Температура нейтронов - Neutron temperature

В температура обнаружения нейтронов, также называемый энергия нейтронов, указывает на свободный нейтрон с кинетическая энергия, обычно дается в электрон-вольт. Период, термин температура используется, поскольку горячие, тепловые и холодные нейтроны модерируется в среде с определенной температурой. Затем распределение нейтронов по энергии адаптируется к Максвелловское распределение известен тепловым движением. Качественно, чем выше температура, тем выше кинетическая энергия свободных нейтронов. В импульс и длина волны нейтрона связаны через соотношение де Бройля. Большая длина волны медленных нейтронов позволяет получить большое поперечное сечение.^[1]

Диапазоны распределения энергии нейтронов

Названия диапазонов энергии нейтронов^[2][3]

Нейтронная энергия	Диапазон энергии
0,0–0,025 эВ	Холодные нейтроны
0,025 эВ	Тепловые нейтроны
0,025–0,4 эВ	Надтепловые нейтроны
0,4–0,5 эВ	Кадмиевые нейтроны
0,5–1 эВ	Эпикадмиевые нейтроны
1–10 эВ	Медленные нейтроны
10–300 эВ	Резонансные нейтроны
300 эВ – 1 МэВ	Промежуточные нейтроны
1–20 МэВ	Быстрые нейтроны
> 20 МэВ	Сверхбыстрые нейтроны

Но в других источниках наблюдаются разные диапазоны с разными названиями.^[4]

Ниже приводится подробная классификация:

Термический

А тепловой нейтрон представляет собой свободный нейтрон с кинетической энергией около 0,025 эВ (около 4,0 × 10⁻²¹ J или 2,4 МДж / кг, следовательно, скорость 2,19 км / с), что является наиболее вероятной энергией при температуре 290 K (17 ° C или 62 ° F), Режим из Распределение Максвелла – Больцмана для этой температуры.

После ряда столкновений с ядрами (рассеяние ) в среде (замедлитель нейтронов ) при этой температуре те нейтроны которые не поглощаются, достигают этого уровня энергии.

Тепловые нейтроны имеют другую, а иногда и гораздо большую эффективность поглощение нейтронов поперечное сечение для данного нуклид чем быстрые нейтроны, и поэтому часто могут легче поглощаться атомное ядро, создавая более тяжелые, часто неустойчивый изотоп из химический элемент как результат. Это событие называется нейтронная активация.

Эпитермальный

^{[пример необходим ]}

• Нейтроны с энергией больше тепловой
• Более 0,025 эВ

Кадмий

^{[пример необходим ]}

• Нейтроны, сильно поглощаемые кадмием
• Менее 0,5 эВ.

Эпикадмий

^{[пример необходим ]}

• Нейтроны, которые не сильно поглощаются кадмием
• Более 0,5 эВ.

Медленный

^{[пример необходим ]}

• Нейтроны по энергии немного больше, чем нейтроны эпикадмия.
• Менее 1 до 10 эВ.

Резонанс

^{[пример необходим ]}

• Относится к нейтронам, которые очень чувствительны к неделительному захвату U-238.
• От 1 эВ до 300 эВ

Средний

^{[пример необходим ]}

• Нейтроны между медленными и быстрыми
• От нескольких сотен эВ до 0,5 МэВ.

Быстрый

А быстрый нейтрон свободный нейтрон с уровнем кинетической энергии, близким к 1MэВ (100 ТJ /кг ), следовательно, скорость 14000 км /s, или выше. Они названы быстрый нейтроны чтобы отличить их от тепловых нейтронов более низких энергий и нейтронов высоких энергий, образующихся в космических ливнях или ускорителях.

Быстрые нейтроны образуются в ядерных процессах:

• Ядерное деление производит нейтроны со средней энергией 2 МэВ (200 ТДж / кг, т.е. 20 000 км / с), что считается «быстрым». Однако диапазон нейтронов от деления определяется Распределение Максвелла – Больцмана от 0 до примерно 14 МэВ в центр импульса кадра распада, и Режим энергии составляет всего 0,75 МэВ, а это означает, что менее половины нейтронов деления квалифицируются как «быстрые» даже по критерию 1 МэВ.^[5]
• Самопроизвольное деление это тип радиоактивного распада, которому подвергаются некоторые тяжелые элементы. Примеры включают плутоний-240 и калифорний-252.
• Термоядерная реакция: дейтерий –тритий термоядерный синтез производит нейтроны с энергией 14,1 МэВ (1400 ТДж / кг, т.е. 52000 км / с, 17,3% скорость света ), которые могут легко делиться уран-238 и другиеделящийся актиниды.
• Эмиссия нейтронов возникает в ситуациях, когда ядро ​​содержит достаточно избыточных нейтронов, чтобы энергия разделения одного или нескольких нейтронов становится отрицательным (т.е. избыточные нейтроны "капать "вне ядра). Нестабильные ядра такого типа часто распадаются менее чем за одну секунду.

