У ядерній техніці запізнілий нейтрон — це нейтрон, що випромінюється після події ядерного поділу одним із [en] (або фактично, дочірнім продуктом поділу після бета-розпаду) у будь-який час від кількох мілісекунд до кількох хвилин після події поділу. Нейтрони, що народжуються протягом 10−14 секунд після поділу, називаються «миттєвими нейтронами».
У ядерному реакторі великі нукліди діляться на два багаті нейтронами продукти поділу (тобто нестабільні нукліди) і вільні нейтрони (миттєві нейтрони). Багато з цих продуктів поділу потім піддаються радіоактивному розпаду (зазвичай бета-розпаду), і отримані нукліди нестабільні щодо бета-розпаду . Невелика частина з них збуджена достатньо, щоб мати можливість бета-розпаду, випромінюючи запізнілий нейтрон на додаток до бета-частинки. Момент бета-розпаду нуклідів-попередників, які є попередниками запізнілих нейтронів, відбувається на порядки пізніше в порівнянні з викидом миттєвих нейтронів. Отже, нейтрон, який виникає в результаті розпаду попередника, називається запізнілим нейтроном. Однак «затримка» нейтронного випромінювання пов'язана із затримкою бета-розпаду (який є повільнішим, оскільки контролюється слабкою взаємодією), оскільки нейтронне випроміннювання, як і гамма-випромінювання, контролюється сильною взаємодією, і, таким чином, відбувається при поділі, або майже одночасно з бета-розпадом, відразу після нього. Різні періоди напіврозпаду цих розпадів, які в кінцевому підсумку призводять до викиду нейтронів, є таким чином періодом напіврозпаду радіонуклідів-попередників.
Запізнілі нейтрони відіграють важливу роль в керуванні ядерним реактором та аналізі безпеки.
Принцип
Запізнілі нейтрони пов'язані з бета-розпадом продуктів поділу. Після швидкого випромінювання нейтронів поділу залишкові осколки все ще багаті нейтронами і проходять ланцюг бета-розпадів. Чим більш багатий нейтронами фрагмент, тим енергійнішим і швидшим буде бета-розпад. У деяких випадках доступна енергія при бета-розпаді є достатньо високою, щоб залишити залишкове ядро в такому сильно збудженому стані, що відбувається викид нейтронів замість гамма-випромінювання .
На прикладі U-235 це ядро поглинає теплові нейтрони, а безпосередніми масовими продуктами події поділу є два великих уламки поділу, які є залишками утвореного ядра U-236. Ці осколки випромінюють в середньому два-три вільні нейтрони (в середньому 2,47), які називаються «швидкими» нейтронами. Наступний фрагмент поділу іноді проходить стадію радіоактивного розпаду (який є бета-мінус-розпадом), що дає нове ядро (ядро випромінювача) у збудженому стані, яке випускає додатковий нейтрон, який називається «запізнілим» нейтроном, щоб дістатися до базового стану. Ці осколки поділу, що випромінюють нейтрони, називаються атомами-попередниками запізнілих нейтронів.
Дані запізнілих нейтронів для теплового поділу в U-235
Група | Період напіврозпаду | Константа розпаду (s −1) | Енергія (кеВ) | Вихід, нейтронів на поділ | Частка |
---|---|---|---|---|---|
1 | 55,72 | 0,0124 | 250 | 0,00052 | 0,000215 |
2 | 22,72 | 0,0305 | 560 | 0,00346 | 0,001424 |
3 | 6.22 | 0,111 | 405 | 0,00310 | 0,001274 |
4 | 2.30 | 0,301 | 450 | 0,00624 | 0,002568 |
5 | 0,610 | 1.14 | - | 0,00182 | 0,000748 |
6 | 0,230 | 3.01 | - | 0,00066 | 0,000273 |
Значення в фундаментальних дослідженнях ядерного поділу
Стандартне відхилення остаточного розподілу кінетичної енергії як функції маси кінцевих осколків від низькоенергетичного поділу урану-234 та урану-236 представляє пік навколо області мас легких уламків і інший в області мас важких осколків. Моделювання цих експериментів методом Монте-Карло свідчить про те, що ці піки утворюються в результаті швидкого випромінювання нейтронів. Цей ефект швидкого випромінювання нейтронів не дозволяє отримати первинну масу та кінетичний розподіл, що важливо для вивчення динаміки поділу від сідлової точки до точки розриву.
