Teplota neutronů - Neutron temperature

The teplota detekce neutronů, také nazývaný neutronová energie, označuje a volný neutron je Kinetická energie, obvykle uveden v elektronové volty. Termín teplota se používá, protože horké, tepelné a studené neutrony jsou moderováno v médiu s určitou teplotou. Distribuce neutronové energie je poté přizpůsobena Maxwellovské rozdělení známý pro tepelný pohyb. Kvalitativně platí, že čím vyšší teplota, tím vyšší kinetická energie volných neutronů. The hybnost a vlnová délka neutronů souvisí prostřednictvím de Broglieho vztah. Velká vlnová délka pomalých neutronů umožňuje velký průřez.^[1]

Rozsahy distribuce neutronové energie

Názvy energetického rozsahu neutronů^[2]^[3]
Neutronová energie	Rozsah energie
0,0–0,025 eV	Chladné neutrony
0,025 eV	Tepelné neutrony
0,025–0,4 eV	Epithermální neutrony
0,4–0,5 eV	Kadmiové neutrony
0,5–1 eV	EpiCadmium neutrony
1–10 eV	Pomalé neutrony
10–300 eV	Rezonanční neutrony
300 eV – 1 MeV	Mezilehlé neutrony
1–20 MeV	Rychlé neutrony
> 20 MeV	Ultrarychlé neutrony

V jiných zdrojích jsou ale pozorovány různé rozsahy s různými názvy.^[4]

Následuje podrobná klasifikace:

Tepelný

A tepelný neutron je volný neutron s kinetickou energií asi 0,025 eV (přibližně 4,0 × 10⁻²¹ J nebo 2,4 MJ / kg, tedy rychlost 2,19 km / s), což je nejpravděpodobnější energie při teplotě 290 K (17 ° C nebo 62 ° F), režimu z Distribuce Maxwell – Boltzmann pro tuto teplotu.

Po několika srážkách s jádry (rozptyl ) na médiu (moderátor neutronů ) při této teplotě neutrony které nejsou absorbovány, dosahují přibližně této energetické úrovně.

Tepelné neutrony mají jinou a někdy mnohem větší účinnost absorpce neutronů průřez za dané nuklid než rychlé neutrony, a proto je často může snadněji absorbovat atomové jádro, což často vytváří těžší nestabilní izotop z chemický prvek jako výsledek. Tato událost se nazývá aktivace neutronů.

Epithermální

^{[potřebný příklad ]}

Neutrony energie větší než tepelné
Větší než 0,025 eV

Kadmium

^{[potřebný příklad ]}

Neutrony, které jsou silně absorbovány kadmiem
Méně než 0,5 eV.

Epikadmium

^{[potřebný příklad ]}

Neutrony, které nejsou silně absorbovány kadmiem
Vyšší než 0,5 eV.

Pomalý

^{[potřebný příklad ]}

Neutrony energie o něco větší než neutrony epikadmia.
Méně než 1 až 10 eV.

Rezonance

^{[potřebný příklad ]}

Odkazuje na neutrony, které jsou silně citlivé na nefisní zachycení U-238.
1 eV až 300 eV

středně pokročilí

^{[potřebný příklad ]}

Neutrony, které jsou mezi pomalým a rychlým
Několik stovek eV až 0,5 MeV.

Rychle

A rychlý neutron je volný neutron s úrovní kinetické energie blízkou 1M eV (100 T J /kg ), tedy rychlost 14 000 km /s, nebo vyšší. Jmenují se rychle neutrony odlišit je od nízkoenergetických tepelných neutronů a vysokoenergetických neutronů produkovaných v kosmických sprchách nebo urychlovačích.

