Was ist Neutronenzerfall – Neutronenemission – Definition

Der Neutronenzerfall ist eine Art radioaktiver Zerfall von Kernen, die überschüssige Neutronen (insbesondere Spaltprodukte) enthalten, bei dem ein Neutron einfach aus dem Kern ausgestoßen wird. Strahlendosimetrie
Protonen- und Neutronenemission
Beispiel: Protonen- und Neutronenzerfall
Quelle: JANIS (Java-basierte Nuclear Data Information Software); Die JEFF-3.1.1 Nuclear Data Library

Der Neutronenzerfall ist eine Art radioaktiver Zerfall von Kernen, die überschüssige Neutronen (insbesondere Spaltprodukte) enthalten, bei dem ein Neutron einfach aus dem Kern ausgestoßen wird. Diese Art von Strahlung spielt eine Schlüsselrolle bei der Steuerung von Kernreaktoren , da diese Neutronen verzögerte Neutronen sind . An dieser Stelle müssen wir unterscheiden zwischen:

  • Spontane Neutronenemission . Die spontane Neutronenemission ist eine Art des radioaktiven Zerfalls, bei dem ein oder mehrere Neutronen aus einem Kern ausgestoßen werden.
  • Zerfall des freien Neutrons . Das freie Neutron unterliegt im Gegensatz zu einem gebundenen Neutron einem radioaktiven Beta-Zerfall (mit einer Halbwertszeit von etwa 611 Sekunden). Es zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino (das Antimaterie-Gegenstück des Neutrinos, ein Teilchen ohne Ladung und ohne oder mit geringer Masse).
  • Induzierte Neutronenemission . Zu den Kernreaktionen zählen auch Reaktionen, bei denen ein Neutron aus dem Kern ausgestoßen wird und die als Neutronenemissionsreaktionen bezeichnet werden können . Diese Kernreaktionen sind zum Beispiel:
    • Streureaktionen
    • Kernspaltung
    • Photoneutronenemission
    • Andere Kernreaktionen (zB (alpha, n) Reaktionen)

Dieser Artikel beschreibt hauptsächlich die spontane Neutronenemission (prompter Neutronenzerfall). Dieser Zerfallsmodus tritt nur bei den am meisten neutronenreichen / protonenarmen Nukliden auf (prompter Neutronenzerfall) und auch bei angeregten Zuständen anderer Nuklide wie bei der Photoneutronenemission und der Beta-verzögerten Neutronenemission. Wie zu sehen ist, bleibt die Ordnungszahl gleich , wenn ein Kern durch Neutronenemission zerfällt , aber die Tochter wird zu einem anderen Isotop desselben Elements. Kerne, die durch diesen Modus zerfallen können, werden als jenseits der Neutronentropflinie liegend beschrieben. Zwei Beispiele für Isotope, die Neutronen emittieren, sind Beryllium-13 (Zerfall zu Beryllium-12 mit einer mittleren Lebensdauer von 2,7 × 10 –21 s) und Helium-5 (Helium-4, 7 × 10 –22 s).

Beta-verzögerte Neutronenemission – verzögerte Neutronen

Vorläufer verzögerter Neutronen
Vorläufer verzögerter Neutronen

Die Neutronenemission erfolgt normalerweise aus Kernen, die sich in einem angeregten Zustand befinden, wie beispielsweise dem angeregten 87 Kr *, das aus dem Beta-Zerfall von 87 Br erzeugt wird. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 55,6 Sekunden . Es unterliegt einem negativen Beta-Zerfall durch seine beiden Hauptzweige mit einer Emission von 2,6 MeV- und 8 MeV- Beta-Partikeln . Dieser Zerfall führt zur Bildung von 87 Kr * und der 87 Kr * -Kern zerfällt anschließend über zwei aufeinanderfolgende Beta-Zerfälle in das stabile Isotop 87 Sr. Es gibt aber auch einen möglichen Weg für den 87 Br-Kern zum Beta-Zerfall. Der 87 Br-Kern kann Beta in einen angeregten Zustand des 87 zerfallenKr * -Kern bei einer Energie von 5,5 MeV, was größer ist als die Bindungsenergie eines Neutrons im 87- Kr-Kern. In diesem Fall kann der 87 Kr * -Kern (mit einer Wahrscheinlichkeit von 2,5%) eine Neutronenemission eingehen, die zur Bildung von stabilem 86 führtKr-Isotop. Der Neutronenemissionsprozess selbst wird von der Kernkraft gesteuert und ist daher extrem schnell, manchmal als „fast augenblicklich“ bezeichnet. Der Ausstoß des Neutrons kann ein Produkt der Bewegung vieler Nukleonen sein, wird jedoch letztendlich durch die abstoßende Wirkung der Kernkraft vermittelt, die in extrem kurzen Entfernungen zwischen Nukleonen existiert. Die Lebensdauer eines ausgestoßenen Neutrons im Kern vor seiner Emission ist normalerweise vergleichbar mit der Flugzeit eines typischen Neutrons, bevor es die kleine nukleare „Potentialwanne“ verlässt, oder etwa 10 bis 23 Sekunden. Wie zu sehen ist, wird die Emissionsrate dieser Neutronen hauptsächlich durch den Beta-Zerfall bestimmt, daher wird diese Emission als Beta-verzögerte Neutronenemission bezeichnet und ist verantwortlich für die Produktion von verzögerten Neutronen in Kernreaktoren.

Während die meisten bei der Spaltung erzeugten Neutronen sofortige Neutronen sind, sind die verzögerten Neutronen für die Reaktorsteuerung von Bedeutung. Tatsächlich ist das Vorhandensein verzögerter Neutronen unter dem Gesichtspunkt der Reaktorsteuerung vielleicht der wichtigste Aspekt des Spaltprozesses .

Siehe auch: Vorläufer verzögerter Neutronen

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