Быстрые нейтроны обычно нежелательны в стационарных ядерных реакторах, потому что большая часть делящегося топлива имеет более высокую скорость реакции с тепловыми нейтронами. Быстрые нейтроны можно быстро превратить в тепловые нейтроны с помощью процесса, называемого замедлением. Это происходит за счет многочисленных столкновений с (в общем) более медленными и, следовательно, более низкотемпературными частицами, такими как атомные ядра и другие нейтроны. Эти столкновения обычно ускоряют другую частицу, замедляют нейтрон и рассеивают его. В идеале комнатная температура замедлитель нейтронов используется для этого процесса. В реакторах, тяжелая вода, легкая вода, или же графит обычно используются для смягчения нейтронов.

Диаграмма, отображающая функции плотности вероятности скорости для нескольких благородные газы при температуре 298,15 К (25 С). Пояснение к метке вертикальной оси появляется на странице изображения (щелкните, чтобы увидеть). Аналогичные распределения скорости получены для нейтроны на На модерации.

Сверхбыстрый

^{[пример необходим ]}

• Релятивистский
• Более 20 МэВ

Другие классификации

Куча

• Нейтроны всех энергий, присутствующие в ядерных реакторах
• От 0,001 эВ до 15 МэВ.

Ультрахолодный

• Нейтроны с достаточно низкой энергией для отражения и захвата
• Верхняя граница 335 нэВ

Сравнение реактора на быстрых нейтронах и реактора на тепловых нейтронах

Наиболее реакторы деления находятся реакторы на тепловых нейтронах которые используют замедлитель нейтронов замедлить ("термализовать") нейтроны, произведенные ядерное деление. Умеренность существенно увеличивает деление поперечное сечение за делящийся ядра, такие как уран-235 или же плутоний-239. Кроме того, уран-238 имеет гораздо более низкое сечение захвата тепловых нейтронов, что позволяет большему количеству нейтронов вызывать деление делящихся ядер и распространять цепную реакцию, а не захватывать их ²³⁸U. Сочетание этих эффектов позволяет легководные реакторы использовать низкообогащенный уран. Реакторы на тяжелой воде и реакторы с графитовым замедлителем можно даже использовать природный уран так как у этих модераторов намного меньше захват нейтронов поперечные сечения чем легкая вода.^[6]

Повышение температуры топлива также увеличивает поглощение тепловых нейтронов U-238 на Доплеровское уширение, предоставляя негативный отзыв чтобы помочь контролировать реактор. Когда охлаждающая жидкость представляет собой жидкость, которая также способствует замедлению и абсорбции (легкая вода или тяжелая вода), кипение охлаждающей жидкости снижает плотность замедлителя, что может обеспечить положительную или отрицательную обратную связь (положительную или отрицательную). коэффициент пустоты ), в зависимости от того, имеет ли реактор недостаточное или избыточное замедление.

Нейтроны промежуточных энергий имеют более низкую степень деления / захвата, чем быстрые или тепловые нейтроны для большинства видов топлива. Исключением является уран-233 из ториевый цикл, который имеет хорошее отношение деления / захвата при всех энергиях нейтронов.

Реакторы на быстрых нейтронах использовать немодерируемый быстрые нейтроны чтобы поддерживать реакцию и требовать, чтобы топливо содержало более высокую концентрацию делящийся материал относительно плодородный материал U-238. Однако быстрые нейтроны имеют лучшее отношение деления / захвата для многих нуклидов, и каждое быстрое деление высвобождает большее количество нейтронов, поэтому реактор-размножитель на быстрых нейтронах потенциально может «породить» больше делящегося топлива, чем потребляет.

Управление быстрым реактором не может зависеть только от доплеровского уширения или от отрицательного пустотного коэффициента замедлителя. Однако тепловое расширение самого топлива может привести к быстрой отрицательной обратной связи. Разработка реакторов на быстрых нейтронах, которую всегда ожидали стать волной будущего, практически бездействовала, и за десятилетия, прошедшие с начала XX в., Было построено лишь несколько реакторов. Чернобыльская авария из-за низких цен в урановый рынок, хотя сейчас наблюдается оживление, и несколько азиатских стран планируют завершить строительство более крупных прототипов быстрых реакторов в ближайшие несколько лет.

Смотрите также

• Абсорбционное упрочнение
• Список частиц
• Обнаружение нейтронов
• Источник нейтронов
• Ядерная реакция
• Сцинтиллятор

Рекомендации

1. де Бройль, Луи. «К теории квантов» (PDF). aflb.ensmp.fr. Получено 2 февраля 2019.
2. Каррон, Нью-Джерси (2007). Введение в прохождение энергичных частиц через материю. п. 308.
3. «Нейтронная энергия». www.nuclear-power.net. Получено 27 января 2019.
4. Х. Томита, К. Сёда, Дж. Каварабаяси, Т. Мацумото, Дж. Хори, С. Уно, М. Сёдзи, Т. Учида, Н. Фукумотоа и Т. Игучия, Разработка камеры надтепловых нейтронов на основе изображения с резонансной фильтрацией энергии с помощью GEM, 2012, цитата: «Эпитепловые нейтроны имеют энергию от 1 эВ до 10 кэВ и меньшее ядерное сечение, чем тепловые нейтроны».
5. Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и вещество, Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011 г., ISBN  978-0-486-48238-5 (pbk.) стр. 259.
6. Немного по физике урана. Доступ 7 марта 2009 г.

внешняя ссылка

• Язык ядра