Neutronový tok

Neutronový tok, φ, je skalární veličina používaná v jaderné fyzice a reaktorové fyzice. Neutronový tok udává počet neutronů, který projde arbitrárně zvoleným průřezem v jakémkoliv směru v daném čase. Ekvivalentně jej lze definovat jako součin neutronové hustoty a jejich rychlosti. Obvyklá jednotka je cm⁻² s⁻¹ (neutrony na centimetr čtvereční za sekundu).^[1][2]

Fluence neutronů je definována jako tok neutronů integrovaný za určité časové období, takže jeho obvyklá jednotka je cm⁻² (neutrony na centimetr čtvereční).^[1]

Přírodní tok neutronů

Neutronový tok v asymptotických obřích hvězdách a supernovách je zodpovědný za většinu přirozené nukleosyntézy produkující prvky těžší než železo. Ve hvězdách je relativně nízký tok neutronů v řádu 10⁵ až 10¹¹ cm⁻² s⁻¹, což má za následek nukleosyntézu s-procesem (pomalý proces záchytu neutronů). Naproti tomu během supernovy dochází k extrémně vysokému toku neutronů, řádově 10 ³² cm⁻² s⁻¹,^[3] což vede k nukleosyntéze r-procesem (rychlý proces záchytu neutronů).

Zemský atmosférický tok neutronů, zřejmě z bouřek, může dosáhnout úrovní 3·10⁻² až 9·10 cm⁻² s⁻¹. Nedávné výsledky^[4] (původními badateli považované za neplatné^[5]) získané s nestíněnými scintilačními neutronovými detektory však ukazují pokles toku neutronů během bouřek. Podle nedávného výzkumu blesky naopak generují 10¹³ až 10¹⁵ neutronů na výboj prostřednictvím fotonukleárních procesů.^[6]

Umělý tok neutronů

Mezi umělé toky neutronů patří toku neutronů, které jsou vyrobeny člověkem, buď jako vedlejší produkt (například jaderných zbraní nebo jaderné energie), nebo pro konkrétní aplikaci, například z výzkumného reaktoru nebo ze spalační reakce. Tok neutronů se často používá k zahájení štěpení nestabilních velkých jader. Volný neutron může způsobit, že se jádro stane nestabilním, což způsobí jeho rozpad (štěpení) za vzniku stabilnějších produktů. Tento efekt je využíván v štěpných reaktorech a jaderných zbraních.^[7]

Uvnitř jaderného štěpného reaktoru je neutronový tok nejdůležitější měřenou veličinou. Distribuce neutronového toku udává neutronový tok v celém objemu reaktoru jako funkci rozměrů. V jaderných reaktorech se nejčastěji měří axiální a radiální distribuce neutronového toku. Typicky nejsilnější neutronový tok nastává uprostřed aktivní zóny reaktoru a směrem k okrajům se snižuje. Kvůli nerovnoměrnému ohřívání paliva je však tento jev kompenzován zvýšeným obohacením paliva na okraji aktivní zóny. Čím vyšší je tok neutronů, tím větší je pravděpodobnost, že dojde k jaderné reakci, protože oblastí prochází více neutronů za jednotku času.^[8]

Fluence neutronů stěny reaktorové nádoby

Reaktorová nádoba typické jaderné elektrárny ( PWR ) vydrží za 40 let (32 plných reaktorových let) provozu fluenci neutronů přibližně 6,5×10¹⁹ cm⁻² (E > 1 MeV ).^[9] Neutronový tok způsobuje, že nádoby reaktoru trpí neutronovým křehnutím.^[7]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Neutron flux na anglické Wikipedii.