Нейтронная эмиссия
 | Эта статья в значительной степени или полностью опирается на один источник . ( март 2016 г. ) |
| Ядерная физика |
|---|
 |
Эмиссия нейтронов — это режим радиоактивного распада , при котором один или несколько нейтронов выбрасываются из ядра . Это происходит в наиболее нейтронно-богатых/протонно-дефицитных нуклидах , а также в возбужденных состояниях других нуклидов, например, при испускании фотонейтронов и испускании бета-замедленных нейтронов. Поскольку в этом процессе теряется только нейтрон, число протонов остается неизменным, и атом становится не атомом другого элемента, а другим изотопом того же элемента.
Нейтроны также образуются при спонтанном и вынужденном делении некоторых тяжелых нуклидов.
Спонтанное излучение нейтронов
[ редактировать ]Вследствие принципа Паули ядра с избытком протонов или нейтронов имеют более высокую среднюю энергию на нуклон. Ядра с достаточным избытком нейтронов обладают большей энергией, чем комбинация свободного нейтрона и ядра с одним нейтроном меньше, и поэтому могут распадаться путем испускания нейтронов. Ядра, которые могут распадаться в результате этого процесса, описываются как лежащие за пределами линии капель нейтронов .
Двумя примерами изотопов, испускающих нейтроны, являются бериллий-13 (распадающийся до бериллия-12 со средней продолжительностью жизни 2,7 × 10 −21 с ) и гелий-5 ( гелий-4 , 7 × 10 −22 с ). [1]
В таблицах режимов ядерного распада нейтронное излучение обычно обозначается аббревиатурой n .
Эмиттеры нейтронов слева от нижней пунктирной линии (см. также: Таблицу нуклидов ) Я → 0 1 2 3 п ↓ н ЧАС Он Что 4 5 0 1 ЧАС Быть Б 6 7 1 1 н 2 ЧАС 3 Он 4 Что С Н 8 2 3 ЧАС 4 Он 5 Что 6 Быть 7 Б 8 С 9 Н ТО 9 3 4 ЧАС 5 Он 6 Что 7 Быть 8 Б 9 С 10 Н 11 ТО Ф 10 4 5 ЧАС 6 Он 7 Что 8 Быть 9 Б 10 С 11 Н12 ТО 13 Ф Ne 11 12 5 6 ЧАС 7 Он 8 Что 9 Быть 10 Б 11 С 12 Н 13 ТО 14 Ф 15 Ne Уже мг 6 7 ЧАС 8 Он 9 Что 10 Быть 11 Б 12 С 13 Н 14 ТО 15 Ф 16 Ne 17 Уже 18 мг 13 14 7 9 Он 10 Что11 Быть 12 Б 13 С 14 Н 15 ТО 16 Ф 17 Ne 18 Уже 19 мг Ал И 8 10 Он 11 Что 12 Быть 13 Б 14 С 15 Н 16 ТО 17 Ф 18 Ne 19 Уже 20 мг 22 И 9 12 Что 13 Быть 14 Б 15 С 16 Н 17 ТО 18 Ф19 Ne 20 Уже 21 мг 22 Ал 23 И 10 13 Что 14 Быть 15 Б 16 С 17 Н 18 ТО 19 Ф 20 Ne 21 Уже 22 мг 23 Ал24 И 11 15 Быть 16 Б 17 С 18 Н 19 ТО 20 Ф 21 Ne 22 Уже23 мг 24 Ал25 И 12 16 Быть 17 Б 18 С 19 Н 20 ТО 21 Ф 22 Ne 23 Уже 24 мг 25 Ал 26 И 13 18 Б 19 С 20 Н 21 ТО 22 Ф 23 Ne 24 Уже25 мг 26 Ал27 И 14 19 Б 20 С 21 Н 22 ТО 23 Ф 24 Ne 25 Уже 26 мг 27 Ал 28 И
Двойная эмиссия нейтронов
[ редактировать ]Некоторые изотопы, богатые нейтронами, распадаются с испусканием двух или более нейтронов. Например, водород-5 и гелий-10 распадаются с испусканием двух нейтронов, водород-6 с испусканием 3 или 4 нейтронов, а водород-7 с испусканием 4 нейтронов.
