중성자 온도

Neutron temperature
중성자를 이용한 과학
Quark structure neutron.svg
기초
중성자 산란
기타 응용 프로그램
사회 기반 시설
중성자 시설

중성자 에너지라고도 불리는 중성자 검출 온도는 자유 중성자의 운동 에너지를 나타내며, 보통 전자 볼트로 주어진다.고온, 열 및 냉중성자는 특정 온도의 매체에서 감속되기 때문에 온도라는 용어를 사용합니다.중성자 에너지 분포는 열운동으로 알려진 맥스웰 분포에 맞게 조정된다.질적으로 온도가 높을수록 자유 중성자의 운동 에너지가 높아진다.중성자의 운동량과 파장은 드 브로글리 관계를 통해 관련이 있다.느린 중성자의 파장이 크기 때문에 단면이 [1]커집니다.

중성자 에너지 분포 범위

중성자 에너지 범위[2][3] 이름
중성자 에너지 에너지 범위
0.0~0.025 eV 냉중성자
0.025 eV 열 중성자
0.025~0.4 eV 발열 중성자
0.4~0.5 eV 카드뮴 중성자
0.5~1 eV 에피카드뮴 중성자
1~10 eV 저속 중성자
10 ~ 300 eV 공명 중성자
300 eV – 1 MeV 중간 중성자
1 ~ 20 MeV 고속 중성자
> 20 MeV 초고속 중성자

그러나 다른 [4]소스에서는 다른 이름의 다른 범위가 관찰됩니다.

자세한 분류는 다음과 같습니다.

온도

열 중성자는 약 0.025 eV(약 4.0×10−21 J 또는 2.4 MJ/kg, 따라서 2.19 km/s)의 운동 에너지를 가진 자유 중성자로, 이는 이 온도에서 맥스웰-볼트만 분포의 모드인 290 K(17°C 또는 62°F)의 온도에서 가장 가능성이 높은 속도에 해당하는 에너지이다.

이 온도에서 매질(중성자 감속재)의 핵(산란)과 여러 번 충돌한 후 흡수되지 않은 중성자는 이 에너지 수준에 도달한다.

열 중성자는 고속 중성자보다 특정 핵종에 대해 다른 유효 중성자 흡수 단면을 가지며, 따라서 종종 원자핵에 의해 더 쉽게 흡수될 수 있으며, 그 결과 화학 원소의 더 무겁고 불안정한 동위원소가 생성된다.이 현상을 중성자 활성화라고 합니다.

에피터말

[필요한 건]

  • 열보다 큰 에너지의 중성자
  • 0.025 eV 이상

카드뮴

[필요한 건]

  • 카드뮴에 강하게 흡수되는 중성자
  • 0.5eV 미만

에피카드뮴

[필요한 건]

  • 카드뮴에 의해 강하게 흡수되지 않는 중성자
  • 0.5eV보다 크다.

느리다

[필요한 건]

  • 에피카드뮴 중성자보다 약간 큰 에너지의 중성자.
  • 1~10 eV 미만

공명

[필요한 건]

  • U-238에 의한 비분열 포획에 강한 영향을 받기 쉬운 중성자를 말한다.
  • 1 eV ~ 300 eV

중간의

[필요한 건]

  • 느린 중성자와 빠른 중성자 사이의 중성자
  • 수백 eV~0.5 MeV

빠른

고속 중성자는 운동 에너지 레벨이 1MeV(100TJ/kg)에 가까운 자유 중성자이므로 속도가 14,000km/s 이상이다.이들은 저에너지 열중성자와 구별하기 위해 고속 중성자로 불리며 우주 샤워기나 가속기에서 생성되는 고에너지 중성자로 불린다.

고속 중성자는 핵 프로세스에 의해 생성된다.

  • 핵분열은 2MeV(200TJ/kg, 즉 20,000km/s)의 평균 에너지를 가진 중성자를 생성하며, 이는 "빠른" 것으로 인정된다.그러나 핵분열로 인한 중성자의 범위는 분해 운동량 프레임의 중심에서 맥스웰-볼츠만 분포를 0에서 약 14MeV까지 따르며, 에너지 모드는 0.75MeV에 불과하며, 이는 핵분열 중성자의 절반 미만이 1MeV [5]기준으로도 "빠른" 것으로 인정된다는 것을 의미한다.
  • 자발적 핵분열은 일부 무거운 핵종의 방사성 붕괴 형태이다.예를 들어 플루토늄-240과 캘리포늄-252가 있다.
  • 핵융합: 중수소-삼중수소 융합은 우라늄-238 및 기타 비분열성 악티니드를 쉽게 핵분열할 수 있는 14.1MeV(1400TJ/kg, 즉 52,000km/s, 광속의 17.3%)의 중성자를 생성한다.
  • 중성자 방출은 핵에 과잉 중성자가 충분히 포함되어 있어 하나 이상의 중성자의 분리 에너지가 음이 되는 상황에서 발생한다(즉, 과잉 중성자가 핵에서 "떨어진다").이런 종류의 불안정한 핵은 종종 1초 이내에 붕괴된다.

