Zpožděné neutrony
Zpožděné neutrony jsou neutrony, které nepocházejí přímo ze štěpení (tj. v době cca 10−14 s po rozštěpení jádra), ale jsou uvolněny se zpožděním několika milisekund až několika minut. Přestože v typických reaktorech představují zpožděné neutrony cca 1 % nebo méně z celkového počtu uvolněných neutronů, je existence zpožděných neutronů zásadní pro regulovatelnost jaderných reaktorů.
Vysvětlení
Fragmenty štěpení, vzniklé jaderným štěpením jsou vzhledem ke svému přebytku neutronů velmi nestabilní a mění se následnými řetězovými beta-minus-rozpady postupně na stabilnější nuklidy. Takový rozpad vede v dceřiných jádrech v některých případech ke stavu nabuzení, který leží nad vazební energií neutronu a proto se okamžitě dále rozpadají s emisí neutronu. Tyto neutrony se proto objevují s poločasem rozpadu dotyčného beta rozpadu[1] a výrazně později než původní rozštěpení jádra.
Výpočetní popis
Pro praktický výpočet se nechá časové rozložení zpožděných neutronů přibližně popsat šesti časovými skupinami s odlišnými poločasy rozpadu. Poločasy rozpadu a podíly neutronů v každé skupině závisí na druhu štěpeného nuklidu a na energii rozpadem uvolněného neutronu. Například pro štěpení U-235 termickým neutronem platí:[2]
| Skupina | Poločas rozpadu [s] | Podíl (v % z celkově emitovaných neutronů) |
|---|---|---|
| 1 | 55,90 | 0,0221 |
| 2 | 22,73 | 0,1467 |
| 3 | 6,25 | 0,1313 |
| 4 | 2,30 | 0,2647 |
| 5 | 0,608 | 0,0771 |
| 6 | 0,230 | 0,0281 |
Součet podílů činí v tomto, pro praxi důležitém případu štěpení, 0,67% všech neutronů.
Energetické spektrum
Zpožděné neutrony jsou emitovány jednotlivě v přechodech mezi diskrétními stavy jader. Jejich energetické spektrum (všechny časové skupiny dohromady) se přesto dá hrubě představit stejné jako u okamžitých neutronů ze štěpení pomocí Maxwellova rozdělení. Ovšem je výrazně měkčí. Střední energie dosahuje pouze cca 0,45 MeV.[3]
Význam pro jaderné reaktory
Jen díky zpožděným neutronům může být jaderný reaktor regulován při dosažení kritického provozního stavu. Časový odstup emise okamžitých neutronů o 10−14 s je příliš krátký proto aby šly nějaké regulační technické zásahy vůbec uplatnit.
Zatímco podíl zpožděných neutrony při štěpení uranu235 je 0,67%, představuje jejich podíl při štěpení plutonia239 pouze 0,22%. Proto je v rychlých reaktorech a také při používání MOX-palivových elementů do tlakovodních reaktorů odstup mezi stavy zpožděně kritickými a okamžitě kritickými menší a vyžaduje proto jemnější řízení.
Odkazy
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Verzögertes Neutron na německé Wikipedii.
- ↑ E. B. Paul: Nuclear and Particle Physics. North-Holland, 1969, str. 249
- ↑ A. Ziegler, H.-J. Allelein (Hrsg.): Reaktortechnik: Physikalisch-technische Grundlagen. 2. Auflage, Springer-Vieweg 2013, ISBN 978-3-642-33845-8, str. 48
- ↑ B. Akdeniz: PhD Thesis, Pennsylvania State University (2007), str. 54