тепловою енергією. Розщеплюваний матеріал може бути використаний для палива реакторів на теплових нейтронах, реакторів на швидких нейтронах і .

Розщеплюваний та поділюваний
Відповідно до правила розщеплення Ронена для важкого елемента з 90 ≤ З ≤ 100, його ізотопи з , за кількома винятками, є розщеплюваними (де N = кількість нейтронів і Z = кількість протонів).

Термін розщеплюваний відрізняється від поділюваного. Нуклід, здатний до розщеплення (навіть з низькою ймовірністю) після захоплення нейтрона високої або низької енергії, називається здатним до розщеплення (розщеплюваним). Розщеплюваний нуклід, який з високою ймовірністю можна спонукати до розщеплення тепловими нейтронами низької енергії, називається поділюваним. Розщеплювані матеріали включають також ті (такі як уран-238), у яких поділ може бути викликаний лише нейтронами високої енергії. У результаті поділювані матеріали (такі як уран-235) є підмножиною розщеплюваних матеріалів.

Уран-235 ділиться тепловими нейтронами низької енергії, тому що енергія зв'язку в результаті поглинання нейтрона перевищує критичну енергію, необхідну для поділу; тому уран-235 є поділюваною речовиною. Навпаки, енергія зв'язку, що вивільняється ураном-238, при поглинанні теплового нейтрона, менша за критичну енергію, тому нейтрон повинен мати додаткову енергію, щоб поділ був можливим. Отже, уран-238 є розщеплюваним, але не поділюваним.

Альтернативне визначення визначає поділювані нукліди як ті нукліди, які можна змусити зазнати ядерного поділу (тобто, здатні до поділу), а також здатні виробляти нейтрони в результаті такого поділу, які можуть підтримувати ланцюгову ядерну реакцію в правильних умовах. Згідно з цим визначенням, єдині нукліди, які є розщеплюваними, але не поділюваними, це ті нукліди, які можуть зазнати поділу ядра, але виробляють недостатню кількість нейтронів, або виробляють нейтрони з недостатньою енергією, щоб підтримувати ланцюгову ядерну реакцію. Таким чином, хоча всі поділювані ізотопи є розщеплюваними, не всі розщеплювані ізотопи є поділюваними. У контексті , зокрема в пропозиціях щодо , термін поділюваний часто використовується для опису матеріалів, які можуть бути використані в первинній частині ядерної зброї. Це матеріали, які підтримують вибухову ланцюгову ядерну реакцію поділу швидкими нейтронами .

Згідно з усіма визначеннями вище, уран-238 здатний до розщеплення, але оскільки він не може підтримувати ланцюгову реакцію нейтронів, він не є поділюваним. Нейтрони, утворені поділом U-238 мають нижчу енергію, ніж вихідний нейтрон (вони поводяться як при непружному розсіюванні), зазвичай нижче 1 МеВ (тобто швидкість близько 14 тис. км/с), поріг поділу, щоб викликати наступний поділ U-238, тому поділ U-238 не підтримує ланцюгову ядерну реакцію.

Поділ U-238 швидкими нейтронами на вторинній стадії ядерної зброї робить значний внесок у  і радіоактивне зараження. Поділ U-238 швидкими нейтронами також робить значний внесок у вихідну потужність деяких реакторів на швидких нейтронах.

Подільні нукліди
Загалом, більшість ізотопів актиноїдів з непарним  є розщеплюваними. Більшість ядерного палива мають непарне атомне масове число ( = загальна кількість нуклонів) і парне атомне число Z. Це означає непарну кількість нейтронів. Ізотопи з непарною кількістю нейтронів отримують додатково 1 до 2 МеВ енергії від поглинання додаткового нейтрона, від ефекту спарювання, який сприяє парній кількості нейтронів і протонів. Цієї енергії достатньо, щоб забезпечити необхідну додаткову енергію для поділу повільнішими нейтронами, що важливо для того, щоб розщеплювані ізотопи також були поділюваними.

