유도 중성자

Prompt neutron

핵 공학에서, 즉석 중성자는 같은 맥락에서 발생할 수 있는 지연된 중성자 붕괴와는 반대로 핵분열 사건에 의해 즉시 방출되는 중성자 방출이다(중성자 방출). 핵분열 생성물 중 하나의 베타 붕괴 후 몇 밀리초에서 몇 분 후에 방출된다.

즉석 중성자는 불안정한 핵분열성 또는 핵분열성 중핵의 핵분열에서 거의 즉각적으로 나타난다. 신속한 중성자가 출현하는 데 걸리는 시간에 대해서는 서로 다른 정의가 있다. 예를 들어, 미국 에너지부는 핵분열 발생 후−13 10초 이내에 핵분열에서 태어난 중성자를 신속 중성자로 정의한다.[1] 미국 원자력규제위원회는 10초−14 이내에 핵분열에서 나오는 중성자를 신속 중성자로 정의하고 있다.[2] 이 방출은 핵력에 의해 제어되며 매우 빠르다. 이와는 대조적으로 소위 지연 중성자는 베타 붕괴(약력에 의해 매개됨)와 관련된 시간 지연에 의해 전구 흥분 핵종에 지연되며, 그 후 중성자 방출은 즉각적인 시간 척도로 일어난다(즉, 거의 즉시).

원리

우라늄-235를 예로 들면 이 핵은 열 중성자를 흡수하며, 핵분열 사건의 즉각적인 대량생산은 형성된 우라늄-236 핵의 잔해인 두 개의 큰 핵분열 파편이다. 이 조각들은 두 세 개의 자유 중성자(평균 2.5개)를 방출하는데, 이는 즉석 중성자라 불린다. 후속 핵분열 파편은 지연 중성자라 불리는 추가 중성자를 생성하는 방사성 붕괴 단계를 가끔 겪는다. 이 중성자 방출 핵분열 파편들은 지연된 중성자 전구 원자로 불린다.

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.

우라늄-235에서[3][4] 열분열을 위한 중성자 데이터 지연
그룹 하프라이프
(s) 		붕괴 상수
(s−1) 		에너지
(keV) 		분수 지연 중성자의 항복
온갖 종류의 이 그룹의
1 55.72 0.0124 250 0.000215 0.00052 2.4
2 22.72 0.0305 560 0.001424 0.00346 2.4
3 6.22 0.111 405 0.001274 0.00310 2.4
4 2.30 0.301 450 0.002568 0.00624 2.4
5 0.610 1.14 — 0.000748 0.00182 2.4
6 0.230 3.01 — 0.000273 0.00066 2.4
합계 0.0065 0.0158 2.4

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.[5][6][7][8] 이러한 신속한 중성자 방출의 영향은 안장에서 탈진 지점까지의 핵분열 역학을 연구하는데 중요한 일차 질량과 운동 분포를 제공하지 않는다.

원자로의 중요성

만약 원자로가 매우 약간이라도 즉각적으로 임계치에 도달한다면 중성자와 출력물의 수는 높은 속도로 기하급수적으로 증가할 것이다. 제어봉과 같은 기계장치의 응답시간은 이런 종류의 전력증강을 완화하기에는 너무 느리다. 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.

분수 정의

계수 β는 다음과 같이 정의된다.

U-235의 경우 0.0064와 같다.

지연 중성자 분율(DNF)은 다음과 같이 정의된다.

이 두 가지 요인인 β와 DNF는 원자로 내 중성자 수가 급격히 변화할 경우 동일한 것이 아니다.

또 다른 개념은 지연 중성자의 유효 분율이며, 이는 부선 중성자 유속에서 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 pcm(1pcm = 1e-5)에 이를 수 있다.[9]

참고 항목

참조

  1. ^ "DOE Fundamentals Handbook - Nuclear Physics and Reactor Theory" (PDF), DOE Fundamentals Handbook - Nuclear Physics and Reactor Theory, DOE-HDBK-1019/1-93, U.S. Department of Energy, January 1993, p. 29 (p. 133 of .pdf format)
  2. ^ Mihalczo, John T. (November 19, 2004), "Radiation Detection From Fission" (PDF), Radiation Detection From Fission, ORNL/TM-2004/234, Oak Ridge National Laboratory, p. 1 (p. 11 of .pdf format)
  3. ^ Lamarsh, John R. (1975). Introduction to nuclear engineering (1 ed.). Reading, MA: Addison-Wesley Publishing Company. p. 73. ISBN 978-0-201-04160-6. OCLC 643602942. OL 5044744M.
  4. ^ McKown, D. M.; Millard Jr., H. T. (1987). "Determination of Uranium and Thorium by Delayed Neutron Counting". In Baedecker, Philip A. (ed.). Methods for Geochemical Analysis (PDF). U.S. Geological Survey Bulletin. Vol. 1770. United States Geological Survey. p. H12.
  5. ^ 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)
  6. ^ 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.
  7. ^ Montoya, M.; Saettone, E.; Rojas, J. (2007). "Monte Carlo Simulation for fragment mass and kinetic energy distribution from neutron-induced fission of U 235" (PDF). Revista Mexicana de Física. 53 (5): 366–370. arXiv:0709.1123. Bibcode:2007RMxF...53..366M.
  8. ^ Montoya, M.; Rojas, J.; Lobato, I. "Neutron emission effects on final fragments mass and kinetic energy distribution from low energy fission of U 234" (PDF). Revista Mexicana de Física. 54 (6): 440. Archived from the original (PDF) on 2009-02-05. Retrieved 2009-02-20.
  9. ^ YALINA 열하중계 조립체의 결정론적 및 몬테카를로 해석

외부 링크