Jump to content

Нейтронная температура

Температура обнаружения нейтрона , также называемая энергией нейтрона , указывает на свободного нейтрона , кинетическую энергию обычно выражаемую в электрон-вольтах . Термин температура используется потому, что горячие, тепловые и холодные нейтроны замедляются в среде с определенной температурой. Распределение энергии нейтронов затем адаптируется к распределению Максвелла, известному для теплового движения. Качественно, чем выше температура, тем выше кинетическая энергия свободных нейтронов. Импульс де и длина волны нейтрона связаны соотношением Бройля . Длинная длина волны медленных нейтронов обеспечивает большое поперечное сечение. [1]

энергии Диапазоны распределения нейтронов

Названия диапазонов энергий нейтронов [2] [3]
Нейтронная энергия Энергетический диапазон
0,0 – 0,025 эВ Холодные (медленные) нейтроны
0,025 эВ Тепловые нейтроны (при 20°C)
0,025–0,4 эВ Эпитепловые нейтроны
0,4–0,5 эВ Кадмиевые нейтроны
0,5–10 эВ Эпикадмиевые нейтроны
10–300 эВ Резонансные нейтроны
300 эВ–1 МэВ Промежуточные нейтроны
1–20 МэВ Быстрые нейтроны
> 20 МэВ Сверхбыстрые нейтроны

Но в других источниках наблюдаются другие диапазоны с разными названиями. [4]

Ниже приводится подробная классификация:

Термальный [ править ]

Тепловой нейтрон это свободный нейтрон с кинетической энергией около 0,025 эВ (около 4,0×10 −21 Дж или 2,4 МДж/кг, следовательно, скорость 2,19 км/с), что представляет собой энергию, соответствующую наиболее вероятной скорости при температуре 290 К (17 °C или 62 °F), моде Максвелла Больцмана. распределение для этой температуры Epeak = k T.

После ряда столкновений с ядрами ( рассеяния ) в среде ( замедлителе нейтронов ) при этой температуре те нейтроны , которые не поглотились, достигают примерно этого энергетического уровня.

Тепловые нейтроны имеют другое, а иногда и гораздо большее эффективное поглощения нейтронов сечение для данного нуклида , чем быстрые нейтроны, и поэтому часто могут легче поглощаться атомным ядром более тяжелый, часто нестабильный изотоп химического элемента. , создавая в результате . Это событие называется нейтронной активацией .

Эпитермальный [ править ]

[ нужен пример ]

  • Нейтроны с энергией большей, чем тепловая
  • Более 0,025 эВ

Кадмий [ править ]

[ нужен пример ]

  • Нейтроны, сильно поглощаемые кадмием
  • Менее 0,5 эВ.

Эпикадмий [ править ]

[ нужен пример ]

  • Нейтроны, не сильно поглощаемые кадмием
  • Более 0,5 эВ.

Холодные ( нейтроны медленные )

[ нужен пример ]

  • Нейтроны меньшей (намного меньшей) энергии, чем тепловые нейтроны.
  • Менее 5 мэВ.
Холодные (медленные) нейтроны подразделяются на холодные (CN), очень холодные (VCN) и ультрахолодные (UCN) нейтроны, каждый из которых имеет особые характеристики с точки зрения оптического взаимодействия с веществом. Поскольку длина волны становится (выбирается) длиннее, становятся доступными меньшие значения обмена импульсом. Следовательно, можно изучать более крупные масштабы и более медленную динамику. Гравитация также играет очень важную роль в случае УХН. Тем не менее, УХН отражаются под всеми углами падения. Это связано с тем, что их импульс сравним с оптическим потенциалом материалов. Этот эффект используется для хранения их в бутылках и изучения их фундаментальных свойств. [5] [6] например, время жизни, электродипольный момент нейтрона и т. д. Основными ограничениями использования медленных нейтронов являются низкий поток и отсутствие эффективных оптических устройств (в случае CN и VCN). Для устранения этого недостатка разрабатываются и оптимизируются эффективные нейтронно-оптические компоненты. [7]

Резонанс [ править ]

[ нужен пример ]

Средний [ править ]

[ нужен пример ]

  • Нейтроны, находящиеся между медленными и быстрыми
  • От нескольких сотен эВ до 0,5 МэВ.

