Нейтронная эмиссия — это режим радиоактивного распада , при котором один или несколько нейтронов выбрасываются из ядра . Это происходит в наиболее богатых нейтронами/дефицитных протонами нуклидах , а также в возбужденных состояниях других нуклидов, как при фотонейтронной эмиссии и бета-задержанной нейтронной эмиссии. Поскольку в этом процессе теряется только нейтрон, число протонов остается неизменным, и атом не становится атомом другого элемента, а другим изотопом того же элемента.
Нейтроны также образуются при спонтанном и вынужденном делении некоторых тяжелых нуклидов.
Вследствие принципа исключения Паули , ядра с избытком протонов или нейтронов имеют более высокую среднюю энергию на нуклон. Ядра с достаточным избытком нейтронов имеют большую энергию, чем комбинация свободного нейтрона и ядра с одним нейтроном меньше, и поэтому могут распадаться путем испускания нейтронов. Ядра, которые могут распадаться посредством этого процесса, описываются как лежащие за пределами нейтронной капельной линии .
Два примера изотопов, испускающих нейтроны, — это бериллий-13 (распадающийся до бериллия-12 со средним сроком жизни2,7 × 10 −21 с ) и гелий-5 ( гелий-4 ,7 × 10−22 с ). [ 1]
В таблицах режимов ядерного распада испускание нейтронов обычно обозначается аббревиатурой n .
Некоторые изотопы с высоким содержанием нейтронов 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.
Некоторые нуклиды могут быть вызваны для выброса нейтрона гамма-излучением . Одним из таких нуклидов является 9 Be ; его фотораспад имеет важное значение в ядерной астрофизике, относящейся к распространенности бериллия и последствиям нестабильности 8 Be . Это также делает этот изотоп полезным в качестве источника нейтронов в ядерных реакторах. [2] Другой нуклид, 181 Ta , также известен своей способностью к фотораспаду; считается, что этот процесс ответственен за создание 180m Ta , единственного первичного ядерного изомера и самого редкого первичного нуклида . [3]
Нейтронная эмиссия обычно происходит из ядер, находящихся в возбужденном состоянии, таких как возбужденный 17 O*, полученный в результате бета-распада 17 N. Сам процесс нейтронной эмиссии 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 результатом движения многих нуклонов, но в конечном итоге он опосредован отталкивающим действием ядерной силы, которая существует на чрезвычайно коротких расстояниях между нуклонами.
Большая часть нейтронной эмиссии за пределами производства мгновенных нейтронов, связанной с делением (либо индуцированным, либо спонтанным), происходит из нейтронно-тяжелых изотопов, образующихся в качестве продуктов деления . Эти нейтроны иногда испускаются с задержкой, что дает им термин запаздывающие нейтроны , но фактическая задержка в их производстве - это задержка ожидания бета-распада продуктов деления для производства возбужденных ядерных предшественников, которые немедленно подвергаются испусканию мгновенных нейтронов. Таким образом, задержка в испускании нейтронов происходит не из-за процесса производства нейтронов, а скорее из-за его предшественника бета-распада, который контролируется слабым взаимодействием и, таким образом, требует гораздо большего времени. Периоды полураспада бета-распада для предшественников радиоизотопов-излучателей замедленных нейтронов обычно составляют от долей секунды до десятков секунд.
Тем не менее, запаздывающие нейтроны, испускаемые богатыми нейтронами продуктами деления , помогают контролировать ядерные реакторы , заставляя реактивность изменяться гораздо медленнее, чем если бы она контролировалась только мгновенными нейтронами. Около 0,65% нейтронов высвобождаются в ядерной цепной реакции замедленным образом из-за механизма нейтронной эмиссии, и именно эта доля нейтронов позволяет контролировать ядерный реактор в масштабах времени человеческой реакции, не переходя в мгновенное критическое состояние и неуправляемое расплавление.
Синонимом такого нейтронного излучения является образование " мгновенных нейтронов ", того типа, который, как известно, происходит одновременно с вынужденным делением ядра . Вынужденное деление происходит только тогда, когда ядро бомбардируется нейтронами, гамма-лучами или другими носителями энергии. Многие тяжелые изотопы, в частности калифорний-252 , также испускают мгновенные нейтроны среди продуктов аналогичного процесса спонтанного радиоактивного распада, спонтанного деления .
Спонтанное деление происходит, когда ядро распадается на два (иногда три ) меньших ядра и, как правило, на один или несколько нейтронов.