La espalación nuclear ( cascarilla , producir ráfagas) es una reacción nuclear en la que un núcleo atómico es golpeado por una partícula incidente ( neutrón , protón ...) o una onda electromagnética de alta energía (desde 50 MeV y hasta unos pocos GeV ). Bajo la violencia del impacto, el núcleo objetivo se descompone, produciendo chorros de partículas más ligeras (neutrones, protones o núcleos ligeros de deuterio o helio , o incluso litio ). El núcleo obtenido después de la reacción es generalmente de menor masa atómica que el núcleo original. En algunas reacciones, la espalación conduce a la fisión , donde una partícula emitida tiene una masa comparable a la del núcleo restante.
Las energías involucradas en la espalación son suficientes para que la estructura del núcleo ya no tenga una influencia fuerte, sino más baja que las que permiten la aparición de procesos partónicos ( quarks ).
Dadas las altas energías involucradas, la espalación es una reacción común durante la nucleosíntesis primordial . También participa en la interacción de los rayos cósmicos con la materia, un fenómeno importante para los vuelos espaciales.
La atmósfera de la Tierra sufre reacciones de espalación nuclear bajo el impacto de los rayos cósmicos, al igual que la superficie de los cuerpos expuestos en el espacio, como los meteoritos o la luna. Los rastros de espalación muestran que el material ha sido expuesto en la superficie y permiten estimar la duración de esta exposición. Los isótopos de aluminio , berilio o cloro , formados por la espalación de elementos terrestres por rayos cósmicos, han sido detectados hasta la superficie de la Tierra .
La composición de los propios rayos cósmicos muestra que participaron en procesos de espalación, lo que provocó un exceso de elementos ligeros (Li, B y Be) sobre las abundancias cósmicas naturales. Estos elementos adicionales que se encuentran en forma de rayos cósmicos se formaron por la espalación de los rayos cósmicos que chocan a lo largo de su trayectoria interestelar con átomos de oxígeno, nitrógeno, carbono y quizás silicio.
El concepto de espalación nuclear fue propuesto en 1937 por el futuro premio Nobel Glenn Seaborg en su tesis doctoral sobre la dispersión de neutrones inelásticos.
La espalación se utiliza como fuente de intensos haces de protones o núcleos de deuterio , tritio , helio 3 o helio 4 (de 2 a 10 MeV). Para ello se utiliza un blanco de mercurio, tantalio u otro metal pesado, sometido al bombardeo de protones o nucleones desde un acelerador de partículas de alta energía, la mayoría de las veces un sincrotrón . Cada impacto puede producir de veinte a treinta neutrones, inicialmente de muy alta energía, le quitan buena parte de la energía inicial del protón.
La producción de neutrones resulta mucho menos costosa a través de un reactor nuclear. Sin embargo, el método de espalación tiene la ventaja de producir un haz que se puede modular fácilmente.
La fuente de neutrones de espalación (SNS), construida en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge , se basa en este principio. Fue incluido en 2007 en el Libro Guinness de los Récords como la fuente más fuerte de neutrones producidos hasta la fecha.
Como objeto de investigación, la espalación real se puede utilizar para producir muchos núcleos lejos del valle de estabilidad. Así, el cloro 38 se produjo por espalación de protones de 70 MeV sobre una diana de cobre 63. El estudio de la espalación y los fragmentos producidos permite validar los modelos teóricos sobre el núcleo y sus estados excitados.
Como aplicación tecnológica, la espalación produce grandes flujos de neutrones de alta energía, que pueden tener diversas aplicaciones.