Быстро [ править ]

Быстрый нейтрон это свободный нейтрон с уровнем кинетической энергии, близким к 1 Мэв эВ (100 ТДж ) / кг , следовательно, со скоростью 14 000 км/ с и выше. Их называют быстрыми нейтронами , чтобы отличить их от тепловых нейтронов более низкой энергии и нейтронов высокой энергии, образующихся в космических ливнях или ускорителях.

Быстрые нейтроны производятся в результате ядерных процессов:

Быстрые нейтроны обычно нежелательны в стационарном ядерном реакторе, поскольку большая часть делящегося топлива имеет более высокую скорость реакции с тепловыми нейтронами. Быстрые нейтроны могут быстро превращаться в тепловые нейтроны посредством процесса, называемого замедлением. Это делается посредством многочисленных столкновений с (в общем) более медленно движущимися и, следовательно, более низкотемпературными частицами, такими как атомные ядра и другие нейтроны. Эти столкновения обычно ускоряют другую частицу, замедляют нейтрон и рассеивают его. В идеале замедлитель нейтронов для этого процесса используется комнатной температуры. В реакторах тяжелая вода , легкая вода или графит для замедления нейтронов обычно используется .

См. описание для объяснения. Более легкие благородные газы (изображены гелий и неон) имеют гораздо более высокий пик плотности вероятности на низких скоростях, чем более тяжелые благородные газы, но имеют плотность вероятности 0 на большинстве более высоких скоростей. Более тяжелые благородные газы (изображены аргон и ксенон) имеют более низкие пики плотности вероятности, но имеют ненулевую плотность в гораздо больших диапазонах скоростей.
Диаграмма, показывающая функции плотности вероятности скорости некоторых благородных газов при температуре 298,15 К (25 °С). На странице изображения появится пояснение к метке вертикальной оси (щелкните, чтобы увидеть). Аналогичные распределения скоростей получаются для нейтронов при замедлении .

Сверхбыстрый [ править ]

[ нужен пример ]

  • релятивистский
  • Более 20 МэВ

Другие классификации [ править ]

Куча
  • Нейтроны всех энергий присутствуют в ядерных реакторах
  • От 0,001 эВ до 15 МэВ.
Ультрахолодный
  • Нейтроны с достаточно низкой энергией, чтобы их можно было отразить и захватить.
  • Верхняя граница 335 нэВ

тепловых Сравнение реактора на быстрых нейтронах и реактора на нейтронах

Большинство реакторов деления представляют собой реакторы на тепловых нейтронах , в которых используется замедлитель нейтронов для замедления (« термализации ») нейтронов, образующихся в результате ядерного деления . Замедление существенно увеличивает сечение ядер деления делящихся , таких как уран-235 или плутоний-239 . Кроме того, уран-238 имеет гораздо меньшее сечение захвата тепловых нейтронов, что позволяет большему количеству нейтронов вызывать деление делящихся ядер и распространять цепную реакцию, а не захватываться 238 У. Совокупность этих эффектов позволяет в легководных реакторах использовать низкообогащенный уран . Тяжеловодные реакторы и реакторы с графитовым замедлителем могут даже использовать природный уран, поскольку эти замедлители имеют гораздо более низкие захвата нейтронов сечения , чем легкая вода. [9]

Увеличение температуры топлива также увеличивает поглощение тепловых нейтронов урана-238 за счет доплеровского уширения , обеспечивая отрицательную обратную связь , помогающую управлять реактором. Когда теплоносителем является жидкость, которая также способствует замедлению и поглощению (легкая вода или тяжелая вода), кипение теплоносителя приведет к уменьшению плотности замедлителя, что может обеспечить положительную или отрицательную обратную связь (положительный или отрицательный коэффициент пустотности ), в зависимости от того, Реактор недостаточно или перезамедлен.

