遅延中性子率 – 定義

導入

β で示される核分裂によって生じる遅延中性子の割合は、この核分裂のみによって生成されるすべての中性子のうち、核分裂によってすぐには生じない中性子の割合です。これは核分裂性核の同位体に固有の物理パラメータであり、原子炉動力学の研究で主に重要な量、つまり β _effで示される遅延中性子の有効割合を決定します。

これらの中性子は、核分裂によって放出される中性子の 1 パーセント未満にすぎませんが、原子炉の運転を可能にするためには、その存在が不可欠です。

物理現象

重い同位体の核分裂中、最初の原子核は分裂フラグメントと呼ばれる 2 つの軽い原子核に分離し、即発中性子と呼ばれる 2 つまたは 3 つの中性子を同時に放出します。核分裂破片は中性子が過剰であるため、安定していません。彼らが好む崩壊様式は、中性子の陽子への内部変換（「ベータマイナス」放射能）です。このベータマイナス放出による崩壊は、安定同位体に到達するまでに数回起こらなければなりません。場合によっては、核分裂破片のエネルギー状況により、この破片が核の外で中性子を蒸発させる可能性があります。放出された中性子は、核分裂中に放出されたのではなく、1 つまたは複数のベータ崩壊後に放出されたため、遅延するといわれています。核分裂の破片。遅延中性子を放出する原子核は前駆体と呼ばれます。

桁違いに大きい

この段落では、現在世界の電気原子力艦隊の運用において主流となっているウラン 235原子核の核分裂の例を示します。この同位体の熱核分裂では、 遅延中性子の割合は0.65% です。 β = 650 p cmであることに注意してください。pcm (10 万あたり)という単位は、中性子工学で使用される単位です。

この核分裂で生じる前駆体核は臭素同位体 87 であり、ウラン235 (統計的存在量 2.5%) の核分裂から直接生じます。安定臭素は 45 なので、この同位体には中性子が非常に過剰です (87-35=52 があります)。

• 安定性の谷に近づくために、 ⁸⁷ Br 前駆体核はベータマイナス放射能によって励起型の⁸⁷ Kr に変換されます (ケースの 70%)。この放出の放射性半減期は 55 秒です。したがって、減衰するまで待たなければならない平均時間は55 / l n (2) = 80 sです。
• ほとんどの場合 (97.1%)、クリプトンはガンマ線放射によって直ちに脱励起し、その後 2 回のベータマイナス放射能によって崩壊して、安定した⁸⁷ Rb、次に⁸⁷ Sr を生成します。中性子は放出されませんでした。
• 2.9% の場合、クリプトンは 250 keV の中性子を放出して直ちに脱励起し、安定した⁸⁶ Kr が生成されます。

この例からは、数桁の規模と結論が導き出されます。

• 前駆体原子核を介した中性子の放出は非常にまれです。上述の⁸⁷ Br- ⁸⁷ Kr 対の場合、この前駆体の出現ごとに遅延する中性子は 0.7*0.029 個だけです (出現自体の存在量が限られています)。
• 前駆体によって遅延中性子が放出されるまでの時間は、原子炉内の中性子の平均寿命(中性子が熱化し、核分裂するまでに拡散するのに必要な時間) に比べて長く、約 50 時間です。 μs。この基本的な特性により、原子炉内の連鎖反応の制御が可能になります。
• 遅延中性子は、核分裂中性子よりも低いエネルギー (2 MeV 程度) で放出されます。これは、原子炉の研究における有効遅延中性子の割合 β _effの使用を説明します。

遅延中性子群

上記の例は、数多くある例のうちの 1 つにすぎません。ウラン 235 の核分裂の場合、いくつかの前駆体が存在し、遅延中性子を放出します。それらはすべて同じ崩壊周期を持っているわけではなく、同じ中性子放出エネルギーを持っているわけでもありません。ただし、反応器の反応速度の研究を簡略化するために、同等の周期を持つ前駆体は任意の周期のグループにグループ化されます。したがって、ウラン 235 の核分裂では、通常、次のように定義される 6 つの遅延中性子のグループが保持されます。

相対的な割合 β _iの合計は 650 pcm に相当し、これはすべての遅延核分裂中性子の統計的割合です。