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

Externí odkazy

Zpožděné neutrony na enpedie.cz

[1] E. B. Paul: Nuclear and Particle Physics. North-Holland, 1969, str. 249

[ZA-2] A. Ziegler, H.-J. Allelein (Hrsg.): Reaktortechnik: Physikalisch-technische Grundlagen. 2. Auflage, Springer-Vieweg 2013, ISBN 978-3-642-33845-8, str. 48

[3] B. Akdeniz: PhD Thesis, Pennsylvania State University (2007), str. 54

[1]

[2]

[3]