Таким образом, процесс деления осуществится, если ядро перейдет из устойчивого состояния a на рис. 5.1.2 (фаза 1 на рис. 5.1.3) в состояние b (фаза 4 на рис. 5.1.3), преодолев потенциальный барьер. Преодоление барьера высотой Wf, как необходимое условие деления, возможно двумя способами.
1. Надбарьерный переход, когда необходимая энергия сообщается ядру в результате ядерной реакции и возбуждаются колебания ядра с амплитудой α > αm, а необходимая энергия возбуждения образующегося промежуточного ядра W2 > Wf (см. рис. 5.1.2) привносится в ядро извне при захвате нейтрона, заряженной частицы или при передачи ядру энергии γ-кванта. Подобный механизм деления, как отмечалось выше, называется вынужденным делением.
2. Деление осуществляется подобно α-распаду при прохождении осколков деления сквозь потенциальный барьер посредством туннельного эффекта. Такая возможность носит название спонтанного деления и осуществляется у самых тяжелых ядер. Необходимая для деформации ядра энергия есть результат квантовомеханических флуктуаций, и носит виртуальный характер. Возможность спонтанного деления определяется барьерным расстоянием (расстояние между точками a и b на рис. 5.1.2), которое при заданной величине Wf барьера деления зависит, в свою очередь, от величины энергии возбуждения ядра W1.
Высота барьера деления Wf для ядра (A,Z) определяется разностью поверхностной и кулоновской энергий делящегося ядра
Wf = Wпов(αm) - Wкул(αm).
(5.1.1)
Поверхностная и кулоновская энергии ядра (A,Z) в результате малой деформации должны быть пропорциональны величинам Wпов(A,Z) и Wкул(A,Z), которые даются вторым и третьим членами формулы (2.1.1):
Wпов(α) = Wпов(A,Z)·φ(α) = a2A2/3 φ(α) ,
(5.1.2)
Wкул(α) = Wкул(A,Z)·ψ(α) = a3 (Z2/A1/3) ψ(α) .
(5.1.3)
Энергетический барьер Wf обращается в нуль, если
Wпов(a = αm) = Wкул(а = αm),
(5.1.4)
Откуда, с учетом (5.1.2) и (5.1.3), получим
.
(5.1.5)
Оценка величины отношения φ(αm)/ ψ(αm) по капельной модели дает величину, равную 2. В зависимости от оценок величин коэффициентов а2 и а3 в формуле Вейцзеккера (2.1.1) равенство (5.1.5) будет иметь вид:
.
(5.1.6)
Деление образовавшегося ядра, если выполняется условия (5.1.6) будет происходить мгновенно (за время ~ 10‑23c).
Отношение Z2/A называется параметром делимости, а его величина определяет вероятность спонтанного деления. Чем меньше параметр делимости, тем меньше, как правило, вероятность спонтанного деления. Данные, представленные в таблице 5.1.1, иллюстрируют подобную тенденцию.
Таблица 5.1.1.
Нуклид
232Th
238U
240Pu
244Cm
252Cf
256Fm
Z2/A
35
35,6
36,8
37,8
38,1
39
T1/2, лет
1,4·1021
8,1·1015
1,2·1011
1,3·107
85,4
2,7 час
Для того, чтобы ядро с Z2/A < 45 разделилось быстро, т.е. надбарьерным путем, в ядро должна быть, как указано выше, внесена энергия возбуждения, превышающая барьер деления Wf .