Нейтронный поток

Общее расстояние, пройденное нейтронами внутри объема за период времени

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 количество нейтронов, проходящих через сферу малого радиуса за определенный интервал времени, разделенное на максимальное поперечное сечение сферы (большую площадь диска ) и на продолжительность временного интервала. . ^{[2] : 82-83} Размерность потока нейтронов равна см - ² с ^-1 (обратный квадратный сантиметр , умноженный на обратную секунду ). ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle \pi R^{2}}$ ${\displaystyle {\mathsf {L}}^{-2}{\mathsf {T}}^{-1}}$

Флюенс нейтронов определяется как поток нейтронов , интегрированный за определенный период времени. Таким образом, его размер равен см ^-2 (обратный квадратный сантиметр). Вместо см ^-2 использовался более старый термин «nvt» (нейтроны, скорость, время). ^[3] ${\displaystyle {\mathsf {L}}^{-2}}$

Естественный поток нейтронов

Поток нейтронов в асимптотических звездах ветви гигантов и в сверхновых ответственен за большую часть естественного нуклеосинтеза , производящего элементы тяжелее железа . ^{В звездах наблюдается относительно низкий поток нейтронов ,} порядка 10 ^5–10 11 см ^-2  с ^-1 , что приводит к нуклеосинтезу по s-процессу (процессу медленного захвата нейтронов). Напротив, после коллапса ядра сверхновой возникает чрезвычайно высокий поток нейтронов, порядка 10 ³² см ^-2  с ^{-1 [4]} , что приводит к нуклеосинтезу посредством r-процесса (процесс быстрого захвата нейтронов).

Поток нейтронов земной атмосферы, 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] считали недействительными ), полученные с помощью неэкранированных сцинтилляционных нейтронных детекторов, показывают уменьшение потока нейтронов во время гроз. Недавние исследования, по-видимому, подтверждают, что молния генерирует 10 ¹³ –10 ¹⁵ нейтронов за разряд посредством фотоядерных процессов . ^[9]

Искусственный нейтронный поток

Искусственный нейтронный поток относится к нейтронному потоку, который создается человеком либо в качестве побочных продуктов производства оружия или ядерной энергии, либо для конкретного применения, например, из исследовательского реактора , или в результате расщепления . Поток нейтронов часто используется для инициирования деления нестабильных крупных ядер. Дополнительные нейтроны могут привести к тому, что ядро ​​станет нестабильным, вызывая его распад (расщепление) с образованием более стабильных продуктов. Этот эффект важен в реакторах деления и ядерном оружии .

В реакторе ядерного 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, уменьшаясь к краям. Чем выше поток нейтронов, тем больше вероятность возникновения ядерной реакции, поскольку больше нейтронов проходит через площадь в единицу времени.

Флюенс нейтронов на стенке корпуса реактора

Корпус реактора типичной атомной электростанции ( PWR ) выдерживает за 40 лет (32 полных реакторных года) эксплуатации примерно 6,5×10 ¹⁹ см ^-2 ( E > 1 МэВ ) флюенса нейтронов. ^[10] Нейтронный поток приводит к нейтронному охрупчиванию корпусов реакторов .

Смотрите также

• Нейтронное излучение
• Нейтронный транспорт

Рекомендации

1. Штаммлер, Руди Дж. Дж.; Аббате, Максимо Хулио (1 июля 1983 г.). Методы стационарной физики реакторов в ядерном проектировании (1-е изд.). Академическая пресса . ISBN 978-0126633207. LCCN  82072342. OCLC  9915614. ОЛ  3512075М.
2. Беккуртс, Карл-Генрих; Вирц, Карл (1964). «5.1.1 Поток нейтронов, плотность нейтронов и ток нейтронов» . Нейтронная физика . Перевод Дреснера Л. (1-е изд.). Спрингер-Верланг . ISBN 978-3540030966. LCCN  64025646. OCLC  569910840. OL  27986790M – через Интернет-архив .
3. М.Ф. Каплан (август 1983 г.). Ядерное излучение и свойства бетона (PDF) . Университет Кейптауна. п. 2 . Проверено 14 сентября 2022 г.
4. Бербидж, Э. Маргарет; Бербидж, Греция; Фаулер, Уильям А.; Хойл, Ф. (октябрь 1957 г.). «Синтез элементов в звездах». Обзоры современной физики . 29 (4): 548–650. Бибкод : 1957РвМП...29..547Б. дои : 10.1103/RevModPhys.29.547 .
5. Гуревич, А.В.; Антонова, ВП (2012). «Сильный поток нейтронов низкой энергии, производимый грозами». Письма о физических отзывах . Американское физическое общество. 108 (12): 125001. Бибкод : 2012PhRvL.108l5001G. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.125001. ПМИД  22540588.
6. Гуревич, А.В.; Альменова, А.М. (2016). «Наблюдения за высокоэнергетическим излучением во время гроз на Тянь-Шане». Физический обзор D . Американское физическое общество. 94 (2): 023003. Бибкод : 2016PhRvD..94b3003G. doi : 10.1103/PhysRevD.94.023003.
7. Алексеенко, В.; Арнеодо, Ф.; Бруно, Г.; Ди Джованни, А.; Фулгион, В.; Громушкин Д.; Щеголев О.; Стенкин Ю.; Степанов В.; Сулаков В.; Яшин И. (2015). «Уменьшение количества атмосферных нейтронов, наблюдаемое во время гроз». Письма о физических отзывах . Американское физическое общество. 114 (12): 125003. Бибкод : 2015PhRvL.114l5003A. doi : 10.1103/PhysRevLett.114.125003. ПМИД  25860750.
8. Гуревич, А.В.; Птицын, МО (2015). "Комментарий к статье "Уменьшение количества нейтронов в атмосфере, наблюдаемое во время гроз"". Physical Review Letters . Американское физическое общество. 115 (12): 179501. Bibcode : 2015PhRvL.115q9501G. doi : 10.1103/PhysRevLett.115.179501. PMID  26551144.
9. Кён, Кристоф; Диниз, Габриэль; Хараке, Г.Мушин (2017). «Механизмы образования лептонов, фотонов и адронов и их возможная обратная связь, близкая к молниеносным лидерам». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . Американский геофизический союз. 122 (2): 1366. Бибкод : 2017JGRD..122.1365K. дои : 10.1002/2016JD025445. ПМЦ 5349290 . ПМИД  28357174. 
10. Оценка безопасности корпуса реактора Борселе на атомной электростанции, стр. 29, 5.6 Расчет флюенса нейтронов.