fisión ternaria

La fisión ternaria es un tipo de fisión nuclear relativamente raro (entre el 0,2 % y el 0,4 % de los eventos) en el que se producen tres productos cargados en lugar de dos. Al igual que en otros procesos de fisión nuclear, en la fisión ternaria se producen otras partículas sin carga, como neutrones múltiples y rayos gamma .

La fisión ternaria puede ocurrir durante la fisión inducida por neutrones o en la fisión espontánea (un tipo de desintegración radiactiva). Aproximadamente un 25 % más de fisión ternaria ocurre en la fisión espontánea que en el mismo sistema de fisión formado después de la captura de neutrones térmicos, ^{[ 1 ]} lo que ilustra que estos procesos permanecen físicamente ligeramente diferentes, incluso después de la absorción del neutrón, posiblemente debido a la energía adicional presente en el sistema de reacción nuclear de la fisión inducida por neutrones térmicos.

También se conoce la fisión cuaternaria, con una frecuencia de 1 por cada 10 millones de fisiones (véase más abajo).

El proceso de fisión nuclear más común es la fisión binaria. Produce dos productos de fisión asimétricos cargados , con masas atómicas máximamente probables de 95±15 y 135±15 u . Sin embargo, en esta fisión convencional de núcleos grandes, el proceso binario ocurre simplemente porque es el más probable desde el punto de vista energético. 

En un reactor nuclear, el proceso alternativo de fisión ternaria produce entre 2 y 4 fisiones por cada 1000, tres fragmentos con carga positiva (más neutrones, que no tienen carga y no se incluyen en este cálculo). El fragmento más pequeño puede tener una carga y masa tan pequeñas como las de un protón (Z=1) o tan grandes como el núcleo de argón (Z=18).

Aunque en la fisión ternaria habitual pueden producirse partículas tan grandes como núcleos de argón como producto cargado más pequeño (tercero), los fragmentos pequeños más comunes de la fisión ternaria son los núcleos de helio-4, que constituyen aproximadamente el 90 % de los fragmentos pequeños. Esta alta incidencia está relacionada con la estabilidad (alta energía de enlace) de la partícula alfa , lo que proporciona más energía a la reacción. Las segundas partículas más comunes producidas en la fisión ternaria son los tritones ( núcleos de tritio ), que constituyen el 7 % del total de fragmentos pequeños, y las terceras más comunes son los núcleos de helio-6 (que se desintegran en aproximadamente 0,8 segundos a litio-6). Los protones y los núcleos más grandes se encuentran en la pequeña fracción (< 2 %) que constituye el resto de los productos cargados pequeños. Las dos partículas cargadas más grandes de la fisión ternaria, particularmente cuando se producen partículas alfa, tienen una distribución de tamaño bastante similar a las producidas en la fisión binaria.

La energía del tercer producto, mucho más pequeño, suele oscilar entre 10 y 20 MeV. De acuerdo con su origen, las partículas alfa producidas por fisión ternaria suelen tener energías medias de aproximadamente 16 MeV (energías tan elevadas nunca se observan en la desintegración alfa). Dado que estas suelen tener una energía significativamente mayor que las partículas alfa de aproximadamente 5 MeV procedentes de la desintegración alfa , se las denomina, por consiguiente, " alfas de largo alcance " (en referencia a su mayor alcance en el aire u otros medios).

Los otros dos fragmentos de mayor tamaño transportan, en sus energías cinéticas, el resto de la energía cinética de fisión (que suele ser de aproximadamente 170 MeV en la fisión de elementos pesados) que no aparece como la energía cinética de 10 a 20 MeV transportada por el tercer producto más pequeño. Por lo tanto, los fragmentos más grandes en la fisión ternaria son, cada uno de ellos, menos energéticos, en un rango típico de 5 a 10 MeV, que en la fisión binaria.

Aunque la fisión ternaria es menos común que la fisión binaria, aún produce una acumulación significativa de helio-4 y tritio en las barras de combustible de los reactores nucleares modernos. ^{[ 2 ]} Este fenómeno se detectó inicialmente en 1957, en los alrededores del Laboratorio Nacional de Savannah River . ^{[ 3 ]}

Un tipo muy raro de fisión ternaria se denomina a veces "fisión ternaria verdadera". Produce tres fragmentos cargados de tamaño casi igual (Z ~ 30), pero solo ocurre en aproximadamente 1 de cada 100 millones de eventos de fisión. En este tipo de fisión, los núcleos resultantes dividen la energía de fisión en tres partes casi iguales y tienen energías cinéticas de ~ 60 MeV. Hasta ahora, la fisión ternaria verdadera solo se ha observado en núcleos bombardeados por iones pesados ​​de alta energía. ^{[ 4 ]}

Otro proceso de fisión poco frecuente, que ocurre en aproximadamente 1 de cada 10 millones de fisiones, es la fisión cuaternaria. Es análoga a la fisión ternaria, con la diferencia de que se observan cuatro productos cargados. Normalmente, dos de estos son partículas ligeras, y el modo más común de fisión cuaternaria aparentemente consiste en dos partículas grandes y dos partículas alfa (en lugar de una sola alfa, el modo más común de fisión ternaria). ^{[ 5 ]}