miniatura|Diagrama d'un esdeveniment de fissió; els neutrons immediats s'emeten a la zona groga, després d'entre 10–18 i 10–14 segons. En enginyeria nuclear, un neutró immediat o ràpid és un neutró emès immediatament (emissió de neutrons) per un esdeveniment de fissió nuclear, a diferència d'una desintegració retardada de neutrons que pot ocórrer en el mateix context, emesa després de la desintegració beta d'un dels productes de fissió en qualsevol moment des d'uns quants mil·lisegons fins a uns minuts més tard.

Els neutrons ràpids emergeixen de la fissió d'un nucli pesant fissionable o fissible inestable gairebé instantàniament. Hi ha diferents definicions de quant de temps triga a emergir un neutró ràpid. Per exemple, el Departament d'Energia dels Estats Units defineix un neutró ràpid com un neutró que neix de la fissió en un termini de 10−13 segons després de l'esdeveniment de fissió. La Comissió Reguladora Nuclear dels Estats Units defineix un neutró ràpid com un neutró que emergeix de la fissió en un termini de 10−14 segons. Aquesta emissió està controlada per la força nuclear i és extremadament ràpida. En canvi, els anomenats neutrons retardats es retarden pel retard de temps associat amb la desintegració beta (mediada per la força feble) al núclid excitat precursor, després del qual l'emissió de neutrons es produeix en una escala de temps ràpida (és a dir, gairebé immediatament).

Principi Prenent l'urani-235 com a exemple, aquest nucli absorbeix un neutró tèrmic, i els productes de massa immediats d'un esdeveniment de fissió són dos grans fragments de fissió, que són restes del nucli d'urani-236 format. Aquests fragments emeten dos o tres neutrons lliures (2,5 de mitjana), anomenats neutrons ràpids . Un fragment de fissió posterior ocasionalment experimenta una etapa de desintegració radioactiva que produeix un neutró addicional, anomenat neutró retardat . Aquests fragments de fissió emissors de neutrons s'anomenen àtoms precursors de neutrons retardats .

Els neutrons retardats estan associats amb la desintegració beta dels productes de fissió. Després d'una emissió ràpida de neutrons de fissió, els fragments residuals encara són rics en neutrons i experimenten una cadena de desintegració beta. Com més ric en neutrons sigui el fragment, més energètica i ràpida serà la desintegració beta. En alguns casos, l'energia disponible en la desintegració beta és prou alta per deixar el nucli residual en un estat tan excitat que es produeix una emissió de neutrons en lloc d'emissió gamma.

Dades de neutrons retardats per a la fissió tèrmica en urani-235 GrupMitja vida (s)Constant de decaïment (s −1 )Energia (keV)FraccióRendiment de neutrons retardatsde totes les fissionsd'aquest grup155,720,01242502.4222,720,03055602.436.220,1114052.442.300,3014502.450,6101.14—2.460,2303.01—2.4Total2.4

Importància en la investigació bàsica de la fissió nuclear La desviació estàndard de la distribució d'energia cinètica final en funció de la massa dels fragments finals de la fissió de baixa energia de l'urani 234 i l'urani 236 presenta un pic al voltant de la regió de masses dels fragments lleugers i un altre a la regió de masses dels fragments pesants. La simulació mitjançant el mètode de Monte Carlo d'aquests experiments suggereix que aquests pics es produeixen per l'emissió ràpida de neutrons.R. Brissot, J.P. Boucquet, J. Crançon, C.R. Guet, H.A. Nifenecker. and Montoya, M., "Kinetic-Energy Distribution for Symmetric Fission of 235U", Proc. of a Symp. On Phys. And Chem. Of Fission, IAEA. Vienna, 1980 (1979) Aquest efecte de l'emissió ràpida de neutrons no proporciona una distribució primària de massa ni cinètica, cosa que és important per estudiar la dinàmica de la fissió des de la sella fins al punt d'escissió.

Importància en els reactors nuclears miniatura|Diagrama que explica els tipus de criticitat. és el factor de multiplicació de neutrons efectiu . Si un reactor nuclear passés a ser crític immediat —fins i tot molt lleugerament—, el nombre de neutrons i la potència de sortida augmentarien exponencialment a un ritme elevat. El temps de resposta dels sistemes mecànics com les barres de control és massa lent per moderar aquest tipus de pujada de potència. El control de l'augment de potència es deixaria llavors als seus factors d'estabilitat física intrínsecs, com la dilatació tèrmica del nucli o l'augment de les absorcions de ressonància dels neutrons, que normalment tendeixen a disminuir la reactivitat del reactor quan la temperatura augmenta; però el reactor correria el risc de ser danyat o destruït per la calor.

Tanmateix, gràcies als neutrons retardats, és possible deixar el reactor en un estat subcrític pel que fa als neutrons ràpids: els neutrons retardats arriben un moment més tard, just a temps per mantenir la reacció en cadena quan està a punt d'extingir-se. En aquest règim, la producció de neutrons en general encara creix exponencialment, però en una escala de temps que es regeix per la producció de neutrons retardats, que és prou lenta per ser controlada (igual que una bicicleta que d'altra banda seria inestable es pot equilibrar perquè els reflexos humans són prou ràpids en l'escala de temps de la seva inestabilitat). Així, en ampliar els marges de no funcionament i supercriticitat i permetre més temps per regular el reactor, els neutrons retardats són essencials per a la seguretat inherent del reactor i fins i tot en reactors que requereixen control actiu.

Definicions de fraccions El factor es defineix com:

i és igual a 0,0064 per a l'U-235.

La fracció de neutrons retardats (DNF) es defineix com:

Aquests dos factors, β i DNF, no són el mateix en cas d'un canvi ràpid en el nombre de neutrons del reactor.

Un altre concepte és la fracció efectiva de neutrons retardats, que és la fracció de neutrons retardats ponderats (sobre l'espai, l'energia i l'angle) sobre el flux de neutrons adjunt. Aquest concepte sorgeix perquè els neutrons retardats s'emeten amb un espectre d'energia més termalitzat en relació amb els neutrons ràpids. Per al combustible d'urani poc enriquit que treballa en un espectre de neutrons tèrmics, la diferència entre les fraccions mitjanes i efectives de neutrons retardats pot arribar als 50 pcm (1 pcm = 1e-5).Deterministic and Monte Carlo Analyses of YALINA Thermal Subcritical Assembly

Referències

Categoria:Física nuclear