Загалом, нукліди з парною кількістю протонів і парною кількістю нейтронів, розташовані поблизу  залежності атомного номера від атомного масового числа, стабільніші за інші; отже, вони з меншою ймовірністю зазнають поділу. Вони, швидше за все, «ігноруватимуть» нейтрон і дозволять йому піти своїм шляхом, або ж поглинатимуть нейтрон, але не отримуючи достатньо енергії від процесу, щоб деформувати ядро, щоб воно поділилося. Ці  ізотопи також менш схильні до спонтанного поділу, і вони також мають відносно набагато довший частковий період напіврозпаду для альфа- або бета- розпаду. Прикладами цих ізотопів є уран-238 і торій-232 . З іншого боку, крім найлегших нуклідів, нукліди з непарною кількістю протонів і непарною кількістю нейтронів (непарний Z, непарний N) зазвичай короткоживучі (помітним винятком є  з періодом напіврозпаду 154 000 років), тому що вони легко розпадаються шляхом випромінювання бета-частинок до своїх ізобар з парною кількістю протонів і парною кількістю нейтронів (парне Z, парне N), стаючи набагато стабільнішими. Фізична основа цього явища також походить від ефекту спарювання в енергії ядерного зв'язку, але цього разу як від протон-протонного, так і нейтрон-нейтронного спарювання. Відносно короткий період напіврозпаду таких непарних важких ізотопів означає, що вони недоступні у великій кількості та є високорадіоактивними.

Ядерне паливо
Щоб бути корисним паливом для ланцюгових ядерних реакцій поділу, матеріал повинен:

* Перебувати в області кривої енергії зв'язку, де можлива ланцюгова реакція поділу (тобто над радієм)
* Мають високу ймовірність поділу при захопленні нейтронів
* Вивільнення більше одного нейтрона в середньому за захоплення нейтрона. (Їх достатньо для кожного поділу, щоб компенсувати неподіли та поглинання в сповільнювачі)
* Мати досить довгий період напіврозпаду
* Бути доступним у відповідних кількостях



+Співвідношення захоплення-поділу діляться нуклідів

 Теплові нейтрони



 Епітеплові нейтрони


 σ F (б)

 σ γ (б)

 %



 σ F (б)

 σ γ (б)

 %


 531

 46

 8,0 %

 233 U

 760

 140

 16 %


 585

 99

 14,5 %

 235 U

 275

 140

 34 %


 750

 271

 26,5 %

 239 Pu

 300

 200

 40 %


 1010

 361

 26,3 %

 241 Pu

 570

 160

 22 %

Поділювані нукліди в ядерному паливі включають:

* , отриманий з торію-232 шляхом захоплення нейтронів, без проміжних етапів розпаду.
* Уран-235 міститься в природному і збагаченому урані
* Плутоній-239 отриманий з урану-238 за допомогою захоплення нейтронів без проміжних етапів розпаду.
*  отриманий з плутонію-240 безпосередньо шляхом захоплення нейтронів.

Поділювані нукліди не мають 100 % шансів зазнати поділу при поглинанні нейтрона. Шанс залежить від нукліда, а також від енергії нейтрона. Для нейтронів низьких і середніх енергій поперечний переріз захоплення нейтронів для поділу (σ F), переріз для захоплення нейтронів з випромінюванням гамма-променів (σ γ) і відсоток неподілу наведено в таблиці праворуч. .

Фертильні нукліди в ядерному паливі включають:

* Торій-232, який утворює  шляхом захоплення нейтронів з проміжними етапами розпаду.
* Уран-238, який утворює плутоній-239 шляхом захоплення нейтронів з проміжними етапами розпаду.
*  виділяється з плутонію-239 безпосередньо шляхом захоплення нейтронів.

Див. також

* 
* 
* 

Зноски


Примітки

