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La temperatura de detección de neutrones , también llamada la energía de los neutrones , indica un neutrón libre 'es la energía cinética , por lo general dada en electrón-voltios . Se utiliza el término temperatura , ya que los neutrones calientes, térmicos y fríos se moderan en un medio con una determinada temperatura. La distribución de energía de neutrones se adapta luego a la distribución de Maxwell conocida por el movimiento térmico. Cualitativamente, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la energía cinética de los neutrones libres. El momento y la longitud de onda del neutrón están relacionados a través de la relación de De Broglie.. La gran longitud de onda de los neutrones lentos permite una gran sección transversal. [1]
Rangos de distribución de energía de neutrones [ editar ]
| Energía de neutrones | Rango de energía |
|---|---|
| 0.0–0.025 eV | Neutrones fríos |
| 0,025 eV | Neutrones termales |
| 0,025-0,4 eV | Neutrones epitermales |
| 0,4–0,5 eV | Neutrones de cadmio |
| 0,5–1 eV | Neutrones de EpiCadmium |
| 1-10 eV | Neutrones lentos |
| 10–300 eV | Neutrones de resonancia |
| 300 eV – 1 MeV | Neutrones intermedios |
| 1–20 MeV | Neutrones rápidos |
| > 20 MeV | Neutrones ultrarrápidos |
Pero en otras fuentes se observan diferentes rangos con diferentes nombres. [4]
La siguiente es una clasificación detallada:
Térmica [ editar ]
Un neutrón térmico es un neutrón libre con una energía cinética de aproximadamente 0.025 eV (aproximadamente 4.0 × 10 −21 J o 2.4 MJ / kg, por lo tanto una velocidad de 2.19 km / s), que es la energía más probable a una temperatura de 290 K (17 ° C o 62 ° F), la moda de la distribución de Maxwell-Boltzmann para esta temperatura.
Después de varias colisiones con núcleos ( dispersión ) en un medio ( moderador de neutrones ) a esta temperatura, los neutrones que no se absorben alcanzan aproximadamente este nivel de energía.
Los neutrones térmicos tienen una sección transversal de absorción de neutrones efectiva diferente y a veces mucho más grande para un núclido dado que los neutrones rápidos y, por lo tanto, a menudo pueden ser absorbidos más fácilmente por un núcleo atómico , creando como resultado un isótopo del elemento químico más pesado y a menudo inestable. . Este evento se llama activación de neutrones .
Epitermal [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Neutrones de energía superior a la térmica
- Mayor que 0.025 eV
Cadmio [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Neutrones que son fuertemente absorbidos por el cadmio.
- Menos de 0,5 eV.
Epicadmium [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Neutrones que no son fuertemente absorbidos por el cadmio.
- Mayor que 0,5 eV.
Lento [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Neutrones de energía ligeramente mayor que los neutrones de epicadmio.
- Menos de 1 a 10 eV.
Resonancia [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Se refiere a los neutrones que son muy susceptibles a la captura sin fisión por parte del U-238.
- 1 eV a 300 eV
Intermedio [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Neutrones que están entre lentos y rápidos.
- Algunos cientos de eV a 0,5 MeV.
Rápido [ editar ]
- Un neutrón rápido es un neutrón libre con un nivel de energía cinética cercano a 1 M eV (100 T J / kg ), por lo tanto, una velocidad de 14.000 km / so superior. Se denominan neutrones rápidos para distinguirlos de los neutrones térmicos de menor energía y los neutrones de alta energía producidos en lluvias o aceleradores cósmicos.
Los neutrones rápidos se producen mediante procesos nucleares:
- La fisión nuclear produce neutrones con una energía media de 2 MeV (200 TJ / kg, es decir, 20.000 km / s), lo que califica como "rápido". Sin embargo, el rango de neutrones de fisión sigue una distribución de Maxwell-Boltzmann de 0 a aproximadamente 14 MeV en el centro del marco de momento de la desintegración, y la moda de la energía es solo 0,75 MeV, lo que significa que menos de la mitad de los neutrones de fisión califican como "rápido" incluso según el criterio de 1 MeV. [5]
- La fisión espontánea es un tipo de desintegración radiactiva que sufren algunos elementos pesados. Los ejemplos incluyen plutonio-240 y californio-252 .
- Fusión nuclear : la fusión deuterio - tritio produce neutrones de 14,1 MeV (1400 TJ / kg, es decir 52.000 km / s, 17,3% de la velocidad de la luz ) que pueden fisión fácilmente uranio-238 y otros actínidos no fisionables .
- La emisión de neutrones ocurre en situaciones en las que un núcleo contiene suficiente exceso de neutrones que la energía de separación de uno o más neutrones se vuelve negativa (es decir, el exceso de neutrones " gotea " fuera del núcleo). Los núcleos inestables de este tipo a menudo se descomponen en menos de un segundo.
