Запаздывающие нейтроны
Multi tool use
Запаздывающие нейтроны — это нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время (от нескольких миллисекунд до нескольких минут) после реакции деления тяжёлых ядер, в отличие от мгновенных нейтронов, испускаемых практически мгновенно после деления составного ядра. Запаздывающие нейтроны составляют менее 1% испускаемых нейтронов деления, однако, несмотря на столь малый выход, играют огромную роль в ядерных реакторах. Благодаря большому запаздыванию такие нейтроны существенно (на 2 порядка и более) увеличивают время жизни нейтронов одного поколения в реакторе и тем самым создают возможность управления самоподдерживающейся цепной реакцией деления[1].
Содержание
1 Механизм явления
2 Предшественники и излучатели
3 Энергия запаздывающих нейтронов
4 Доля запаздывающих нейтронов
5 Основные характеристики запаздывающих нейтронов
6 Примечания
Механизм явления |
В результате деления тяжелых ядер нейтронами образуются осколки деления в возбуждённом состоянии, претерпевающие β−-распады. В очень редких случаях в цепочке таких β−-превращений образуется ядро с энергией возбуждения, превышающей энергию связи нейтрона в этом ядре. Такие ядра могут испускать нейтроны, которые называются запаздывающими.
Испускание запаздывающего нейтрона конкурирует с гамма-излучением, но если ядро сильно перегружено нейтронами, более вероятным будет испускание нейтрона. Это значит, что запаздывающие нейтроны излучаются ядрами, находящимися ближе к началам цепочек распада, так как там особенно малы энергии связи нейтронов в ядрах.
Ядро, образовавшееся при испускании запаздывающего нейтрона, может находиться либо в основном, либо в возбуждённом состоянии. В последнем случае возбуждение снимается гамма-излучением[1].
Предшественники и излучатели |
Составное ядро (Z,N)*[2] принято называть предшественником запаздывающих нейтронов, а ядро (Z+1,N-1) — излучателем запаздывающих нейтронов.
Ядро-излучатель испускает нейтрон практически мгновенно, но со значительным запаздыванием по отношению к моменту деления исходного ядра. Среднее время запаздывания практически совпадает со средним временем жизни ядра-предшественника.
Запаздывающие нейтроны принято делить на несколько (чаще всего 6) групп в зависимости от времени запаздывания. Насчитывают около 50 возможных ядер-предшественников, причём заметную роль в этом количестве составляют изотопы брома и иода. Как правило, нейтроны испускаются ядрами с числом нейтронов, на единицу большим магических чисел (50 и 82), так как значения средней энергии связи в таких ядрах особенно малы[1].
Энергия запаздывающих нейтронов |
Энергия запаздывающих нейтронов (в среднем примерно 0,5 МэВ) в несколько раз меньше средней энергии мгновенных нейтронов (примерно 2 МэВ)[1].
Доля запаздывающих нейтронов |
Величина, характеризующая количество запаздывающих нейтронов относительно мгновенных нейтронов, образующихся при распаде ядра данного сорта, называется долей запаздывающих нейтронов (β). Эта величина полностью определяется делящимся ядром и в области энергий от 0,025 эВ до 14 МэВ практически не зависит от энергии нейтронов, вызывающих деление. Для всех ядер значение β составляет менее 1%[1].
Основные характеристики запаздывающих нейтронов |
В таблице перечислены основные характеристики запаздывающих нейтронов для некоторых ядер и перечислены некоторые из возможных предшественников для случая деления 235U[1][3]:
| Номер группы |
Время запаздывания, с |
Средняя энергия, МэВ |
Возможные ядра-предшественники |
Период полураспада ядер-предшественников, T1/2, с |
Доля запаздывающих нейтронов, βi |
||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
235U |
239Pu |
233U |
235U |
239Pu |
233U |
||||
| 1 |
54-56 |
0,25 |
87Br, 142Cs |
55,72 |
54,28 |
55 |
0,00021 |
0,000072 |
0,000224 |
| 2 |
21-23 |
0,56 |
137I, 88Br, 136Te |
22,72 |
23,04 |
20,57 |
0,00140 |
0,000626 |
0,000776 |
| 3 |
5-6 |
0,43 |
138I, 89Br |
6,22 |
5,60 |
5,0 |
0,00126 |
0,000444 |
0,000654 |
| 4 |
1,9-2,3 |
0,62 |
139I, 94Kr, 143Xe, 144Xe |
2,30 |
2,13 |
2,13 |
0,00252 |
0,000685 |
0,000725 |
| 5 |
0,5-0,6 |
0,42 |
Любые короткоживущие ядра продуктов деления |
0,61 |
0,62 |
0,62 |
0,00074 |
0,000180 |
0,000134 |
| 6 |
0,17-0,27 |
— |
0,23 |
0,26 |
0,28 |
0,00027 |
0,000093 |
0,000087 |
|
| β = ∑βi |
0,0064 |
0,0021 |
0,0026 |
||||||
Примечания |
↑ 123456 Бартоломей Г.Г., Байбаков В.Д., Алхутов М.С., Бать Г.А. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. — Москва: Энергоатомиздат, 1982. — С. 512.
↑ Z — количество протонов, N — нейтронов
↑ А.Н.Климов. Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. — С. 352.
yDKFEH,CQ66 oNOP4lk23E XNNEq
