Поток нейтронов — скалярная величина, используемая в ядерной физике и физике ядерных реакторов . Это общее расстояние, пройденное всеми свободными нейтронами за единицу времени и объема. [1] Эквивалентно, его можно определить как число нейтронов, проходящих через малую сферу радиуса за интервал времени, деленное на максимальное поперечное сечение сферы ( большую площадь диска , ) и на продолжительность интервала времени. [2] : 82-83 Размерность потока нейтронов равна , а обычная единица — см −2 с −1 (обратный квадратный сантиметр, умноженный на обратную секунду ).
Флюенс нейтронов определяется как поток нейтронов, интегрированный за определенный период времени. Поэтому его размерность равна , а его обычная единица измерения — см −2 (обратный квадратный сантиметр). Более старый термин, используемый вместо см −2, был «nvt» (нейтроны, скорость, время). [3]
Поток нейтронов в звездах асимптотической ветви гигантов и в сверхновых отвечает за большую часть естественного нуклеосинтеза, производящего элементы тяжелее железа . В звездах наблюдается относительно низкий поток нейтронов порядка 10 5 до 10 11 см −2 с −1 , что приводит к нуклеосинтезу посредством s-процесса (медленный процесс захвата нейтронов). Напротив, после коллапса ядра сверхновой наблюдается чрезвычайно высокий поток нейтронов порядка 10 32 см −2 с −1 , [4] что приводит к нуклеосинтезу посредством r-процесса (быстрый процесс захвата нейтронов).
Поток нейтронов в атмосфере Земли, по-видимому, от гроз, может достигать уровней от 3·10 −2 до 9·10 +1 см −2 с −1 . [5] [6] Однако недавние результаты [7] (которые первоначальные исследователи [8] сочли недействительными ), полученные с помощью незащищенных сцинтилляционных нейтронных детекторов, показывают уменьшение потока нейтронов во время гроз. Недавние исследования, по-видимому, подтверждают, что молнии генерируют 10 13 –10 15 нейтронов за разряд посредством фотоядерных процессов . [9]
Искусственный поток нейтронов относится к потоку нейтронов, который создан человеком, либо как побочный продукт от оружия или производства ядерной энергии, либо для определенного применения, например, от исследовательского реактора или путем расщепления . Поток нейтронов часто используется для инициирования деления нестабильных больших ядер. Дополнительный нейтрон(ы) может привести к тому, что ядро станет нестабильным, заставив его распасться (расколоться) с образованием более стабильных продуктов. Этот эффект имеет важное значение в реакторах деления и ядерном оружии .
В ядерном реакторе деления поток нейтронов является основной величиной, измеряемой для управления реакцией внутри. Форма потока — это термин, применяемый к плотности или относительной силе потока при его движении вокруг реактора. Обычно самый сильный поток нейтронов возникает в середине активной зоны реактора, становясь слабее к краям. Чем выше поток нейтронов, тем больше вероятность возникновения ядерной реакции, поскольку больше нейтронов проходит через область за единицу времени.
Корпус реактора типичной атомной электростанции ( PWR ) за 40 лет (32 полных реакторных года) эксплуатации выдерживает примерно 6,5×10 19 см −2 ( E > 1 МэВ ) флюенса нейтронов. [10] Поток нейтронов приводит к тому, что корпуса реакторов страдают от нейтронного охрупчивания .