Значення в ядерних реакторах
Якби ядерний реактор став миттєво критичним — навіть дуже незначно — кількість нейтронів зростала б експоненціально з високою швидкістю, і дуже швидко реактор став би некерованим за допомогою зовнішніх механізмів. Контроль зростання потужності буде залишено на його внутрішніх факторах фізичної стабільності, як-от теплове розширення активної зони або збільшення резонансного поглинання нейтронів, які зазвичай мають тенденцію до зниження реакційної здатності реактора при підвищенні температури; але реактор ризикує бути пошкодженим або знищеним теплом.
Однак завдяки запізнілим нейтронам можна залишити реактор у підкритичному стані, що стосується лише миттєвих нейтронів: запізнілі нейтрони приходять на мить пізніше, якраз вчасно, щоб підтримати ланцюгову реакцію, коли вона затухає. У цьому режимі загальне виробництво нейтронів все ще зростає в геометричній прогресії, але в часовому масштабі, який регулюється затримкою вироблення нейтронів, яке досить повільне, щоб його можна було контролювати (так само, як інакше нестабільний велосипед можна збалансувати, оскільки рефлекси людини досить швидкі на часовий масштаб його нестабільності). Таким чином, розширюючи межі непрацездатності та надкритичності та надаючи більше часу для регулювання реактора, затримка нейтронів є важливою для [en] і навіть для реакторів, які потребують активного контролю.
Нижчий відсоток запізнілих нейтронів робить використання великого відсотка плутонію в ядерних реакторах більш складним.
Визначення частки
Частка виходу попередника β визначається як:
[]
і дорівнює 0,0064 для U-235.
Частка запізнілих нейтронів (DNF) визначається як:
Ці два фактори, β і DNF, майже однакові, але не зовсім; вони відрізняються у випадку швидкої (швидшої за час розпаду атомів-попередників) зміни кількості нейтронів у реакторі.
Інша концепція — це ефективна частка запізнілих нейтронів β eff, яка є часткою запізнілих нейтронів, зваженою (за простором, енергією та кутом) на суміжний потік нейтронів. Ця концепція виникає через те, що сповільнені нейтрони випромінюються з енергетичним спектром, ближчим до теплового порівняно з миттєвими нейтронами. Для палива з низьким вмістом збагаченого урану, що працює на спектрі теплових нейтронів, різниця між середньою та ефективною частками запізнілих нейтронів може досягати [en].
Див. також
Примітки
- J. R. Lamarsh, Introduction to Nuclear Engineering, Addison-Wesley, 2nd Edition, 1983, page 76.
- G. R. Keepin, Physics of Nuclear Kinetics, Addison-Wesley, 1965.
- R. Brissot, J.P. Boucquet, J. Crançon, C.R. Guet, H.A. Nifenecker. and Montoya, M., «Kinetic-Energy Distribution for Symmetric Fission of 235U», Proc. of a Symp. On Phys. And Chem. Of Fission, IAEA. Vienna, 1980 (1979)
- Montoya, M.; Saettone, E.; Rojas, J. (2007). Effects of Neutron Emission on Fragment Mass and Kinetic Energy Distribution from Thermal Neutron-Induced Fission of 235U. AIP Conference Proceedings. 947: 326—329. arXiv:0711.0954. doi:10.1063/1.2813826.
- (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 31 травня 2022. Процитовано 15 травня 2022.
- (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 5 лютого 2009. Процитовано 13 листопада 2010.
- . Архів оригіналу за 18 травня 2022. Процитовано 15 травня 2022.
- Talamo, A.; Gohar, Y.; Division, Nuclear Engineering (29 липня 2010). Deterministic and Monte Carlo Modeling and Analyses of Yalina-Thermal Subcritical Assembly. 991100.