Los neutrones rápidos generalmente no son deseables en un reactor nuclear de estado estacionario porque la mayoría de los combustibles fisionables tienen una mayor velocidad de reacción con los neutrones térmicos. Los neutrones rápidos se pueden transformar rápidamente en neutrones térmicos mediante un proceso llamado moderación. Esto se hace a través de numerosas colisiones con (en general) partículas de movimiento más lento y, por lo tanto, de temperatura más baja, como núcleos atómicos y otros neutrones. Estas colisiones generalmente acelerarán la otra partícula y ralentizarán el neutrón y lo dispersarán. Idealmente, se utiliza un moderador de neutrones a temperatura ambiente para este proceso. En los reactores, agua pesada , agua ligera , o grafito se utilizan típicamente a los neutrones moderados.
Ultrarrápido [ editar ]
[ ejemplo necesario ]
- Relativista
- Mayor que 20 MeV
Otras clasificaciones [ editar ]
- Pila
- Neutrones de todas las energías presentes en reactores nucleares
- 0,001 eV a 15 MeV.
- Ultrafrío
- Neutrones con energía suficientemente baja para ser reflejados y atrapados.
- Límite superior de 335 neV
Comparación entre el reactor de neutrones rápidos y el reactor de neutrones térmicos [ editar ]
La mayoría de los reactores de fisión son reactores de neutrones térmicos que utilizan un moderador de neutrones para ralentizar (" termalizar ") los neutrones producidos por la fisión nuclear . La moderación aumenta sustancialmente la sección transversal de fisión de núcleos fisionables como el uranio-235 o el plutonio-239 . Además, el uranio-238 tiene una sección transversal de captura mucho menor para los neutrones térmicos, lo que permite que más neutrones provoquen la fisión de núcleos fisionables y propaguen la reacción en cadena, en lugar de ser capturado por 238 U. La combinación de estos efectos permite reactores de agua ligera.utilizar uranio poco enriquecido . Los reactores de agua pesada y los reactores moderados por grafito pueden incluso utilizar uranio natural, ya que estos moderadores tienen secciones transversales de captura de neutrones mucho más bajas que el agua ligera. [6]
Un aumento en la temperatura del combustible también aumenta la absorción de neutrones térmicos del U-238 por ensanchamiento Doppler , proporcionando retroalimentación negativa para ayudar a controlar el reactor. Cuando el refrigerante es un líquido que también contribuye a la moderación y absorción (agua ligera o agua pesada), la ebullición del refrigerante reducirá la densidad del moderador, lo que puede proporcionar una retroalimentación positiva o negativa (un coeficiente de vacío positivo o negativo ), dependiendo de si el reactor tiene una moderación excesiva o insuficiente.
Los neutrones de energía intermedia tienen relaciones de fisión / captura más pobres que los neutrones rápidos o térmicos para la mayoría de los combustibles. Una excepción es el uranio-233 del ciclo del torio , que tiene una buena relación de fisión / captura en todas las energías de neutrones.
Los reactores de neutrones rápidos utilizan neutrones rápidos no moderados para sostener la reacción y requieren que el combustible contenga una mayor concentración de material fisible en comparación con el material fértil U-238. Sin embargo, los neutrones rápidos tienen una mejor relación de fisión / captura para muchos nucleidos, y cada fisión rápida libera una mayor cantidad de neutrones, por lo que un reactor reproductor rápido puede potencialmente "generar" más combustible fisible del que consume.
El control del reactor rápido no puede depender únicamente del ensanchamiento Doppler o del coeficiente de vacío negativo de un moderador. Sin embargo, la expansión térmica del propio combustible puede proporcionar una rápida retroalimentación negativa. Perennemente se espera que sea la ola del futuro, el desarrollo de reactores rápidos ha estado casi inactivo con solo un puñado de reactores construidos en las décadas posteriores al accidente de Chernobyl debido a los bajos precios en el mercado del uranio , aunque ahora hay una reactivación en varios países asiáticos. planea completar prototipos de reactores rápidos más grandes en los próximos años.
Ver también [ editar ]
- Endurecimiento por absorción
- Lista de partículas
- Detección de neutrones
- Fuente de neutrones
- Reacción nuclear
- Centelleador
Referencias [ editar ]
- ↑ de Broglie, Louis. "Sobre la teoría de los cuantos" (PDF) . aflb.ensmp.fr . Consultado el 2 de febrero de 2019 .
- ^ Carron, Nueva Jersey (2007). Introducción al paso de partículas energéticas a través de la materia . pag. 308.
- ^ "Energía de neutrones" . www.nuclear-power.net . Consultado el 27 de enero de 2019 .
- ^ H. Tomita, C. Shoda, J. Kawarabayashi, T. Matsumoto, J. Hori, S. Uno, M. Shoji, T. Uchida, N. Fukumotoa y T. Iguchia, Desarrollo de una cámara de neutrones epitermales basada en resonancia- Imágenes filtradas por energía con GEM , 2012, cita: "Los neutrones epitermales tienen energías entre 1 eV y 10 keV y secciones transversales nucleares más pequeñas que los neutrones térmicos".
- ^ Byrne, J. Neutrons, Nuclei, and Matter , Publicaciones de Dover, Mineola, Nueva York, 2011, ISBN 978-0-486-48238-5 (pbk.) P. 259.
- ^ Algo de física del uranio. Consultado el 7 de marzo de 2009.
Enlaces externos [ editar ]
- Lenguaje del núcleo
