El flujo de neutrones , φ, es una cantidad escalar utilizada en física nuclear y física de reactores nucleares . Es la longitud total recorrida por todos los neutrones libres por unidad de tiempo y volumen. [1] De manera equivalente, se puede definir como el número de neutrones que viajan a través de una pequeña esfera de radio. en un intervalo de tiempo, dividido por (la sección transversal de la esfera) y por el intervalo de tiempo. [2] La unidad habitual es cm −2 s −1 (neutrones por centímetro cuadrado por segundo).
La fluencia de neutrones se define como el flujo de neutrones integrado durante un cierto período de tiempo, por lo que su unidad habitual es cm -2 (neutrones por centímetro cuadrado).
Flujo de neutrones natural
El flujo de neutrones en las estrellas asintóticas de ramas gigantes y en las supernovas es responsable de la mayor parte de la nucleosíntesis natural que produce elementos más pesados que el hierro . En las estrellas hay un flujo de neutrones relativamente bajo del orden de 10 5 a 10 11 cm −2 s −1 , lo que da como resultado la nucleosíntesis mediante el proceso s ( proceso lento de captura de neutrones ). Por el contrario, después de una supernova de colapso del núcleo, hay un flujo de neutrones extremadamente alto, del orden de 10 32 cm −2 s −1 , [3] que resulta en la nucleosíntesis por el proceso r ( proceso rápido de captura de neutrones ).
El flujo de neutrones atmosféricos, aparentemente de tormentas eléctricas, puede alcanzar niveles de 3 · 10 −2 a 9 · 10 +1 cm −2 s −1 . [4] [5] Sin embargo, resultados recientes [6] (considerados inválidos por los investigadores originales [7] ) obtenidos con detectores de neutrones de centelleo sin blindaje muestran una disminución en el flujo de neutrones durante las tormentas. Investigaciones recientes parecen respaldar la generación de rayos de 10 13 a 10 15 neutrones por descarga a través de procesos fotonucleares. [8]
Flujo de neutrones artificial
El flujo de neutrones artificial se refiere al flujo de neutrones creado por el hombre, ya sea como subproductos de la producción de armas o energía nuclear o para una aplicación específica, como un reactor de investigación o por espalación . A menudo se utiliza un flujo de neutrones para iniciar la fisión de núcleos grandes inestables. Los neutrones adicionales pueden hacer que el núcleo se vuelva inestable, provocando su descomposición (división) para formar productos más estables. Este efecto es fundamental en reactores de fisión y armas nucleares .
Dentro de un reactor de fisión nuclear, el flujo de neutrones es la cantidad primaria medida para controlar la reacción en el interior. La forma del fundente es el término que se aplica a la densidad o fuerza relativa del fundente a medida que se mueve alrededor del reactor. Normalmente, el flujo de neutrones más fuerte se produce en el medio del núcleo del reactor, disminuyendo hacia los bordes. Cuanto mayor sea el flujo de neutrones, mayor será la posibilidad de que se produzca una reacción nuclear, ya que hay más neutrones que atraviesan un área por unidad de tiempo.
Fluencia de neutrones de la pared del recipiente del reactor
Una vasija de reactor de una planta de energía nuclear típica ( PWR ) perdura en 40 años (32 años de reactor completo) de operación aproximadamente 6,5 × 10 19 cm −2 ( E > 1 MeV ) de fluencia de neutrones. [9] El flujo de neutrones hace que las vasijas de los reactores sufran fragilización de los neutrones .
Ver también
Referencias
- ^ Rudi JJ Stamm'ler, Máximo Julio Abbate, Métodos de física de reactores de estado estacionario en diseño nuclear. ISBN 978-0126633207
- ^ KH Beckurts, K. Wirtz: Física de neutrones. Springer 1964, ISBN 978-3-642-87616-5 , págs. 82–83
- ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, GR; Fowler, William A .; Hoyle, F. (octubre de 1957). "Síntesis de los elementos en estrellas" . Reseñas de Física Moderna . 29 (4): 548–650. Código Bibliográfico : 1957RvMP ... 29..547B . doi : 10.1103 / RevModPhys.29.547 . Consultado el 22 de enero de 2020 .
- ^ Gurevich, AV; Antonova, vicepresidente (2012). "Fuerte flujo de neutrones de baja energía producidos por tormentas". Cartas de revisión física . Sociedad Americana de Física. 108 (12): 125001. Código bibliográfico : 2012PhRvL.108l5001G . doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.125001 . PMID 22540588 .
- ^ Gurevich, AV; Almenova, AM (2016). "Observaciones de radiación de alta energía durante tormentas eléctricas en Tien-Shan". Physical Review D . Sociedad Americana de Física. 94 (2): 023003. Código Bibliográfico : 2016PhRvD..94b3003G . doi : 10.1103 / PhysRevD.94.023003 .
- ^ Alekseenko, V .; Arneodo, F .; Bruno, G .; Di Giovanni, A .; Fulgion, W .; Gromushkin, D .; Shchegolev, O .; Stenkin, Yu .; Stepanov, V .; Sulakov, V .; Yashin, I. (2015). "Disminución de los recuentos de neutrones atmosféricos observados durante las tormentas". Cartas de revisión física . Sociedad Americana de Física. 114 (12). Código bibliográfico : 2015PhRvL.114l5003A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.114.125003 .
- ^ Gurevich, AV; Ptitsyn, MO (2015). "Comentario sobre" Disminución de los recuentos de neutrones atmosféricos observados durante las tormentas " ". Cartas de revisión física . Sociedad Americana de Física. 115 (12): 179501. Código Bibliográfico : 2015PhRvL.115q9501G . doi : 10.1103 / PhysRevLett.115.179501 . PMID 26551144 .
- ^ Köhn, Christoph; Diniz, Gabriel; Harakeh, GMushin (2017). "Mecanismos de producción de leptones, fotones y hadrones y su posible retroalimentación cerca de los líderes del rayo" . Revista de Investigación Geofísica: Atmósferas . Unión geofísica americana. 122 (2): 1366. Código Bibliográfico : 2017JGRD..122.1365K . doi : 10.1002 / 2016JD025445 . PMC 5349290 . PMID 28357174 .
- ^ Evaluación de la seguridad del recipiente a presión del reactor de Borssele de la planta de energía nuclear , p. 29, 5.6 Cálculo de la fluencia de neutrones.