Быстрый нейтрон - Prompt neutron

В ядерная техника, а мгновенный нейтрон это нейтрон немедленно испускается (нейтронное излучение ) автор ядерное деление событие, в отличие от запаздывающий нейтронный распад который может произойти в том же контексте, испущенный после бета-распад одного из продукты деления в любое время от нескольких миллисекунд до нескольких минут спустя.

Быстрые нейтроны возникают при делении нестабильного расщепляющийся или же делящийся тяжелое ядро ​​почти мгновенно. Есть разные определения того, сколько времени нужно, чтобы мгновенный нейтрон появился. Например, Министерство энергетики США мгновенный нейтрон определяется как нейтрон, рожденный в результате деления в пределах 10⁻¹³ секунды после события деления.^[1] Соединенные штаты. Комиссия по ядерному регулированию мгновенный нейтрон определяется как нейтрон, выходящий из деления в пределах 10⁻¹⁴ секунд. ^[2]Это излучение контролируется ядерная сила и очень быстро. Напротив, так называемые запаздывающие нейтроны задерживаются на время задержки, связанное с бета-распадом (опосредованным слабым взаимодействием), до возбужденного нуклида-предшественника, после чего испускание нейтронов происходит в кратчайшие сроки (то есть почти сразу).

Принцип

С помощью уран-235 например, это ядро ​​поглощает тепловые нейтроны, а непосредственными массовыми продуктами деления являются два больших осколка деления, которые являются остатками образовавшегося ядра урана-236. Эти осколки испускают два или три свободных нейтрона (в среднем 2,5), называемые Подсказка нейтроны. Последующий осколок деления иногда подвергается стадии радиоактивного распада, в результате которого образуется дополнительный нейтрон, называемый отложенный нейтрон. Эти испускающие нейтроны осколки деления называются атомы-предшественники запаздывающих нейтронов.

Запаздывающие нейтроны связаны с бета-распад продуктов деления. После испускания мгновенных нейтронов деления остаточные фрагменты все еще содержат нейтроны и претерпевают цепочку бета-распада. Чем больше нейтронов в осколке, тем энергичнее и быстрее бета-распад. В некоторых случаях доступная энергия в бета-распаде достаточно высока, чтобы оставить остаточное ядро ​​в таком сильно возбужденном состоянии, что вместо нейтронного излучения гамма-излучение происходит.

Данные запаздывающих нейтронов для теплового деления в уране-235^[3][4]

Группа	Период полураспада (s)	Постоянная распада (с^−1)	Энергия (кэВ)	Дробная часть	Выход запаздывающих нейтронов
					всех делений	этой группы
01	55.72	0.0124	250	0.000 215	0.000 52	2.4
02	22.72	0.0305	560	0.001 424	0.003 46	2.4
03	6.22	0.111	405	0.001 274	0.003 10	2.4
04	2.30	0.301	450	0.002 568	0.006 24	2.4
05	0.614	1.14	-	0.000 748	0.001 82	2.4
06	0.230	3.01	-	0.000 273	0.000 66	2.4
0Сумма				0.006 5	0.015 8	2.4

Важность фундаментальных исследований ядерного деления

Стандартное отклонение конечного распределения кинетической энергии как функции массы конечных осколков в результате деления урана 234 и 236 при низкой энергии представляет собой пик в области масс легких осколков, а другой - в области масс тяжелых осколков. Моделирование этих экспериментов методом Монте-Карло предполагает, что эти пики возникают в результате испускания мгновенных нейтронов.^[5][6][7][8] Этот эффект испускания мгновенных нейтронов не обеспечивает первичного массового и кинетического распределения, что важно для изучения динамики деления от седла до точки разрыва.

Важность ядерных реакторов

Если ядерный реактор случилось быть срочный критический - даже очень незначительно - количество нейтронов и выходная мощность будут увеличиваться экспоненциально с высокой скоростью. Время отклика механических систем, таких как управляющие стержни, слишком велико, чтобы сдерживать такой скачок напряжения. В этом случае контроль над повышением мощности будет оставлен на усмотрение его внутренних факторов физической стабильности, таких как тепловое расширение активной зоны или увеличение резонансные поглощения нейтронов, которые обычно снижают реактивность реактора при повышении температуры; но реактор может быть поврежден или разрушен из-за высокой температуры.

