Эмиссия нейтронов - Neutron emission
Ядерная физика |
---|
Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
Эмиссия нейтронов - это режим радиоактивного распада, при котором один или несколько нейтронов выбрасываются из ядра . Это происходит в наиболее богатых нейтронами / протонно-дефицитных нуклидах , а также в возбужденных состояниях других нуклидов, таких как испускание фотонейтронов и испускание бета-запаздывающих нейтронов. Поскольку в этом процессе теряется только нейтрон, количество протонов остается неизменным, и атом становится не атомом другого элемента, а другим изотопом того же элемента.
Нейтроны также образуются при спонтанном и индуцированном делении некоторых тяжелых нуклидов.
Спонтанное нейтронное излучение
Как следствие 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 с испусканием нейтронов. Ядра, которые могут распадаться в результате этого процесса, описываются как лежащие за пределами нейтронной границы .
Двумя примерами изотопов, испускающих нейтроны, являются бериллий-13 (распадающийся до бериллия-12 со средней продолжительностью жизни. 2,7 × 10 −21 с ) и гелий-5 ( гелий-4 , 7 × 10 −22 с ).
В таблицах режимов ядерного распада нейтронное излучение обычно обозначается аббревиатурой n .
Излучатели нейтронов слева от нижней пунктирной линии (см. Также: Таблицу нуклидов ) Z → 0 1 2 п ↓ п ЧАС Он 3 4 5 0 1 ч Ли Быть B 6 1 1 п 2 ч 3 Он 4 Ли 5 Be 6 млрд C 7 2 3 ч 4 Он 5 ли 6 Be 7 млрд 8 С N 8 3 4 ч 5 Он 6 Ли 7 Be 8 млрд 9 С 10 с.ш. О 9 4 5 часов 6 Он 7 Ли 8 Be 9 млрд 10 С 11 с.ш.12 O F 10 13 5 6 часов 7 Он 8 Ли 9 Be 10 млрд 11 С 12 с.ш. 13 O 14 F Ne 11 12 Al 6 7 часов 8 Он 9 Ли 10 Be 11 млрд 12 С 13 с.ш. 14 O 15 F 16 Ne Na Mg 19 Al 14 7 9 Он 10 ли11 Be 12 млрд 13 С 14 с.ш. 15 O 16 F 17 Ne 18 Na 19 мг 20 Аl Si 8 10 Он 11 Ли 12 Be 13 млрд 14 С 15 с.ш. 16 O 17 F 18 Ne 19 Na 20 мг 21 Al 22 Si 9 12 Ли 13 Be 14 млрд 15 С 16 с.ш. 17 O 18 F19 Ne 20 Na 21 мг 22 Al 23 Si 10 14 Be 15 млрд 16 С 17 с.ш. 18 O 19 F 20 Ne 21 Na 22 мг 23 Al24 Si 11 15 Be 16 млрд 17 С 18 с.ш. 19 O 20 F 21 Ne 22 Na23 мг 24 Al25 Si 12 16 Be 17 млрд 18 С 19 с.ш. 20 O 21 F 22 Ne 23 Na 24 мг 25 Al 26 Si 13 19 С 20 с.ш. 21 O 22 ж 23 Ne 24 Na25 мг 26 Al27 Si 14 20 С 21 с.ш. 22 O 23 F 24 Ne 25 Na 26 мг 27 Al 28 Si
Двойное нейтронное излучение
Некоторые изотопы, богатые нейтронами, 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.
Фотонейтронное излучение
Некоторые нуклиды можно заставить испускать нейтрон с помощью гамма-излучения . Один из таких нуклидов - 9 Be ; его фоторасщепление имеет большое значение в ядерной астрофизике, поскольку связано с изобилием бериллия и последствиями нестабильности 8 Be . Это также делает этот изотоп полезным в качестве источника нейтронов в ядерных реакторах. Другой нуклид, 181 Ta , также известен своей способностью к фотораспаду; этот процесс считается ответственным за создание 180m Ta , единственного первичного ядерного изомера и самого редкого первичного нуклида .
Эмиссия бета-запаздывающих нейтронов
Эмиссия нейтронов обычно происходит от ядер, которые находятся в возбужденном состоянии, например, возбужденного 17 O *, образующегося в результате бета-распада 17 Н. Сам процесс эмиссии нейтронов контролируется ядерной силой и поэтому является чрезвычайно быстрым, что иногда называют «почти мгновенно». Этот процесс позволяет нестабильным атомам стать более стабильными. Выброс нейтрона может быть результатом движения многих нуклонов, но в конечном итоге он опосредуется отталкивающим действием ядерной силы, которая существует на чрезвычайно коротких расстояниях между нуклонами.
Запаздывающие нейтроны в управлении реактором
Большая часть нейтронного излучения помимо мгновенного образования нейтронов, связанного с делением (индуцированным или спонтанным), происходит от тяжелых изотопов нейтронов, образующихся в качестве продуктов деления . Эти нейтроны иногда испускаются с задержкой, что дает им название запаздывающих нейтронов , но фактическая задержка в их производстве - это задержка в ожидании бета-распада продуктов деления с образованием ядерных предшественников в возбужденном состоянии, которые немедленно испускают нейтроны. Таким образом, задержка испускания нейтронов связана не с процессом образования нейтронов, а с его предшественником бета-распадом, который контролируется слабым взаимодействием и, следовательно, требует гораздо большего времени. Периоды полураспада бета-распада предшественников радиоизотопов с запаздывающими нейтронами обычно составляют от долей секунды до десятков секунд.
Тем не менее запаздывающие нейтроны, испускаемые продуктами деления, богатыми нейтронами, помогают управлять ядерными реакторами , заставляя изменяться реактивность намного медленнее, чем если бы она контролировалась только мгновенными нейтронами. Около 0,65% нейтронов высвобождаются в цепной ядерной реакции с задержкой из-за механизма испускания нейтронов, и именно эта доля нейтронов позволяет управлять ядерным реактором в масштабе времени реакции человека, не переходя к быстрое критическое состояние, и побеги тают.
Эмиссия нейтронов при делении
Индуцированное деление
Синонимом такого нейтронного излучения является образование « быстрых нейтронов », тип которого, как известно, происходит одновременно с индуцированным делением ядер . Индуцированное деление происходит только тогда, когда ядро бомбардируют нейтронами, гамма-лучами или другими носителями энергии. Многие тяжелые изотопы, в первую очередь калифорний-252 , также испускают мгновенные нейтроны среди продуктов аналогичного процесса спонтанного радиоактивного распада, спонтанного деления .
Самопроизвольное деление
Спонтанное деление происходит, когда ядро разделяется на два (иногда три ) меньших ядра и, как правило, на один или несколько нейтронов.
Смотрите также
Рекомендации
Внешние ссылки
- "Почему некоторые атомы радиоактивны?" EPA. Агентство по охране окружающей среды, nd Web. 31 октября 2014 г.
- LIVEChart of Nuclides - МАГАТЭ с фильтром по распаду испускания запаздывающих нейтронов
- Данные о структуре и распаде ядра - МАГАТЭ с запросом об энергии разделения нейтронов