Нейтроны промежуточных энергий имеют худшие коэффициенты деления/захвата, чем быстрые или тепловые нейтроны для большинства видов топлива. Исключением является уран-233 ториевого цикла , который имеет хорошее соотношение деления/захвата при всех энергиях нейтронов.

Реакторы на быстрых нейтронах используют незамедлительные быстрые нейтроны для поддержания реакции и требуют, чтобы топливо содержало более высокую концентрацию делящегося материала по сравнению с воспроизводящим материалом (ураном-238). Однако быстрые нейтроны имеют лучшее соотношение деления/захвата для многих нуклидов, и каждое быстрое деление высвобождает большее количество нейтронов, поэтому быстрый реактор-размножитель потенциально может «выводить» больше делящегося топлива, чем он потребляет.

Управление быстрым реактором не может зависеть исключительно от доплеровского уширения или отрицательного коэффициента пустотности замедлителя. Однако тепловое расширение самого топлива может привести к быстрой отрицательной обратной связи. Разработка быстрых реакторов, которую много лет назад ожидали стать волной будущего, практически бездействовала: за десятилетия после чернобыльской аварии было построено лишь несколько реакторов из-за низких цен на урановом рынке , хотя в настоящее время наблюдается оживление в нескольких азиатских странах. планирует завершить создание более крупных прототипов быстрых реакторов в ближайшие несколько лет. [ когда? ]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ де Бройль, Луи. «К теории квантов» (PDF) . aflb.ensmp.fr . Проверено 2 февраля 2019 г.
  2. ^ Каррон, Нью-Джерси (2007). Введение в прохождение энергетических частиц через материю . п. 308. Бибкод : 2007ipep.book.....C .
  3. ^ «Нейтронная энергия» . www.nuclear-power.net . Проверено 27 января 2019 г.
  4. ^ Х. Томита, К. Шода, Дж. Каварабаяши, Т. Мацумото, Дж. Хори, С. Уно, М. Сёдзи, Т. Учида, Н. Фукумотоа и Т. Игучиа, Разработка надтепловой нейтронной камеры на основе резонансной энергии -фильтрованное изображение с помощью GEM , 2012, цитата: «Эпитепловые нейтроны имеют энергию от 1 эВ до 10 кэВ и меньшее ядерное сечение, чем тепловые нейтроны».
  5. ^ «Введение» , Ultracold Neutrons , WORLD SCIENTIFIC, стр. 1–9, 23 сентября 2019 г., doi : 10.1142/9789811212710_0001 , ISBN  978-981-12-1270-3 , S2CID   243745548 , получено 11 ноября 2022 г.
  6. ^ Дженке, Тобиас; Босина, Иоахим; Мико, Якоб; Питшманн, Марио; Седмик, Рене; Абеле, Хартмут (01 июня 2021 г.). «Гравитационная резонансная спектроскопия и симметронные поля темной энергии» . Специальные темы Европейского физического журнала . 230 (4): 1131–1136. arXiv : 2012.07472 . doi : 10.1140/epjs/s11734-021-00088-y . ISSN   1951-6401 . S2CID   229156429 .
  7. ^ Хадден, Эльхусин; Исо, Юко; Куме, Ацуши; Умэмото, Коичи; Дженке, Тобиас; Фалли, Мартин; Клепп, Юрген; Томита, Ясуо (24 мая 2022 г.). «Композитные решетки наночастиц и полимеров на основе наноалмазов с чрезвычайно большой модуляцией показателя преломления нейтронов» . В Маклеоде, Роберт Р.; Томита, Ясуо; Шеридан, Джон Т; Паскуаль Вильялобос, Инмакулада (ред.). Светочувствительные материалы и их применение II . Том. 12151. ШПИОН. стр. 70–76. Бибкод : 2022SPIE12151E..09H . дои : 10.1117/12.2623661 . ISBN  9781510651784 . S2CID   249056691 .
  8. ^ Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN   978-0-486-48238-5 (пбк.), с. 259.
  9. ^ Немного физики урана. По состоянию на 7 марта 2009 г.

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b34b72754bab55d0b8f84af5ff13e90a__1708374480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b3/0a/b34b72754bab55d0b8f84af5ff13e90a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Neutron temperature - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)