Qu’est-ce que la émission de neutrons – Définition

La émission de neutron est un type de désintégration radioactive de noyaux contenant des neutrons en excès (en particulier des produits de fission), dans lequel un neutron est simplement éjecté du noyau. Ce type de rayonnement joue un rôle clé dans le contrôle des réacteurs nucléaires , car ces neutrons sont des neutrons retardés . À cet endroit, nous devons distinguer:

• Emission spontanée de neutrons . L’émission spontanée de neutrons est un mode de désintégration radioactif dans lequel un ou plusieurs neutrons sont éjectés d’un noyau.
• Désintégration du neutron libre . Contrairement à un neutron borné, le neutron libre est sujet à une désintégration radioactive bêta (avec une demi-vie d’environ 611 secondes). Il se désintègre en un proton, un électron et un antineutrino (l’équivalent antimatière du neutrino, une particule sans charge et avec peu ou pas de masse).
• Emission de neutrons induite . Parmi les réactions nucléaires, on trouve également des réactions dans lesquelles un neutron est éjecté du noyau et elles peuvent être appelées réactions d’émission de neutrons . Ces réactions nucléaires sont par exemple:
  • Réactions de diffusion
  • Fission nucléaire
  • Émission de photoneutrons
  • Autres réactions nucléaires (par exemple, réactions (alpha, n))

Cet article décrit principalement l’émission spontanée de neutrons (désintégration rapide des neutrons). Ce mode de désintégration se produit uniquement dans les nucléides les plus riches en neutrons / déficients en protons (désintégration rapide des neutrons), ainsi que dans les états excités d’autres nucléides comme dans l’émission de photoneutrons et l’émission de neutrons retardés bêta. Comme on peut le voir, si un noyau se désintègre par émission de neutrons, le numéro atomique reste le même, mais la fille devient un isotope différent du même élément. Les noyaux qui peuvent se désintégrer par ce mode sont décrits comme se trouvant au-delà de la ligne d’égouttement des neutrons. Deux exemples d’isotopes qui émettent des neutrons sont le béryllium 13 (se désintégrant en béryllium 12 avec une durée de vie moyenne de 2,7 × 10 ⁻²¹ s) et l’hélium-5 (hélium-4, 7 × 10 ⁻²² s).

Émission de neutrons bêta-retardés – Neutrons retardés

L’émission de neutrons se produit généralement à partir de noyaux qui sont dans un état excité, comme le ⁸⁷ Kr * excité produit à partir de la désintégration bêta de ⁸⁷ Br. Cet isotope a une demi-vie de 55,6 secondes . Il subit une désintégration bêta négative à travers ses deux branches principales avec une émission de particules bêta de 2,6 MeV et 8 MeV . Cette désintégration conduit à la formation de ⁸⁷ Kr * et le noyau ⁸⁷ Kr * se désintègre ensuite via deux désintégrations bêta successives en l’isotope stable ⁸⁷ Sr. Mais il existe également une façon possible pour le noyau ⁸⁷ Br de se désintégrer bêta. Le noyau ⁸⁷ Br peut se désintégrer en bêta dans un état excité du ⁸⁷Noyau Kr * à une énergie de 5,5 MeV, ce qui est supérieur à l’énergie de liaison d’un neutron dans le noyau ⁸⁷ Kr. Dans ce cas, le noyau ⁸⁷ Kr * peut subir (avec une probabilité de 2,5%) une émission de neutrons conduisant à la formation de ⁸⁶ stablesIsotope Kr. Le processus d’émission de neutrons lui-même est contrôlé par la force nucléaire et est donc extrêmement rapide, parfois appelé «presque instantané». L’éjection du neutron peut être le produit du mouvement de nombreux nucléons, mais elle est finalement médiée par l’action répulsive de la force nucléaire qui existe à des distances extrêmement courtes entre les nucléons. La durée de vie d’un neutron éjecté à l’intérieur du noyau avant son émission est généralement comparable au temps de vol d’un neutron typique avant qu’il ne quitte le petit «puits de potentiel» nucléaire, soit environ 10 à ²³ secondes. Comme on peut le voir, le taux d’émission de ces neutrons est principalement régi par la désintégration bêta, donc cette émission est connue sous le nom d’ émission de neutrons à retard bêta et est responsable de la production de neutrons retardés dans les réacteurs nucléaires.

Alors que la plupart des neutrons produits dans la fission sont des neutrons rapides, les neutrons retardés sont importants dans la commande du réacteur. En fait, la présence de neutrons retardés est peut-être l’ aspect le plus important du processus de fission du point de vue du contrôle du réacteur.

Voir aussi: Précurseurs de neutrons retardés