대부분의 핵분열성 연료는 열 중성자와 반응 속도가 높기 때문에 보통 정상 상태의 원자로에서는 고속 중성자가 바람직하지 않다.고속 중성자는 감속이라고 불리는 과정을 통해 열 중성자로 빠르게 변할 수 있다.이것은 원자핵이나 다른 중성자와 같이 (일반적으로) 느리게 움직이는 저온 입자와 수많은 충돌을 통해 이루어집니다.이러한 충돌은 일반적으로 다른 입자의 속도를 높이고 중성자를 느리게 하여 흩어지게 합니다.이 과정에는 상온 중성자 감속제를 사용하는 것이 이상적입니다.원자로에서는 중성자를 완화하기 위해 중수, 경수 또는 흑연이 일반적으로 사용됩니다.

See caption for explanation. Lighter noble gases (helium and neon depicted) have a much higher probability density peak at low speeds than heavier noble gases, but have a probability density of 0 at most higher speeds. Heavier noble gases (argon and xenon depicted) have lower probability density peaks, but have non-zero densities over much larger ranges of speeds.
298.15K(25C)의 온도에서 소수의 귀가스 속도의 속도 확률 밀도 함수를 표시하는 차트.수직 축 라벨에 대한 설명이 이미지 페이지에 나타납니다(클릭하면 확인할 수 있습니다).감속 시 중성자에 대해서도 유사한 속도 분포를 구한다.

초고속

[필요한 건]

  • 상대론적
  • 20 MeV 이상

기타 분류

더미
  • 원자로에 존재하는 모든 에너지의 중성자
  • 0.001 eV ~15 MeV
울트라콜드
  • 반사되어 갇힐 수 있을 만큼 에너지가 낮은 중성자
  • 상한 335 neV

고속 중성자 원자로와 열 중성자 원자로 비교

대부분의 핵분열 원자로는 핵분열에 의해 생성된 중성자를 감속시키기 위해 중성자 감속제를 사용하는 열중성자 원자로이다.감속은 우라늄-235나 플루토늄-239와 같은 핵분열성 핵의 핵분열 단면을 상당히 증가시킨다.또한 우라늄-238은 열 중성자의 포획 단면이 훨씬 낮기 때문에 U에 의해 포획되는 것이 아니라 더 많은 중성자가 핵분열을 일으키고 연쇄 반응을 전파할 수 있다. 이러한 효과의 조합으로 경수로가 저농축 우라늄을 사용할 수 있다.중수로와 흑연 감속로는 경수보다 [6]중성자 포획 단면이 훨씬 낮기 때문에 천연 우라늄을 사용할 수도 있다.

연료 온도 상승은 또한 도플러 확대에 의해 U-238의 열 중성자 흡수를 증가시켜 원자로를 제어하는 데 도움이 되는 부정적인 피드백을 제공한다.냉각수가 조절 및 흡수(경수 또는 중수)에 기여하는 액체인 경우, 냉각수를 끓이면 감속재 밀도가 감소하며, 원자로가 저감속 또는 과감속 여부에 따라 양 또는 음의 피드백(양 또는 음의 보이드 계수)을 제공할 수 있다.

중간 에너지 중성자는 대부분의 연료에서 고속 중성자 또는 열 중성자보다 핵분열/포착 비율이 낮다.예외는 모든 중성자 에너지에서 양호한 핵분열/포착 비율을 갖는 토륨 사이클의 우라늄-233이다.

고속 중성자 원자로는 반응을 지속하기 위해 감속되지 않은 고속 중성자를 사용하며 연료에 비옥한 물질 U-238에 비해 더 높은 농도의 핵분열성 물질을 함유하도록 요구한다.그러나 고속 중성자는 많은 핵종에 대해 더 나은 핵분열/포착 비율을 가지며, 각 고속 핵분열은 더 많은 수의 중성자를 방출하기 때문에 고속 증식로는 소비하는 것보다 더 많은 핵분열 연료를 잠재적으로 "증식"할 수 있다.

고속 원자로 제어는 도플러 확대 또는 감속재로부터의 음의 보이드 계수에만 의존할 수 없다.그러나 연료 자체의 열팽창은 빠른 음의 피드백을 제공할 수 있습니다.미래의 물결이 될 것으로 영원히 예상되고 있는 고속로 개발은 우라늄 시장의 낮은 가격 때문에 체르노빌 사고 이후 수십 년 동안 소수의 원자로만 건설된 채 거의 휴면 상태에 놓여 있다. 비록 현재 몇몇 아시아 국가들이 다음 F년 안에 더 큰 고속로 시제품을 완성할 계획을 세우고 있다.몇 년인가?[when?]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ de Broglie, Louis. "On the Theory of Quanta" (PDF). aflb.ensmp.fr. Retrieved 2 February 2019.
  2. ^ Carron, N.J. (2007). An Introduction to the Passage of Energetic Particles Through Matter. p. 308. Bibcode:2007ipep.book.....C.
  3. ^ "Neutron Energy". www.nuclear-power.net. Retrieved 27 January 2019.
  4. ^ H. 토미타쇼다, J. 가와라바야시, T. 마츠모토, J. 호리, S.우노, M.쇼지, T우치다, 북후쿠모토아, T.Iguchia, GEM과의 공명 에너지 필터링 영상에 기초한 발열 중성자 카메라 개발, 2012: "발열 중성자는 1 eV에서 10 keV 사이의 에너지를 가지며 열 중성자보다 더 작은 핵 단면을 가진다.
  5. ^ 번, J. 중성자, 핵 및 물질, 도버 출판물, 뉴욕, 미네올라, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5(pbk.) 페이지 259.
  6. ^ 우라늄의 물리학과.2009년 3월 7일 접속

외부 링크