การแตกเป็นเสี่ยง (ฟิสิกส์)

การแตกเป็นเสี่ยง (อังกฤษ: Spallation) เป็นกระบวนการหนึ่งที่ชิ้นส่วนของวัสดุจะถูกดีดออกมาจากร่างกายใด ๆ เนื่องจากการกระทบหรือความเครียด ในบริบทของกลศาสตร์การกระทบมันจะอธิบายการดีดออกหรือการระเหยของวัสดุจากเป้าหมายระหว่างการกระทบจากวัตถุวิถีโค้ง ในฟิสิกส์ของดาวเคราะห์ การแตกเป็นเสี่ยงจะอธิบายการกระทบจากอุกกาบาตบนพื้นผิวของดาวเคราะห์และผลกระทบของลมดวงดาวในบรรยากาศของดาวเคราะห์ ในบริบทของการทำเหมืองแร่หรือธรณีวิทยา การแตกเป็นเสี่ยงอาจหมายถึงชิ้นส่วนของหินที่แตกออกจากผิวหน้าของหินเนื่องจากความเครียดภายในหินนั้น โดยทั่วไปมันเกิดขึ้นบนผนังปล่องเหมือง ในบริบทของมานุษยวิทยา, การแตกเป็นเสี่ยงเป็นกระบวนการที่ใช้ในการทำเครื่องมือหินเช่นหัวลูกศรโดยการเคาะหรือทุบ ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ การแตกเป็นเสี่ยงเป็นกระบวนการที่นิวเคลียสหนักปลดปล่อยนิวคลีออนออกมาเป็นจำนวนมากเป็นผลมาจากการถูกชนด้วยอนุภาคย่อยพลังงานสูง ดังนั้นน้ำหนักอะตอมจึงลดลงอย่างมาก

การแตกเป็นเสี่ยงเป็นผลมาจากการชนที่อาจเกิดขึ้นโดยที่มีหรือไม่มีการทะลุเข้าไปในเนื้อวัตถุที่ถูกชนนั้น คลิ๊กที่ภาพเพื่อดูภาพเคลื่อนไหว

การแตกเป็นเสี่ยงของนิวเคลียสจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติใน ชั้นบรรยากาศของโลก เนื่องจากการกระทบของ รังสีคอสมิก และยังเกิดขึ้นบนผิวของวัตถุในอวกาศอีกด้วยเช่น อุกกาบาต และ ดวงจันทร์ หลักฐานของการแตกเป็นเสี่ยงจากรังสีคอสมิก (หรือเรียกว่า "การทำลาย" (อังกฤษ: spoliation)) เป็นหลักฐานที่แสดงว่าวัสดุที่พูดถึงได้ถูกเปิดรับบนพื้นผิวของวัตถุที่มันเป็นส่วนหนึ่ง และให้วิธีการวัดความยาวของระยะเวลาของการเปิดรับที่ องค์ประกอบของต้วรังสีคอสมิกเองยังแสดงให้เห็นว่าพวกมันได้รับความเดือดร้อนจากการแตกเป็นเสี่ยงก่อนที่จะตกถึงพื้นโลก เพราะสัดส่วนขององค์ประกอบแสงเช่น Li, B และ Be ในตัวพวกมันจะมีปริมาณสูงเกินกว่าค่าเฉลี่ยของความสมบูรณ์ในจักรวาล; องค์ประกอบเหล่านี้ในรังสีคอสมิกเห็นได้ชัดว่าเกิดจากก่อตัวขึ้นจากการแตกเป็นเสี่ยงของออกซิเจน, ไนโตรเจน, คาร์บอนและบางทีก็ซิลิกอน ในแหล่งที่มาของรังสีคอสมิกหรือในระหว่างการเดินทางที่แสนไกลของพวกมันจนถึงที่นี่ สารที่เกิดขึ้นจากการแตกเป็นเสี่ยงขององค์ประกอบพื้นราบภายใต้การโจมตี จากรังสีคอสมิก เช่น ไอโซโทป ของ อะลูมิเนียม, เบริลเลียม, คลอรีน, ไอโอดีน, และ นีออน สารเหล่านี้ได้มีการตรวจพบบนโลก

การแตกเป็นเสี่ยงของนิวเคลียสเป็นหนึ่งในกระบวนการที่ เครื่องเร่งอนุภาค อาจถูกใช้ในการผลิตลำแสงของ นิวตรอน. ปรอท, แทนทาลัม, ตะกั่ว หรือเป้าหมายโลหะหนักอื่น ๆ ถูกนำมาใช้ และนิวตรอน 20 ถึง 30 ตัวถูกไล่ออกหลังจากถูกกระทบในแต่ละครั้ง แม้ว่านี่จะเป็นวิธีที่มีราคาแพงอย่างมากในการผลิตลำแสงนิวตรอนกว่าวิธีที่ผลิตโดยปฏิกิริยาลูกโซ่ของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ มันมีข้อได้เปรียบที่ว่าลำแสงสามารถถูกทำให้เป็นคลื่นกระตุกได้อย่างง่ายดาย แนวคิดของ การแตกเป็นเสี่ยงของนิวเคลียสได้ถูกประกาศเกียรติคุณเป็นครั้งแรกโดย ผู้ได้รับรางวัลโนเบล นายเกล็น ที Seaborg ในวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาใน การกระเจิงของนิวตรอนแบบไม่ยืดหยุ่น ในปี 1937

