지연 중성자

Delayed neutron

핵 공학에서 지연 중성자는 핵분열 사건 후 핵분열 생성물 중 하나(또는 베타 붕괴 후 핵분열 생성물 딸)에 의해 핵분열 발생 후 몇 밀리초에서 몇 분 후까지 방출되는 중성자다. 핵분열 후 10초−14 이내에 태어난 중성자를 "촉매 중성자"라고 부른다.

원자로에서 큰 핵종이 두 개의 중성자가 풍부한 핵분열 생성물(즉, 불안정한 핵종)과 자유 중성자(촉진 중성자)로 핵분열한다. 이 핵분열 생성물들 중 다수는 방사능 붕괴(대개 베타 붕괴)를 겪으며, 그 결과 발생하는 핵종은 베타 붕괴와 관련하여 불안정하다. 그 중 극히 일부분은 베타 외에 지연 중성자를 방출하여 베타데케이를 할 수 있을 정도로 흥분되어 있다. 지연 중성자의 전구체인 전구 핵종의 베타 붕괴 순간은 순간 중성자의 방출에 비해 나중에 크기가 커진다. 따라서 전구체의 붕괴에서 비롯된 중성자를 지연 중성자라 부른다. 그러나 중성자 방출에서 "지연"은 감마 방출과 같이 중성자 방출은 강한 핵력에 의해 제어되기 때문에 핵분열 시 또는 그 직후에 베타 붕괴와 거의 동시에 발생하기 때문에 베타 붕괴가 지연되기 때문이다(약력에 의해 제어되기 때문에 더 느리다). 마침내 중성자 방출을 초래하는 이러한 해독의 다양한 반감명은 전구 방사성핵종의 베타 붕괴 반감명이다.

지연 중성자는 원자로 제어와 안전 분석에 중요한 역할을 한다.

원리

지연 중성자는 핵분열 생성물의 베타 붕괴와 관련이 있다. 즉각적인 핵분열 중성자 방출 후에도 잔류 조각은 여전히 중성자가 풍부하며 베타 붕괴 사슬을 거친다. 중성자가 파편을 풍부하게 함유할수록 베타 붕괴는 더욱 활발해지고 빨라진다. 베타 붕괴의 가용 에너지는 감마선 방출 대신 중성자 방출이 발생할 정도로 매우 흥분된 상태로 잔류 핵이 남아 있을 정도로 충분히 높다.

U-235를 예로 들면, 이 핵은 열 중성자를 흡수하며, 핵분열 사건의 즉각적인 질량은 형성된 U-236 핵의 잔해인 두 개의 큰 핵분열 조각이다. 이 조각들은 평균적으로 "촉매" 중성자로 불리는 2~3개의 자유 중성자를 방출한다. 후속 핵분열 파편은 가끔 "지연된" 중성자라 불리는 추가 중성자를 방출하는 흥분된 상태에서 새로운 핵(방사성 핵)을 산출하는 방사성 붕괴 단계(베타 마이너스 붕괴)를 겪기도 한다. 이 중성자 방출 핵분열 파편들은 지연된 중성자 전구 원자로 불린다.

U-235에서 열분열을 위한 중성자 데이터 지연[1][2]

그룹 하프 라이프(s) 붕괴 상수(s−1) 에너지(keV) 수율, 핵분열당 중성자 분수
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

핵분열 기본연구의 중요성

우라늄 234와 우라늄 236의 저에너지 핵분열에서 최종 파편 질량의 함수로서 최종 운동 에너지 분포의 표준 편차는 경량 파편 질량 지역 주위와 무거운 파편 질량 지역 주위에서 최고점을 나타낸다. 이러한 실험의 몬테카를로 방법에 의한 시뮬레이션은 그러한 피크가 즉각적인 중성자 방출에 의해 생성된다는 것을 시사한다.[3][4][5][6] 즉석 중성자 방출의 이러한 영향은 안장에서 탈진 지점까지의 핵분열 역학을 연구하는 데 중요한 일차 질량과 운동 분포를 얻는 것을 허용하지 않는다.

