Запаздывающие нейтроны — нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время (от нескольких миллисекунд до нескольких минут) после реакции деления тяжёлых атомных ядер, в отличие от мгновенных нейтронов, испускаемых практически мгновенно после деления составного ядра. Запаздывающие нейтроны составляют менее 1 % испускаемых нейтронов деления, однако, несмотря на столь малый выход, играют огромную роль в ядерных реакторах. Благодаря большому запаздыванию такие нейтроны существенно (на 2 порядка и более) увеличивают время жизни нейтронов одного поколения в реакторе и тем самым создают возможность управления самоподдерживающейся цепной реакцией деления. Запаздывающие нейтроны были открыты Робертсом с коллективом в 1939 году.

Механизм явления В результате деления тяжёлых ядер нейтронами образуются осколки деления в возбуждённом состоянии, претерпевающие β−-распады. В очень редких случаях в цепочке таких β−-превращений образуется ядро с энергией возбуждения, превышающей энергию связи нейтрона в этом ядре. Такие ядра могут испускать нейтроны, которые называются запаздывающими.

Испускание запаздывающего нейтрона конкурирует с гамма-излучением, но если ядро сильно перегружено нейтронами, более вероятным будет испускание нейтрона. Это значит, что запаздывающие нейтроны излучаются ядрами, находящимися ближе к началам цепочек распада, так как там особенно малы энергии связи нейтронов в ядрах.

Ядро, образовавшееся при испускании запаздывающего нейтрона, может находиться либо в основном, либо в возбуждённом состоянии. В последнем случае возбуждение снимается гамма-излучением.

Предшественники и излучатели Составное ядро (Z,N)* (где Z — количество протонов, N — нейтронов) принято называть предшественником запаздывающих нейтронов, а ядро (Z+1,N−1) — излучателем запаздывающих нейтронов.

Ядро-излучатель испускает нейтрон практически мгновенно, но со значительным запаздыванием по отношению к моменту деления исходного ядра. Среднее время запаздывания практически совпадает со средним временем жизни ядра-предшественника.

Запаздывающие нейтроны принято делить на несколько (чаще всего 6) групп в зависимости от времени запаздывания. Насчитывают около 50 возможных ядер-предшественников, причём заметную роль в этом количестве составляют изотопы брома и иода. Как правило, нейтроны испускаются ядрами с числом нейтронов, на единицу большим магических чисел (50 и 82), так как значения средней энергии связи в таких ядрах особенно малы.

Энергия запаздывающих нейтронов Энергия запаздывающих нейтронов (в среднем примерно ) в несколько раз меньше средней энергии мгновенных нейтронов (примерно ).

Доля запаздывающих нейтронов Величина, характеризующая количество запаздывающих нейтронов относительно мгновенных нейтронов, образующихся при распаде ядра данного сорта, называется долей запаздывающих нейтронов (β). Эта величина полностью определяется делящимся ядром и в области энергий от до практически не зависит от энергии нейтронов, вызывающих деление. Для всех ядер значение β составляет менее 1 %.

Основные характеристики запаздывающих нейтронов В таблице перечислены основные характеристики запаздывающих нейтронов для некоторых ядер, и перечислены некоторые из возможных предшественников для случая деления 235U:

Номер группы Время запаздывания, с Средняя энергия, МэВ Возможные ядра-предшественники Период полураспада ядер-предшественников, T1/2, с Доля запаздывающих нейтронов, βi 235U 239Pu 233U 235U 239Pu 233U 1 54—56 0,25 87Br, 142Cs 55,72 54,28 55 0,00021 0,000072 0,000224 2 21—23 0,56 137I, 88Br, 136Te 22,72 23,04 20,57 0,00140 0,000626 0,000776 3 5—6 0,43 138I, 89Br 6,22 5,60 5,0 0,00126 0,000444 0,000654 4 1,9—2,3 0,62 139I, 94Kr, 143Xe, 144Xe 2,30 2,13 2,13 0,00252 0,000685 0,000725 5 0,5—0,6 0,42 Любые короткоживущие ядра продуктов деления 0,61 0,62 0,62 0,00074 0,000180 0,000134 6 0,17—0,27 — 0,23 0,26 0,28 0,00027 0,000093 0,000087

β = ∑βi 0,0064 0,0021 0,0026

Примечания

Категория:Нейтронная физика Категория:Ядерная физика Категория:Физика ядерного реактора