Rychlé neutrony jsou produkovány jadernými procesy:

Jaderné štěpení produkuje neutrony se střední energií 2 MeV (200 TJ / kg, tj. 20 000 km / s), což se kvalifikuje jako „rychlé“. Rozsah neutronů od štěpení však následuje a Distribuce Maxwell – Boltzmann od 0 do přibližně 14 MeV v střed hybnosti o rozpadu a režimu energie je pouze 0,75 MeV, což znamená, že méně než polovina štěpných neutronů se kvalifikuje jako „rychlá“ i podle kritéria 1 MeV.^[5]
Spontánní štěpení je druh radioaktivního rozpadu, kterému procházejí některé těžké prvky. Mezi příklady patří plutonium-240 a kalifornium-252.
Jaderná fůze: deuterium –tritium fúze produkuje neutrony 14,1 MeV (1400 TJ / kg, tj. 52 000 km / s, 17,3% rychlost světla ), které mohou snadno štěpit uran-238 a další ne-štěpitelný aktinidy.
Emise neutronů nastává v situacích, kdy jádro obsahuje dostatek přebytečných neutronů, které separační energie jednoho nebo více neutronů se stává záporným (tj. přebytečné neutrony “odkapávat "mimo jádro). Nestabilní jádra tohoto druhu se často rozpadnou za méně než jednu sekundu."

Rychlé neutrony jsou v jaderném reaktoru v ustáleném stavu obvykle nežádoucí, protože většina štěpných paliv má vyšší rychlost reakce s tepelnými neutrony. Rychlé neutrony lze rychle změnit na tepelné neutrony pomocí procesu zvaného moderování. Děje se to prostřednictvím četných srážek s (obecně) pomaleji se pohybujícími a tedy nižšími teplotami částic, jako jsou atomová jádra a další neutrony. Tyto srážky obecně zrychlí druhou částici, zpomalí neutron a rozptýlí ho. Ideální je pokojová teplota moderátor neutronů se používá pro tento proces. V reaktorech těžká voda, lehká voda nebo grafit se obvykle používají ke zmírnění neutronů.

Vysvětlení viz titulek. Lehčí vzácné plyny (zobrazeny hélium a neon) mají mnohem vyšší vrchol hustoty pravděpodobnosti při nízkých rychlostech než těžší vzácné plyny, ale mají hustotu pravděpodobnosti 0 při nejvíce vyšších rychlostech. Těžší vzácné plyny (znázorněné argonem a xenonem) mají nižší vrcholy hustoty pravděpodobnosti, ale mají nenulovou hustotu při mnohem větším rozsahu rychlostí.

Graf zobrazující funkce hustoty pravděpodobnosti rychlosti několika rychlostí vzácné plyny při teplotě 298,15 K (25 ° C). Na stránce obrázku se zobrazí vysvětlení štítku svislé osy (kliknutím zobrazíte). Podobné rozdělení rychlosti se získá pro neutrony na umírněnost.

Ultrarychlý

^{[potřebný příklad ]}

Relativistické
Větší než 20 MeV

Další klasifikace

Hromada

Neutrony všech energií přítomných v jaderných reaktorech
0,001 eV až 15 MeV.

Ultracold

Neutrony s dostatečně nízkou energií, aby se odrazily a zachytily
Horní mez 335 neV

Porovnáván rychlý neutronový reaktor a tepelně neutronový reaktor

Většina štěpné reaktory jsou tepelné neutronové reaktory které používají a moderátor neutronů zpomalit ("termalizovat") neutrony produkované jaderné štěpení. Moderování podstatně zvyšuje štěpení průřez pro štěpitelný jádra jako např uran-235 nebo plutonium-239. Navíc, uran-238 má mnohem menší průřez zachycení pro tepelné neutrony, což umožňuje více neutronům způsobit štěpení štěpných jader a šířit řetězovou reakci, než aby byly zachyceny ²³⁸U. Kombinace těchto efektů umožňuje lehkovodní reaktory použít nízko obohacený uran. Těžkovodní reaktory a grafitem moderované reaktory lze dokonce použít přírodní uran protože tito moderátoři mají mnohem nižší zachycení neutronů průřezy než lehká voda.^[6]

Zvýšení teploty paliva také zvyšuje absorpci tepelných neutronů U-238 o Dopplerovo rozšíření, poskytující negativní zpětná vazba pomoci ovládat reaktor. Pokud je chladicí kapalinou kapalina, která také přispívá ke zmírnění a absorpci (lehká voda nebo těžká voda), var chladicí kapaliny sníží hustotu moderátoru, což může poskytnout pozitivní nebo negativní zpětnou vazbu (pozitivní nebo negativní koeficient neplatnosti ), v závislosti na tom, zda je reaktor nedostatečně nebo nadměrně moderován.