Посилання
- Бета — це не частка запізнілих (популяції) нейтронів. [ 3 вересня 2005 у Wayback Machine.]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
U yadernij tehnici zapiznilij nejtron ce nejtron sho viprominyuyetsya pislya podiyi yadernogo podilu odnim iz en abo faktichno dochirnim produktom podilu pislya beta rozpadu u bud yakij chas vid kilkoh milisekund do kilkoh hvilin pislya podiyi podilu Nejtroni sho narodzhuyutsya protyagom 10 14 sekund pislya podilu nazivayutsya mittyevimi nejtronami U yadernomu reaktori veliki nuklidi dilyatsya na dva bagati nejtronami produkti podilu tobto nestabilni nuklidi i vilni nejtroni mittyevi nejtroni Bagato z cih produktiv podilu potim piddayutsya radioaktivnomu rozpadu zazvichaj beta rozpadu i otrimani nuklidi nestabilni shodo beta rozpadu Nevelika chastina z nih zbudzhena dostatno shob mati mozhlivist beta rozpadu viprominyuyuchi zapiznilij nejtron na dodatok do beta chastinki Moment beta rozpadu nuklidiv poperednikiv yaki ye poperednikami zapiznilih nejtroniv vidbuvayetsya na poryadki piznishe v porivnyanni z vikidom mittyevih nejtroniv Otzhe nejtron yakij vinikaye v rezultati rozpadu poperednika nazivayetsya zapiznilim nejtronom Odnak zatrimka nejtronnogo viprominyuvannya pov yazana iz zatrimkoyu beta rozpadu yakij ye povilnishim oskilki kontrolyuyetsya slabkoyu vzayemodiyeyu oskilki nejtronne viprominnyuvannya yak i gamma viprominyuvannya kontrolyuyetsya silnoyu vzayemodiyeyu i takim chinom vidbuvayetsya pri podili abo majzhe odnochasno z beta rozpadom vidrazu pislya nogo Rizni periodi napivrozpadu cih rozpadiv yaki v kincevomu pidsumku prizvodyat do vikidu nejtroniv ye takim chinom periodom napivrozpadu radionuklidiv poperednikiv Zapiznili nejtroni vidigrayut vazhlivu rol v keruvanni yadernim reaktorom ta analizi bezpeki PrincipZapiznili nejtroni pov yazani z beta rozpadom produktiv podilu Pislya shvidkogo viprominyuvannya nejtroniv podilu zalishkovi oskolki vse she bagati nejtronami i prohodyat lancyug beta rozpadiv Chim bilsh bagatij nejtronami fragment tim energijnishim i shvidshim bude beta rozpad U deyakih vipadkah dostupna energiya pri beta rozpadi ye dostatno visokoyu shob zalishiti zalishkove yadro v takomu silno zbudzhenomu stani sho vidbuvayetsya vikid nejtroniv zamist gamma viprominyuvannya Na prikladi U 235 ce yadro poglinaye teplovi nejtroni a bezposerednimi masovimi produktami podiyi podilu ye dva velikih ulamki podilu yaki ye zalishkami utvorenogo yadra U 236 Ci oskolki viprominyuyut v serednomu dva tri vilni nejtroni v serednomu 2 47 yaki nazivayutsya shvidkimi nejtronami Nastupnij fragment podilu inodi prohodit stadiyu radioaktivnogo rozpadu yakij ye beta minus rozpadom sho daye nove yadro yadro viprominyuvacha u zbudzhenomu stani yake vipuskaye dodatkovij nejtron yakij nazivayetsya zapiznilim nejtronom shob distatisya do bazovogo stanu Ci oskolki podilu sho viprominyuyut nejtroni nazivayutsya atomami poperednikami zapiznilih nejtroniv Dani zapiznilih nejtroniv dlya teplovogo podilu v U 235 Grupa Period napivrozpadu Konstanta rozpadu s 1 Energiya keV Vihid nejtroniv na podil Chastka1 55 72 0 0124 250 0 00052 0 0002152 22 72 0 0305 560 0 00346 0 0014243 6 22 0 111 405 0 00310 0 0012744 2 30 0 301 450 0 00624 0 0025685 0 610 1 14 0 00182 0 0007486 0 230 3 01 0 00066 0 000273Znachennya v fundamentalnih doslidzhennyah yadernogo podiluStandartne vidhilennya ostatochnogo rozpodilu kinetichnoyi energiyi yak funkciyi masi kincevih oskolkiv vid nizkoenergetichnogo podilu uranu 234 ta uranu 236 predstavlyaye pik navkolo oblasti mas legkih ulamkiv i inshij v oblasti mas vazhkih oskolkiv Modelyuvannya cih eksperimentiv metodom Monte Karlo svidchit pro te sho ci piki utvoryuyutsya v rezultati shvidkogo viprominyuvannya nejtroniv Cej efekt shvidkogo viprominyuvannya nejtroniv ne dozvolyaye otrimati pervinnu masu ta kinetichnij rozpodil sho vazhlivo dlya vivchennya