Введение
Тип радиоактивного распада
Нейтронное излучение — это вид радиоактивного распада, при котором из ядра выбрасываются один или несколько нейтронов. Оно происходит в наиболее обогащенных нейтронами и обедненных протонами нуклидах, а также из возбужденных состояний других нуклидов, как, например, при фотонейтронном излучении и бета-задержанном нейтронном излучении. Поскольку в этом процессе теряется только нейтрон, число протонов остается неизменным, и атом не превращается в атом другого элемента, а становится другим изотопом того же элемента. Нейтроны также образуются при спонтанном и вынужденном делении некоторых тяжелых нуклидов.
Двойная нейтронная эмиссия
Некоторые изотопы, богатые нейтронами, распадаются с испусканием двух или более нейтронов. Например, водород-5 и гелий-10 распадаются с испусканием двух нейтронов, водород-6 – с испусканием 3 или 4 нейтронов, а водород-7 – с испусканием 4 нейтронов.
Фотонейтронная эмиссия
Некоторые нуклиды могут быть приведены в состояние, при котором они испускают нейтрон под воздействием гамма-излучения. Одним из таких нуклидов является 9Be; его фотодезинтеграция имеет важное значение в ядерной астрофизике, поскольку она связана с обилием бериллия и последствиями нестабильности 8Be. Это также делает этот изотоп полезным в качестве источника нейтронов в ядерных реакторах. Другой нуклид, 181Ta, также легко подвергается фотодезинтеграции; считается, что этот процесс ответственен за образование 180mTa, единственного первичного ядерного изомера и самого редкого первичного нуклида.
Бета-задержанная эмиссия нейтронов
Нейтронное излучение обычно происходит из ядер, находящихся в возбужденном состоянии, таких как возбужденный 17O*, образующийся при бета-распаде 17N. Сам процесс испускания нейтрона контролируется ядерным взаимодействием и поэтому происходит чрезвычайно быстро, иногда его называют "практически мгновенным". Этот процесс позволяет нестабильным атомам становиться более стабильными. Выброс нейтрона может быть результатом движения многих нуклонов, но в конечном счете он обусловлен отталкивающим действием ядерного взаимодействия, существующего на чрезвычайно малых расстояниях между нуклонами.
Задержанные нейтроны в реакторе
Большинство нейтронных выбросов, не связанных с мгновенным образованием нейтронов при делении (вызванном или спонтанном), происходит от тяжелых нейтрон-избыточных изотопов, образующихся как продукты деления. Эти нейтроны иногда испускаются с задержкой, поэтому их называют запаздывающими нейтронами, однако фактическая задержка в их появлении обусловлена ожиданием бета-распада продуктов деления с образованием возбужденных ядер-предшественников, которые затем немедленно испускают нейтроны. Таким образом, задержка в испускании нейтронов связана не с самим процессом образования нейтронов, а с бета-распадом его предшественника, который контролируется слабым взаимодействием и, следовательно, требует значительно большего времени. Периоды полураспада бета-распада предшественников радиоизотопов, испускающих запаздывающие нейтроны, обычно составляют доли секунды до десятков секунд. Тем не менее, запаздывающие нейтроны, испускаемые нейтрон-избыточными продуктами деления, способствуют управлению ядерными реакторами, замедляя изменение реактивности по сравнению с ситуацией, когда управление осуществлялось бы только мгновенными нейтронами. Около 0,65% нейтронов высвобождаются в ядерной цепной реакции с задержкой благодаря механизму испускания нейтронов, и именно эта доля нейтронов позволяет управлять ядерным реактором в масштабах времени, сопоставимых со временем реакции человека, не допуская перехода в быстрокритическое состояние и неконтролируемого расплавления.
Индуцированное деление
Синонимом такого испускания нейтронов является "производство мгновенных нейтронов", которое наиболее известно как происходящее одновременно с вынужденным ядерным делением. Вынужденное деление происходит только тогда, когда ядро подвергается бомбардировке нейтронами, гамма-лучами или другими переносчиками энергии. Многие тяжелые изотопы, наиболее заметно калифорний-252, также испускают мгновенные нейтроны среди продуктов аналогичного спонтанного радиоактивного процесса распада – спонтанного деления.
Спонтанное деление
Спонтанное деление происходит, когда ядро распадается на два (иногда три) более мелких ядра и, как правило, один или несколько нейтронов.