Neutrony se střední energií mají u většiny paliv horší poměry štěpení / záchytu než rychlé nebo tepelné neutrony. Výjimkou je uran-233 z thoriový cyklus, který má dobrý poměr štěpení / zachycení při všech neutronových energiích.

Rychlé neutronové reaktory používat nemoderované rychlé neutrony udržovat reakci a vyžadovat, aby palivo obsahovalo vyšší koncentraci štěpný materiál ve vztahu k úrodný materiál U-238. Rychlé neutrony však mají lepší poměr štěpení / zachycení pro mnoho nuklidů a každé rychlé štěpení uvolňuje větší počet neutronů, takže rychlý množitelský reaktor může potenciálně „chovat“ více štěpného paliva, než kolik spotřebuje.

Rychlé ovládání reaktoru nemůže záviset pouze na Dopplerově rozšiřování nebo na záporném koeficientu prázdnoty moderátora. Samotná tepelná roztažnost samotného paliva však může poskytnout rychlou negativní zpětnou vazbu. Očekává se, že to bude vlna budoucnosti, rychlý vývoj reaktorů téměř nečinný, pouze hrstka reaktorů postavených v desetiletích od Černobylská nehoda kvůli nízkým cenám v EU trh s uranem, ačkoli nyní dochází k oživení několika asijských zemí, které plánují dokončit větší prototypy rychlých reaktorů v příštích několika letech.

Viz také

Reference

^ de Broglie, Louis. „O teorii kvanty“ (PDF). aflb.ensmp.fr. Citováno 2. února 2019.
^ Carron, N.J. (2007). Úvod do průchodu energetických částic hmotou. str. 308.
^ „Neutronová energie“. www.nuclear-power.net. Citováno 27. ledna 2019.
^ H. Tomita, C. Shoda, J. Kawarabayashi, T. Matsumoto, J. Hori, S. Uno, M. Shoji, T. Uchida, N. Fukumotoa a T. Iguchia, Vývoj epitermální neutronové kamery založené na zobrazování filtrovaném rezonanční energií pomocí GEM, 2012, citát: „Epithermální neutrony mají energie mezi 1 eV a 10 keV a menší jaderné průřezy než tepelné neutrony.“
^ Byrne, J. Neutrony, jádra a hmotaPublikace Dover, Mineola, New York, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5 (str.) str. 259.
^ Nějaká fyzika uranu. Přístupné 7. března 2009

externí odkazy

Jazyk jádra

[debroglie-1] Broglie, Louis. „O teorii kvanty“ (PDF). aflb.ensmp.fr. Citováno 2. února 2019.

[2] Carron, N.J. (2007). Úvod do průchodu energetických částic hmotou. str. 308.

[neutronenergy-3] „Neutronová energie“. www.nuclear-power.net. Citováno 27. ledna 2019.

[4] H. Tomita, C. Shoda, J. Kawarabayashi, T. Matsumoto, J. Hori, S. Uno, M. Shoji, T. Uchida, N. Fukumotoa a T. Iguchia, Vývoj epitermální neutronové kamery založené na zobrazování filtrovaném rezonanční energií pomocí GEM, 2012, citát: „Epithermální neutrony mají energie mezi 1 eV a 10 keV a menší jaderné průřezy než tepelné neutrony.“

[5] Byrne, J. Neutrony, jádra a hmotaPublikace Dover, Mineola, New York, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5 (str.) str. 259.

[6] Nějaká fyzika uranu. Přístupné 7. března 2009

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]