La fisión ternaria es un tipo de fisión nuclear relativamente poco frecuente (entre el 0,2 y el 0,4 % de los casos) en el que se generan tres productos cargados en lugar de dos. Como en otros procesos de fisión nuclear, en la fisión ternaria se producen otras partículas no cargadas, como múltiples neutrones y rayos gamma .
La fisión ternaria puede ocurrir durante la fisión inducida por neutrones o en la fisión espontánea (el tipo de desintegración radiactiva). Aproximadamente un 25 % más de fisión ternaria ocurre en la fisión espontánea en comparación con el mismo sistema de fisión formado después de la captura de neutrones térmicos, [1] lo que ilustra que estos procesos siguen siendo 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 (ver más abajo).
El proceso de fisión nuclear más común es la "fisión binaria". Produce dos productos de fisión asimétricos cargados , con un producto cargado con máxima probabilidad a 95 ± 15 y 135 ± 15 u de masa atómica. 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, en un número que oscila entre 2 y 4 fisiones por cada 1000, el proceso de fisión ternaria alternativa produce tres fragmentos con carga positiva (más neutrones, que no tienen carga y no se tienen en cuenta en este cálculo). El más pequeño de los productos con carga puede tener desde una carga y una masa tan pequeñas como un solo protón (Z=1) hasta un fragmento tan grande como el núcleo de argón (Z=18).
Aunque partículas tan grandes como núcleos de argón pueden producirse como el producto cargado más pequeño (tercero) en la fisión ternaria habitual, los fragmentos pequeños más comunes de la fisión ternaria son núcleos de helio-4, que constituyen aproximadamente el 90% de los productos de fragmentos pequeños. Esta alta incidencia está relacionada con la estabilidad (alta energía de enlace) de la partícula alfa , que hace que haya más energía disponible para la reacción. Las segundas partículas más comunes producidas en la fisión ternaria son los tritones (los núcleos de tritio ), que constituyen el 7% del total de fragmentos pequeños, y las terceras son los núcleos de helio-6 (que se desintegran en aproximadamente 0,8 segundos a litio-6). Los protones y los núcleos más grandes están en la fracción pequeña (< 2%) que compone el resto de los productos cargados pequeños. Las dos partículas cargadas más grandes de la fisión ternaria, particularmente cuando se producen alfas, son bastante similares en distribución de tamaño a las producidas en la fisión binaria.
La energía del tercer producto, mucho más pequeño, suele oscilar entre 10 y 20 MeV. En consonancia con su origen, las partículas alfa producidas por fisión ternaria suelen tener energías medias de unos ~16 MeV (nunca se han visto energías tan grandes en la desintegración alfa). Dado que suelen tener una energía significativamente mayor que las partículas alfa de ~5 MeV de la desintegración alfa , se las denomina en consecuencia " alfas de largo alcance " (en referencia a su mayor alcance en el aire u otros medios).
Los otros dos fragmentos más grandes se llevan, en sus energías cinéticas, el resto de la energía cinética de fisión (que normalmente suma ~170 MeV en la fisión de elementos pesados) que no aparece como la energía cinética de 10 a 20 MeV que se lleva el tercer producto más pequeño. Por lo tanto, los fragmentos más grandes en la fisión ternaria son cada uno menos energéticos, en un promedio de 5 a 10 MeV, de lo que se ve que son en la fisión binaria.
Aunque el proceso de fisión ternaria es menos común que el proceso binario, aún produce una importante acumulación de gas helio-4 y tritio en las barras de combustible de los reactores nucleares modernos. [2] Este fenómeno fue detectado inicialmente en 1957, en las inmediaciones del Laboratorio Nacional del Río Savannah . [3]
Un tipo muy raro de proceso 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 producto dividen la energía de fisión en tres partes casi iguales y tienen energías cinéticas de ~ 60 MeV. La fisión ternaria verdadera hasta ahora solo se ha observado en núcleos bombardeados por iones pesados de alta energía. [4]
Otro proceso de fisión poco frecuente, que se produce en aproximadamente 1 de cada 10 millones de fisiones, es la fisión cuaternaria. Es análoga a la fisión ternaria, salvo que se observan cuatro productos cargados. Normalmente, dos de ellos son partículas ligeras; el modo más común de fisión cuaternaria parece ser el de dos partículas grandes y dos partículas alfa (en lugar de una alfa, el modo más común de fisión ternaria). [5]