dinamiki podilu vid sidlovoyi tochki do tochki rozrivu Znachennya v yadernih reaktorahYakbi yadernij reaktor stav mittyevo kritichnim navit duzhe neznachno kilkist nejtroniv zrostala b eksponencialno z visokoyu shvidkistyu i duzhe shvidko reaktor stav bi nekerovanim za dopomogoyu zovnishnih mehanizmiv Kontrol zrostannya potuzhnosti bude zalisheno na jogo vnutrishnih faktorah fizichnoyi stabilnosti yak ot teplove rozshirennya aktivnoyi zoni abo zbilshennya rezonansnogo poglinannya nejtroniv yaki zazvichaj mayut tendenciyu do znizhennya reakcijnoyi zdatnosti reaktora pri pidvishenni temperaturi ale reaktor rizikuye buti poshkodzhenim abo znishenim teplom Odnak zavdyaki zapiznilim nejtronam mozhna zalishiti reaktor u pidkritichnomu stani sho stosuyetsya lishe mittyevih nejtroniv zapiznili nejtroni prihodyat na mit piznishe yakraz vchasno shob pidtrimati lancyugovu reakciyu koli vona zatuhaye U comu rezhimi zagalne virobnictvo nejtroniv vse she zrostaye v geometrichnij progresiyi ale v chasovomu masshtabi yakij regulyuyetsya zatrimkoyu viroblennya nejtroniv yake dosit povilne shob jogo mozhna bulo kontrolyuvati tak samo yak inakshe nestabilnij velosiped mozhna zbalansuvati oskilki refleksi lyudini dosit shvidki na chasovij masshtab jogo nestabilnosti Takim chinom rozshiryuyuchi mezhi nepracezdatnosti ta nadkritichnosti ta nadayuchi bilshe chasu dlya regulyuvannya reaktora zatrimka nejtroniv ye vazhlivoyu dlya en i navit dlya reaktoriv yaki potrebuyut aktivnogo kontrolyu Nizhchij vidsotok zapiznilih nejtroniv robit vikoristannya velikogo vidsotka plutoniyu v yadernih reaktorah bilsh skladnim Viznachennya chastkiChastka vihodu poperednika b viznachayetsya yak b atomi poperednikinegajni nejtroni atomi poperedniki displaystyle beta frac mbox atomi poperedniki mbox negajni nejtroni mbox atomi poperedniki dzherelo i dorivnyuye 0 0064 dlya U 235 Chastka zapiznilih nejtroniv DNF viznachayetsya yak DNF zapiznili nejtroninegajni nejtroni zapiznili nejtroni displaystyle DNF frac mbox zapiznili nejtroni mbox negajni nejtroni mbox zapiznili nejtroni Ci dva faktori b i DNF majzhe odnakovi ale ne zovsim voni vidriznyayutsya u vipadku shvidkoyi shvidshoyi za chas rozpadu atomiv poperednikiv zmini kilkosti nejtroniv u reaktori Insha koncepciya ce efektivna chastka zapiznilih nejtroniv b eff yaka ye chastkoyu zapiznilih nejtroniv zvazhenoyu za prostorom energiyeyu ta kutom na sumizhnij potik nejtroniv Cya koncepciya vinikaye cherez te sho spovilneni nejtroni viprominyuyutsya z energetichnim spektrom blizhchim do teplovogo porivnyano z mittyevimi nejtronami Dlya paliva z nizkim vmistom zbagachenogo uranu sho pracyuye na spektri teplovih nejtroniv riznicya mizh serednoyu ta efektivnoyu chastkami zapiznilih nejtroniv mozhe dosyagati en Div takozhMittyeva kritichnist Kritichna masa Lancyugova yaderna reakciya Dolar reaktivnist PrimitkiJ R Lamarsh Introduction to Nuclear Engineering Addison Wesley 2nd Edition 1983 page 76 G R Keepin Physics of Nuclear Kinetics Addison Wesley 1965 R Brissot J P Boucquet J Crancon C R Guet H A Nifenecker and Montoya M Kinetic Energy Distribution for Symmetric Fission of 235U Proc of a Symp On Phys And Chem Of Fission IAEA Vienna 1980 1979 Montoya M Saettone E Rojas J 2007 Effects of Neutron Emission on Fragment Mass and Kinetic Energy Distribution from Thermal Neutron Induced Fission of 235U AIP Conference Proceedings 947 326 329 arXiv 0711 0954 doi 10 1063 1 2813826 PDF Arhiv originalu PDF za 31 travnya 2022 Procitovano 15 travnya 2022 PDF Arhiv originalu PDF za 5 lyutogo 2009 Procitovano 13 listopada 2010 Arhiv originalu za 18 travnya 2022 Procitovano 15 travnya 2022 Talamo A Gohar Y Division Nuclear Engineering 29 lipnya 2010 Deterministic and Monte Carlo Modeling and Analyses of Yalina Thermal Subcritical Assembly 991100 PosilannyaBeta ce ne chastka zapiznilih populyaciyi nejtroniv 3 veresnya 2005 u Wayback Machine