การผลิตนิวตรอนที่แหล่งนิวตรอนจากการแตกเป็นเสี่ยง

บทความหลัก: วิทยาศาสตร์กับนิวตรอน

บทความย่อย: แหล่งนิวตรอนจากการแตกเป็นเสี่ยง|ธันวาคม 2015

โดยทั่วไปการผลิตนิวตรอนที่แหล่งนิวตรอนจากการแตกเป็นเสี่ยงจะเริ่มต้นด้วยเครื่องเร่งโปรตอนพลังงานสูง วิธีนี้มักจะทำกันไม่บ่อยไปกว่าเครื่องซินโครตรอน ยกตัวอย่างเช่น แหล่งนิวตรอน ISIS จะขึ้นอยู่กับชิ้นส่วนบางอย่างของอดีต Nimrod synchrotron นิมรอดไม่ค่อยเป็นต่อในการใช้กับฟิสิกส์ของอนุภาค ดังนั้นมันจึงถูกแทนที่ด้วยซินโครตรอนตัวใหม่ ในตอนแรกโดยการใช้หัวฉีดแบบเดิม แต่มันผลิตลำแสงโปรตอนที่เป็นแบบกระตุกเข้มข้นสูง ในขณะที่นิมจะผลิตประมาณ 2 µA ที่ 7 GeV, ISIS จะผลิต 200 µA ที่ 0.8 GeV ลำแสงนี้จะถูกทำให้กระตุกที่อัตรา  Hz และลำแสงเข้มข้นของโปรตอนนี้จะถูกโฟกัสไปยังเป้าหมายหนึ่ง มีการทดลองหลายครั้งที่ทำกับเป้าหมายที่หมดยูเรเนียมแล้ว แต่แม้ว่าเครื่องเหล่านี้จะผลิตลำแสงนิวตรอนที่เข้มข้นที่สุด พวกมันก็ยังมีชีวิตที่สั้นที่สุด เพราะฉะนั้นโดยทั่วไป เป้าหมายที่เป็นแทนทาลัมได้ถุกนำมาใช้ กระบวนการการแตกเป็นเสี่ยงในเป้าหมายจะผลิตนิวตรอนหลายตัว ขั้นแรกที่ พลังงานสูงมาก-เศษส่วนที่ดีของพลังงานโปรตอน. จากนั้นนิวตรอนเหล่านี้จะชะลอตัวในตัวหน่วงที่เติมเต็มด้วยไฮโดรเจนเหลวหรือมีเทนเหลวเข้าสู่ระดับพลังงานที่จำเป็นสำหรับเครื่องมือสร้างการกระเจิง ในขณะที่โปรตอนสามารถโฟกัสได้เนื่องจากพวกมันมีประจุ นิวตรอนที่ไม่มีประจุจะไม่สามารถทำได้ ดังนั้นในการจัดเรียงนี้ เครื่องมือจะถูกจัดเรียงรอบ ๆ ตัวหน่วง

ดูเพิ่มเติม: แหล่งนิวตรอน ISIS, แหล่งที่มานิวตรอนจากการแตกเป็นเสี่ยง, l3=SINQ

ฟิวชั่นที่คุมขังเฉื่อย (อังกฤษ: Inertial confinement fusion) มีศักยภาพในการผลิตนิวตรอนได้มากกว่าการแตกเป็นเสี่ยง นี่อาจเป็นประโยชน์สำหรับการถ่ายภาพรังสีด้วยนิวตรอน ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการค้นหาตำแหน่งของไฮโดรเจนอะตอมในโครงสร้างต่าง ๆ, ในการแก้ปัญหาการเคลื่อนไหวของความร้อนของอะตอมและการศึกษาการกระตุ้นสะสมของโฟตอนด้วยประสิทธิภาพที่มากขึ้นกว่ารังสีเอ็กซ์

อ้างอิง

1. "Spallation Target | Paul Scherrer Institut (PSI)". Psi.ch. สืบค้นเมื่อ 2015-12-12.
2. Seaborg & Seaborg 2001, p. 40
3. "Scientific and Luminary Biography - Glenn Seaborg". Argonne National Laboratory. Retrieved June 16, 2013.
4. Taylor, Andrew; Dunne, M; Bennington, S; Ansell, S; Gardner, I; Norreys, P; Broome, T; Findlay, D; Nelmes, R (February 2007). "A Route to the Brightest Possible Neutron Source?". Science. 315 (5815): 1092–1095. Bibcode:2007Sci...315.1092T. doi:10.1126/science.1127185. PMID 17322053.