Фотонейтронная эмиссия
[ редактировать ]Некоторые нуклиды можно заставить выбросить нейтрон с помощью гамма-излучения . Одним из таких нуклидов является 9 Быть ; его фотораспад имеет важное значение для ядерной астрофизики, поскольку он связан с обилием бериллия и последствиями нестабильности 8 Быть . Это также делает этот изотоп полезным в качестве источника нейтронов в ядерных реакторах. [2] Еще один нуклид, 181 Та Известно также, что легко подвержен фотораспаду; считается, что этот процесс ответственен за создание 180 м Та , единственный первичный ядерный изомер и самый редкий первичный нуклид . [3]
Бета-замедленная эмиссия нейтронов
[ редактировать ] |
Эмиссия нейтронов обычно происходит из ядер, находящихся в возбужденном состоянии, например в возбужденном состоянии. 17 O* образуется в результате бета-распада 17 N. Сам процесс эмиссии нейтронов контролируется ядерной силой и поэтому является чрезвычайно быстрым, иногда его называют «почти мгновенным». Этот процесс позволяет нестабильным атомам стать более стабильными. Выброс нейтрона может быть продуктом движения многих нуклонов, но в конечном итоге он опосредован отталкивающим действием ядерной силы, существующей на чрезвычайно малых расстояниях между нуклонами.
Запаздывающие нейтроны в управлении реактором
[ редактировать ]Большая часть эмиссии нейтронов за пределами производства мгновенных нейтронов, связанного с делением (индуцированным или спонтанным), происходит из-за нейтронно-тяжелых изотопов, образующихся в виде продуктов деления . Эти нейтроны иногда испускаются с задержкой, поэтому их называют запаздывающими нейтронами , но фактическая задержка в их производстве представляет собой задержку в ожидании бета-распада продуктов деления с образованием ядерных предшественников в возбужденном состоянии, которые немедленно подвергаются мгновенному испусканию нейтронов. Таким образом, задержка эмиссии нейтронов связана не с процессом производства нейтронов, а скорее с бета-распадом их предшественника, который контролируется слабым взаимодействием и, следовательно, требует гораздо большего времени. Период полураспада бета-распада предшественников радиоизотопов-эмиттеров запаздывающих нейтронов обычно составляет от долей секунды до десятков секунд.
богатыми нейтронами, Тем не менее, запаздывающие нейтроны, испускаемые продуктами деления, помогают управлять ядерными реакторами , заставляя реактивность изменяться гораздо медленнее, чем если бы она контролировалась только быстрыми нейтронами. Около 0,65% нейтронов высвобождаются в цепной ядерной реакции замедленным образом за счет механизма нейтронной эмиссии, и именно эта доля нейтронов позволяет управлять ядерным реактором в масштабах времени человеческой реакции, не переходя к быстрое критическое состояние и неконтролируемый расплав.
Эмиссия нейтронов при делении
[ редактировать ] |
Вынужденное деление
[ редактировать ]Синонимом такого испускания нейтронов является производство « мгновенных нейтронов », тот тип, который, как известно, происходит одновременно с индуцированным ядерным делением . Вынужденное деление происходит только тогда, когда ядро бомбардируется нейтронами, гамма-лучами или другими носителями энергии. Многие тяжелые изотопы, особенно калифорний-252 , также испускают быстрые нейтроны среди продуктов аналогичного процесса спонтанного радиоактивного распада — спонтанного деления .
Спонтанное деление
[ редактировать ]Спонтанное деление происходит, когда ядро распадается на два (иногда три ) меньших ядра и обычно на один или несколько нейтронов.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Нейтронная эмиссия» (веб-страница) . Проверено 30 октября 2014 г.
- ^ Одсурен, М.; Като, К.; Кикучи, Ю.; Айкава, М.; Мио, Т. (2014). «Резонансная задача о низколежащем резонансном состоянии в системе 9Be» (PDF) . Физический журнал: серия конференций . 569 (1): 012072. Бибкод : 2014JPhCS.569a2072O . дои : 10.1088/1742-6596/569/1/012072 .
- ^ Утсономия, Х.; Акимунэ, Х.; Гоко, С.; Ямагата, Т.; Охта, М.; Огаки, Х.; Тоёкава, Х.; Сумиёси, К.; Луи, Ю.-В. (2002). «Фотонейтронные сечения для ядерной астрофизики». Журнал ядерной науки и технологий . Приложение 2: 542–545. дои : 10.1080/00223131.2002.10875158 . S2CID 124167982 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Почему некоторые атомы радиоактивны?» Агентство по охране окружающей среды. Агентство по охране окружающей среды, nd Web. 31 октября 2014 г.
- ЖИВАЯ карта нуклидов - МАГАТЭ с фильтром распада эмиссии запаздывающих нейтронов
- Данные о ядерной структуре и распаде - МАГАТЭ с запросом об энергии разделения нейтронов