Введение
Задержанное излучение нейтронов после ядерного деления
В ядерной инженерии задержанный нейтрон – это нейтрон, испускаемый после ядерного деления одним из продуктов деления (или, точнее, дочерним продуктом деления после бета-распада) в любой момент времени от нескольких миллисекунд до нескольких минут после события деления. Нейтроны, рожденные в течение 10−14 секунд после деления, называются "мгновенными нейтронами". В ядерном реакторе тяжелые нуклиды делятся на два нейтрон-избыточных продукта деления (т.е. нестабильных нуклида) и свободные нейтроны (мгновенные нейтроны). Многие из этих продуктов деления затем подвергаются радиоактивному распаду (обычно бета-распаду), и образующиеся нуклиды оказываются нестабильными по отношению к бета-распаду. Небольшая доля из них оказывается достаточно возбужденной, чтобы при бета-распаде испустить задержанный нейтрон в дополнение к бета-частице. Момент бета-распада предшественников – нуклидов, являющихся предшественниками задержанных нейтронов – наступает на порядки величины позже, чем испускание мгновенных нейтронов. Следовательно, нейтрон, возникающий в результате распада предшественника, называется задержанным нейтроном. "Задержка" в испускании нейтронов обусловлена задержкой бета-распада (который протекает медленнее, поскольку контролируется слабым взаимодействием), поскольку испускание нейтронов, как и гамма-излучение, контролируется сильным ядерным взаимодействием и, следовательно, происходит либо непосредственно при делении, либо почти одновременно с бета-распадом, сразу после него. Различные периоды полураспада этих распадов, которые в конечном итоге приводят к испусканию нейтронов, таким образом, соответствуют периодам полураспада бета-распада предшествующих радионуклидов. Задержанные нейтроны играют важную роль в управлении ядерным реактором и анализе его безопасности.
In nuclear engineering, a delayed neutron is a neutron emitted after a nuclear fission event, by one of the fission products (or actually, a fission product daughter after beta decay), any time from a few milliseconds to a few minutes after the fission event. Neutrons born within 10−14 seconds of the fission are termed "prompt neutrons". In a nuclear reactor large nuclides fission into two neutron rich fission products (i. e. unstable nuclides) and free neutrons (prompt neutrons). Many of these fission products then undergo radioactive decay (usually beta decay) and the resulting nuclides are unstable with respect to beta decay. A small fraction of them are excited enough to be able to beta decay by emitting a delayed neutron in addition to the beta. The moment of beta decay of the precursor nuclides which are the precursors of the delayed neutrons happens orders of magnitude later compared to the emission of the prompt neutrons. Hence the neutron that originates from the precursor's decay is termed a delayed neutron. The "delay" in the neutron emission is due to the delay in beta decay (which is slower since controlled by the weak force), since neutron emission, like gamma emission, is controlled by the strong nuclear force and thus either happens at fission, or nearly simultaneously with the beta decay, immediately after it. The various half lives of these decays that finally result in neutron emission, are thus the beta decay half lives of the precursor radionuclides. Delayed neutrons play an important role in nuclear reactor control and safety analysis.
Значение в ядерных реакторах
Если ядерный реактор хоть немного, но оказался бы мгновенно критическим, число нейтронов возросло бы экспоненциально с высокой скоростью, и реактор очень быстро стал бы неконтролируемым внешними механизмами. Контроль над ростом мощности в этом случае зависел бы от его внутренних физических факторов стабильности, таких как тепловое расширение активной зоны или увеличение резонансного поглощения нейтронов, которые обычно снижают реактивность реактора при повышении температуры; однако реактор рисковал бы быть поврежденным или разрушенным из-за перегрева. Но благодаря запаздывающим нейтронам, возможно поддерживать реактор в субкритическом состоянии, рассматривая только мгновенные нейтроны: запаздывающие нейтроны появляются чуть позже, вовремя, чтобы поддержать цепную реакцию, когда она вот-вот прекратится. В этом режиме общее производство нейтронов все еще растет экспоненциально, но во временном масштабе, определяемом скоростью появления запаздывающих нейтронов, которая достаточно мала для обеспечения управляемости (подобно тому, как иначе нестабильный велосипед можно удержать в равновесии, поскольку человеческие рефлексы достаточно быстры для масштаба его неустойчивости). Таким образом, расширяя границы безопасной эксплуатации и сверхкритичности и предоставляя больше времени для регулирования реактора, запаздывающие нейтроны играют ключевую роль в обеспечении внутренней безопасности реактора, даже в реакторах, требующих активного управления. Меньший процент запаздывающих нейтронов затрудняет использование больших концентраций плутония в ядерных реакторах.