원자로의 중요성

만약 원자로가 매우 약간이라도 즉각적으로 임계 상태에 이르게 된다면 중성자의 수는 높은 속도로 기하급수적으로 증가할 것이고, 매우 빠르게 원자로는 외부 메커니즘에 의해 통제할 수 없게 될 것이다. 그러면 출력 상승의 제어는 노심의 열팽창이나 중성자의 공진흡수 증가와 같은 본질적인 물리적 안정성 인자에 맡겨질 것이며, 일반적으로 온도가 상승할 때 원자로의 반응도를 감소시키는 경향이 있지만 원자로는 열로 인해 손상되거나 파괴될 위험이 있다.

그러나, 지연된 중성자 덕분에, 원자로를 급속 중성자에 관한 한, 원자로를 임계 이하의 상태로 두는 것이 가능하다. 즉, 지연된 중성자는 소멸할 때 연쇄 반응을 지속할 수 있는 바로 그 시점에, 잠시 후에 온다. 그 체제에서는, 중성자 생산은 전체적으로 여전히 기하급수적으로 증가하지만, 느리게 조절할 수 있을 정도로 느리게 중성자 생산에 의해 지배되는 시간 척도로, (그렇지 않으면 불안정한 자전거의 시간 척도로 인간의 반사 속도가 충분히 빨라서 균형을 잡을 수 있는 것처럼) 그러므로 비운전과 초임계성의 여백을 넓히고 원자로를 더 많은 시간 동안 규제할 수 있게 함으로써 지연된 중성자는 고유 원자로 안전성 및 능동적 제어가 필요한 원자로에서도 필수적이다.

지연 중성자 비율이[7] 낮을수록 원자로 내 플루토늄의 많은 비율이 더 어려워진다.

분수 정의

전구체 산출분율 β는 다음과 같이 정의된다.

U-235의 경우 0.0064와 같다.

지연 중성자 분율(DNF)은 다음과 같이 정의된다.

이 두 요소인 β와 DNF는 거의 동일하지만, 상당히 다르지는 않다. 원자로 내 중성자 수에서 급속한(전구 원자의 붕괴 시간보다 빠른) 변화가 일어나는 경우에 차이가 있다.

또 다른 개념은 지연 중성자 β의eff 유효분율이며, 이는 부선 중성자속도에 가중(공간, 에너지 및 각도 초과)된 지연 중성자의 분율이다. 이 개념은 지연 중성자가 에너지 스펙트럼과 함께 발광 중성자에 비해 열화되기 때문에 발생한다. 열 중성자 스펙트럼에서 작용하는 저농축 우라늄 연료의 경우, 평균 및 유효 지연 중성자 분율의 차이는 50 pcm에 이를 수 있다.[8]

참고 항목

참조

  1. ^ J. R. Lamarsh, 핵 공학 입문, 애디슨-웨슬리, 제2판 1983, 76페이지.
  2. ^ G. R. Keepin, Andison-Wesley, 1965.
  3. ^ R. 브리소트, J.P. 부케, J. 크랜슨, C.R. Guet, H.A. Nifenecker, M. M. M. M. M. M.는 "235U 대칭 핵분열을 위한 키네틱-에너지 분포", "Common의 Proc. Phys에서. 그리고 켐. 국제원자력기구(IAEA)의 핵분열에서. 1980년 (1979년)
  4. ^ 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. S2CID 9831107.
  5. ^ M. 몬토야, E. 새톤, J. 로하스, "U 235 중성자 유도 핵분열로 인한 조각 질량과 운동에너지의 분배를 위한 몬테 카를로 시뮬레이션" , Revista Mexica de Fisica 53 (5) 366-370, 2007년 10월
  6. ^ "M. Montoya, J. Rojas, I. Lobato, "Neutron emission effects on final fragments mass and kinetic energy distribution from low energy fission of U 234", Revista Mexicana de Física, 54(6) dic 2008" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-02-05. Retrieved 2010-11-13.
  7. ^ "Nuclear Data for Safeguards".
  8. ^ Talamo, A.; Gohar, Y.; Division, Nuclear Engineering (29 July 2010). "Deterministic and Monte Carlo Modeling and Analyses of Yalina-Thermal Subcritical Assembly". OSTI 991100. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)

외부 링크