Однако благодаря запаздывающим нейтронам можно покинуть реактор в субкритический Что касается только быстрых нейтронов: запаздывающие нейтроны приходят моментом позже, как раз вовремя, чтобы поддержать цепную реакцию, когда она вот-вот исчезнет. В этом режиме производство нейтронов в целом по-прежнему растет экспоненциально, но во временном масштабе, который определяется производством запаздывающих нейтронов, которое достаточно медленное, чтобы его можно было контролировать (точно так же, как нестабильный велосипед можно уравновесить, потому что человеческие рефлексы достаточно быстрые. шкала времени его нестабильности). Таким образом, увеличивая границы простоя и сверхкритичности и давая больше времени для регулирования реактора, запаздывающие нейтроны необходимы для внутренняя безопасность реактора и даже в реакторах, требующих активного управления.

Определения дробей

Коэффициент β определяется как:

${\displaystyle \beta ={\frac {\mbox{precursor atoms}}{{\mbox{prompt neutrons}}+{\mbox{precursor atoms}}}}.}$

а для U-235 он равен 0,0064.

Доля запаздывающих нейтронов (DNF) определяется как:

${\displaystyle DNF={\frac {\mbox{delayed neutrons}}{{\mbox{prompt neutrons}}+{\mbox{delayed neutrons}}}}.}$

Эти два фактора, β и DNF, - это не одно и то же в случае быстрого изменения количества нейтронов в реакторе.

Другая концепция - это эффективная доля запаздывающих нейтронов, которая представляет собой долю запаздывающих нейтронов, взвешенную (по пространству, энергии и углу) на присоединенный поток нейтронов. Эта концепция возникает из-за того, что запаздывающие нейтроны испускаются с более термализованным энергетическим спектром по сравнению с мгновенными нейтронами. Для низкообогащенного уранового топлива, работающего на спектре тепловых нейтронов, разница между средней и эффективной фракциями запаздывающих нейтронов может достигать 50 pcm (1 pcm = 1e-5).^[9]

Смотрите также

• Подскажите критический
• Критическая масса
• Ядерная цепная реакция

Рекомендации

1. "Справочник по основам Doe - ядерная физика и теория реакторов" (PDF), DOE-HDBK-1019 / 1-93, Министерство энергетики США, январь 1993 г., стр. 29 (стр.133 в формате .pdf) Отсутствует или пусто | название = (помощь)
2. Михальчо, Джон Т. (19 ноября 2004 г.), «Обнаружение радиации от деления» (PDF), ORNL / TM-2004/234, Национальная лаборатория Окриджа, стр. 1 (стр. 11 в формате .pdf) Отсутствует или пусто | название = (помощь)
3. Ламарш, Введение в ядерную инженерию
4. "Бюллетень геологической службы США". 1987.
5. Р. Бриссо, Ж. П. Букке, Ж. Крансон, С. Гет, Х.А. Нифенеккер. и Монтойя, М., "Распределение кинетической энергии для симметричного деления 235U", Proc. Symp. На Phys. И Chem. Деления, МАГАТЭ. Вена, 1980 (1979)
6. Монтойя, М .; Saettone, E .; Рохас, Дж. (2007). «Влияние нейтронной эмиссии на распределение масс и кинетической энергии фрагментов при делении 235U под действием тепловых нейтронов». Материалы конференции AIP. 947: 326–329. arXiv:0711.0954. Дои:10.1063/1.2813826.
7. Монтойя, М .; Saettone, E .; Рохас, Дж. (2007). «Моделирование методом Монте-Карло распределения массы и кинетической энергии осколков в результате нейтронно-индуцированного деления U 235» (PDF). Revista Mexicana de Física. 53 (5): 366–370. arXiv:0709.1123. Bibcode:2007RMxF ... 53..366M.
8. Монтойя, М .; Rojas, J .; Лобато, И. «Влияние эмиссии нейтронов на массу конечных фрагментов и распределение кинетической энергии при низкоэнергетическом делении U 234» (PDF). Revista Mexicana de Física. 54 (6): 440. Архивировано с оригинал (PDF) на 2009-02-05. Получено 2009-02-20.
9. Детерминированный анализ и анализ методом Монте-Карло термической подкритической сборки YALINA

внешняя ссылка

• Гибридные ядерные реакторы: запаздывающие нейтроны
• Бета - это не фракция запаздывающих нейтронов (популяции)