Zpožděné neutrony

Technology

12 hours ago

Author

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. +more Tyto neutrony se proto objevují s poločasem rozpadu dotyčného beta rozpadu 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. +more Například pro štěpení U-235 termickým neutronem platí:

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. +more Ovšem je výrazně měkčí. Střední energie dosahuje pouze cca 0,45 MeV.

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.