 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( ноябрь 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
| Наука с нейтронами |
|---|
 |
| Фонды |
| Рассеяние нейтронов |
| Другие приложения |
| Инфраструктура |
| Нейтронные объекты |
|
Температура регистрации нейтронов , также называется энергия нейтронов , указывает на свободный нейтрон «S кинетической энергии , как правило , даны в электрон - вольт . Термин температура используется, поскольку горячие, тепловые и холодные нейтроны замедляются в среде с определенной температурой. Затем распределение нейтронов по энергии адаптируется к максвелловскому распределению, известному для теплового движения. Качественно, чем выше температура, тем выше кинетическая энергия свободных нейтронов. Импульса и длины волны нейтрона связаны между собой через де Бройля. Большая длина волны медленных нейтронов позволяет получить большое поперечное сечение. [1]
Диапазоны распределения энергии нейтронов [ править ]
| Нейтронная энергия | Энергетический диапазон |
|---|---|
| 0,0–0,025 эВ | Холодные нейтроны |
| 0,025 эВ | Тепловые нейтроны |
| 0,025–0,4 эВ | Надтепловые нейтроны |
| 0,4–0,5 эВ | Кадмиевые нейтроны |
| 0,5–1 эВ | Эпикадмиевые нейтроны |
| 1–10 эВ | Медленные нейтроны |
| 10–300 эВ | Резонансные нейтроны |
| 300 эВ – 1 МэВ | Промежуточные нейтроны |
| 1–20 МэВ | Быстрые нейтроны |
| > 20 МэВ | Сверхбыстрые нейтроны |
Но в других источниках наблюдаются разные диапазоны с разными названиями. [4]
Ниже приводится подробная классификация:
Термальный [ править ]
Тепловые нейтроны являются свободными нейтронами с кинетической энергией около 0,025 эВ (приблизительно 4,0 × 10 -21 Дж или 2,4 МДжа / кг, следовательно , со скоростью 2,19 км / с), который является наиболее вероятной энергией при температуре 290 K (17 ° C или 62 ° F), режим распределения Максвелла – Больцмана для этой температуры.
После ряда столкновений с ядрами ( рассеяния ) в среде ( замедлителе нейтронов ) при этой температуре те нейтроны, которые не поглощаются, достигают примерно этого уровня энергии.
Тепловые нейтроны имеют разные , и иногда намного больше эффективного поглощение нейтронов поперечного сечения для данного нуклида , чем быстрые нейтроны, и поэтому могут часто быть поглощены более легко с помощью атомного ядра , создавая более тяжелый, часто нестабильный изотоп из химического элемента в результате . Это событие называется нейтронной активацией .
Эпитермальный [ править ]
[ необходим пример ]
- Нейтроны с энергией больше тепловой
- Более 0,025 эВ
Кадмий [ править ]
[ необходим пример ]
- Нейтроны, сильно поглощаемые кадмием
- Менее 0,5 эВ.
Эпикадмий [ править ]
[ необходим пример ]
- Нейтроны, которые не сильно поглощаются кадмием
- Более 0,5 эВ.
Медленно [ править ]
[ необходим пример ]
- Нейтроны с энергией немного большей, чем нейтроны эпикадмия.
- Менее 1 до 10 эВ.
Резонанс [ править ]
[ необходим пример ]
- Относится к нейтронам, которые очень восприимчивы к неделительному захвату U-238.
- От 1 эВ до 300 эВ
Средний [ править ]
[ необходим пример ]
- Нейтроны между медленными и быстрыми
- От нескольких сотен эВ до 0,5 МэВ.
Быстро [ править ]
- Быстрые нейтроны являются свободными нейтронами с кинетическим уровнем энергии , близким к 1 М эВ (100 Т J / кг ), следовательно, скорость 14,000 км / ев , или выше. Их называют быстрыми нейтронами, чтобы отличить их от тепловых нейтронов с более низкой энергией и нейтронов высокой энергии, образующихся в космических ливнях или ускорителях.
Быстрые нейтроны производятся ядерными процессами:
- При делении ядра образуются нейтроны со средней энергией 2 МэВ (200 ТДж / кг, т. Е. 20 000 км / с), что считается «быстрым». Однако диапазон нейтронов от деления следует распределению Максвелла – Больцмана от 0 до примерно 14 МэВ в центре импульса распада, а режим энергии составляет всего 0,75 МэВ, что означает, что менее половины нейтронов деления квалифицируются как «быстрые» даже по критерию 1 МэВ. [5]
- Самопроизвольное деление - это тип радиоактивного распада, которому подвергаются некоторые тяжелые элементы. Примеры включают плутоний-240 и калифорний-252 .
- Ядерный синтез : дейтерий - тритий слитый производит нейтроны 14,1 МэВ (1400 т / кг, т.е. 52000 км / с, 17,3% от скорости света ) , который может легко деления урана-238 и других не- делящихся актинидов .
- Эмиссия нейтронов происходит в ситуациях, когда ядро содержит достаточно избыточных нейтронов, так что энергия разделения одного или нескольких нейтронов становится отрицательной (т.е. избыточные нейтроны « капают » из ядра). Подобные нестабильные ядра часто распадаются менее чем за секунду.
Быстрые нейтроны обычно нежелательны в стационарных ядерных реакторах, потому что большая часть делящегося топлива имеет более высокую скорость реакции с тепловыми нейтронами. Быстрые нейтроны можно быстро превратить в тепловые нейтроны с помощью процесса, называемого замедлением. Это происходит посредством многочисленных столкновений с (в общем) более медленными и, следовательно, более низкотемпературными частицами, такими как атомные ядра и другие нейтроны. Эти столкновения обычно ускоряют другую частицу, замедляют нейтрон и рассеивают его. В идеале для этого процесса используется замедлитель нейтронов при комнатной температуре . В реакторах для смягчения нейтронов обычно используются тяжелая вода , легкая вода или графит .
Сверхбыстрый [ править ]
[ необходим пример ]
- Релятивистский
- Более 20 МэВ
Другие классификации [ править ]
- Куча
- Нейтроны всех энергий, присутствующие в ядерных реакторах
- От 0,001 эВ до 15 МэВ.
- Ультрахолодный
- Нейтроны с достаточно низкой энергией для отражения и захвата
- Верхняя граница 335 нэВ
Сравнение реактора на быстрых нейтронах и реактора на тепловых нейтронах [ править ]
Большинство реакторов деления - это реакторы на тепловых нейтронах , в которых используется замедлитель нейтронов для замедления (« термализации ») нейтронов, образующихся при делении ядер . Модерация существенно увеличивает деления сечение для делящегося ядра , таких как уран-235 или плутоний-239 . Кроме того, уран-238 имеет гораздо более низкое сечение захвата тепловых нейтронов, что позволяет большему количеству нейтронов вызывать деление делящихся ядер и распространять цепную реакцию, а не захватывается 238 U. Комбинация этих эффектов позволяет создавать легководные реакторы.использовать низкообогащенный уран . В тяжеловодных реакторах и реакторах с графитовым замедлителем можно даже использовать природный уран, поскольку эти замедлители имеют гораздо более низкие поперечные сечения захвата нейтронов, чем легкая вода. [6]
Повышение температуры топлива также увеличивает поглощение тепловых нейтронов U-238 за счет доплеровского уширения , обеспечивая отрицательную обратную связь, помогающую управлять реактором. Когда охлаждающая жидкость представляет собой жидкость, которая также способствует замедлению и поглощению (легкая вода или тяжелая вода), кипение охлаждающей жидкости снижает плотность замедлителя, что может обеспечить положительную или отрицательную обратную связь (положительный или отрицательный коэффициент пустотности ), в зависимости от того, в реакторе пониженная или повышенная скорость замедления.
Нейтроны промежуточных энергий имеют более низкий коэффициент деления / захвата, чем быстрые или тепловые нейтроны для большинства видов топлива. Исключением является уран-233 из ториевого цикла , который имеет хороший коэффициент деления / захвата при всех энергиях нейтронов.
Реакторы на быстрых нейтронах используют немодерированные быстрые нейтроны для поддержания реакции и требуют, чтобы топливо содержало более высокую концентрацию делящегося материала по сравнению с воспроизводимым материалом U-238. Однако быстрые нейтроны имеют лучшее отношение деления / захвата для многих нуклидов, и каждое быстрое деление высвобождает большее количество нейтронов, поэтому реактор-размножитель на быстрых нейтронах потенциально может «производить» больше делящегося топлива, чем потребляет.
Управление быстрым реактором не может зависеть только от доплеровского уширения или от отрицательного пустотного коэффициента замедлителя. Однако тепловое расширение самого топлива может привести к быстрой отрицательной обратной связи. Разработка реакторов на быстрых нейтронах, которую всегда ожидали стать волной будущего, практически бездействовала, и за десятилетия после аварии на Чернобыльской АЭС из-за низких цен на урановом рынке было построено всего несколько реакторов , хотя сейчас наблюдается оживление в нескольких азиатских странах. планирует завершить строительство более крупных прототипов быстрых реакторов в ближайшие несколько лет.
См. Также [ править ]
- Абсорбционное упрочнение
- Список частиц
- Обнаружение нейтронов
- Источник нейтронов
- Ядерная реакция
- Сцинтиллятор
Ссылки [ править ]
- ^ де Бройль, Луи. «К теории квантов» (PDF) . aflb.ensmp.fr . Проверено 2 февраля 2019 .
- ^ Carron, штат Нью - Джерси (2007). Введение в прохождение энергичных частиц через материю . п. 308.
- ^ «Нейтронная энергия» . www.nuclear-power.net . Проверено 27 января 2019 .
- ^ Х. Томита, К. Шода, Дж. Каварабаяси, Т. Мацумото, Дж. Хори, С. Уно, М. Сёдзи, Т. Учида, Н. Фукумотоа и Т. Игучия, Разработка камеры надтепловых нейтронов на основе резонансных- Получение изображений с энергетическим фильтром с помощью GEM , 2012, цитата: «Эпитепловые нейтроны имеют энергию от 1 эВ до 10 кэВ и меньшее ядерное сечение, чем тепловые нейтроны».
- Перейти ↑ Byrne, J. Neutrons, Nuclei, and Matter , Dover Publications, Mineola, New York, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5 (pbk.) P. 259.
- ^ Некоторая физика урана. Доступ 7 марта 2009 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Язык ядра
